L’incontro di due mondi diversi come quello Networking Ethernet, dominante nelle comunicazioni grazie al basso costo e l’alta capacità, e il mondo automotive, dove il focus e’ sulla qualità del servizio e l’affidabilità, è avvenuto più di 10 anni fa con le prime auto rilasciate in produzione grazie l’introduzione della tecnologia Single Pair Ethernet (SPE). La tecnologia SPE è stata inventata da Broadcom (BroadR-Reach®) circa 15 anni fa come derivativo della tecnologia usata nei fisici Gigabit Etherent, la prima applicazione automotive e’ stata per la connessione di video camere di manovra rimpiazzando cavi coassiali LVDS con un doppino unshielded, questo ha portato un notevole risparmio economico e di peso nel cablaggio.
Il risparmio in peso dei cablaggi è un vantaggio per auto con motore a combustione ma lo è ancora di più per le auto elettriche dove l’autonomia è uno dei limiti maggiori ed è funzione inversa della massa del veicolo.
I vantaggi della tecnologia SPE
L’adozione della tecnologia SPE dal mercato automotive è dovuta passare prima dalla creazione di un consorzio (Open-Alliance) per avere la possibilità di seconde sorgenti per i componenti, requisito essenziale per il mercato automotive. La creazione del consorzio ha aperto la porta alla standardizzazione IEEE.
IEEE ha ratificato l’espansione della capacità dei link dagli originali 100Mb (100BASET1) a 1 Gb (1000BASET1) e poi rapidamente 2.5G/5G/10GBASET1 (IEEE802.3ch) e sono in fase di ratifica data rate ancora superiori fino ai 100Gb.
La tecnologia SPE offre una risposta alla crescente domanda di servizi digitali all’interno dell’automobile e insieme la standardizzazione del Time Sensitive Networking (TSN) crea le condizioni per nuovi servizi o porta sotto la rete ethernet servizi prima forniti con tecnologie differenti.
Una delle architetture oggi in sviluppo è definita architettura zonale; i dati provenienti da un numero crescente di sensori e altre funzioni periferiche vengono raggruppati in zone della macchina e poi inviati verso una unità centrale di elaborazione.
Alcuni sensori periferici hanno richiesta di banda sempre crescente come videocamere ad alta risoluzione o lidar, per questo motivo gli originali link 100BaseT1 o anche a 1000BASET1 sono diventati presto insufficienti. Oggi si usano già uplink a 2.5G e 5G ed in futuro prossimo capacità sempre maggiori dagli attuali 10Gb già disponibili ai 25Gb il cui standard dovrebbe essere ratificato alla fine di quest’anno.
Un esempio: il BCM89890
Un esempio di sistema automotive IEEE 802.3ch è il BCM89890 di Broadcom che permette di portare su single pair ethernet a 15 metri di distanza 10Gb di traffico full duplex. La tecnologia alla base è una modulazione multilivello del segnale (PAM4) che deriva da prodotti networking sul mercato da diverso tempo con prestazioni fino ai 100Gb.
Funzione di un sistema come il BCM89890 è di pilotare la linea da un lato e di interfacciarsi a componenti di accesso (Media Access Conlrol layer, MAC) che siano Ethernet switch o ECU. Questa interfaccia verso il sistema si e’ dovuta evolvere supportando sia interfacce Media Independent come USXGMII/XFI verso MAC integrate in switch o FPGA che interfacce di tipo PCIe x2 Gen2/3 direttamente verso ECU. Ulteriori caratteristiche interessanti di questo dispositivo solo il supporto di encryption dei dati per garantire la sicurezza della rete da attacchi esterni (802.1AE, MACSEC) e di virtualizzazione dei servizi sull’interfaccia PCIe (SRIOV). Per poter essere adottato dal mercato ci sono severi test di interoperabilità e di conformità allo standard IEEE operati da terze parti su piattaforme multiple con diverse evaluation board, multiple sorgenti di cavi e connettori producendo una documentazione esaustiva di compliance agli standard. Ad oggi Broadcom è l’unico fornitore con una versione di prodotto certificato conforme allo standard 802.3ch rilasciato alla produzione.
In conclusione, la tecnologia Ethernet è sempre più pervasiva all’interno delle automobili per vantaggi sia tecnologici che economici. La tendenza è l’estensione della rete dati all’interno dell’auto all’insegna di ethernet con una sostanziale riduzione dei costi. Si parla di riduzione costi diretti per il cablaggio ma anche indiretti per la semplificazione dell’architettura software.
Il tutto è basato su un ecosistema ethernet pervasivo nel mercato e di notevole potenziale di sviluppo.
