什麼是SerDes？連接相機和處理器的高速橋樑

機器人與車輛能否精準感知周圍環境，不僅取決於感測器本身，更仰賴那些將視覺數據傳輸至處理器的「隱形通道」。隨著機器人應用走向戶外，且自主系統對感知能力的要求日趨複雜，傳統的傳輸介面在速度、傳輸距離與可靠性上，已逐漸難以滿足需求。這股趨勢已悄然重塑了相機與運算單元之間的連接方式。在本篇文章中，我們將探討產業如何從類比訊號演進至數位訊號，再發展至 SerDes 技術；解析為何 GMSL 正成為移動應用不可或缺的關鍵，以及它將如何定義機器人與自主視覺技術的未來。

什麼是SerDes？

SerDes 是 Serializer/Deserializer（串列器/解串列器）的縮寫，這是一對能實現相機數據可靠長距離傳輸的高速介面晶片。傳輸鏈路的兩端各使用一顆 IC：相機內部配置串列器（Serializer）晶片，而處理器端附近則配置解串列器（Deserializer）晶片。

SerDes 如何運作？

在實務應用上，SerDes 將來自影像感測器的 MIPI 數據轉換為透過單一纜線傳輸的高速串列流（Serial stream），然後在接收端還原回原始數據。這使得高解析度影像、控制訊號，甚至電源都能透過同一條纜線傳輸，從而簡化了系統設計並降低了佈線的複雜度。

典型的 SerDes 相機鏈路如下所示：

• 串列器晶片（Serializer，位於相機模組內）：接收 MIPI 感測器數據，並將其轉換為數 Gigabit 等級的高速串列流。
• 纜線（同軸電纜或遮蔽雙絞線）： 負責傳輸高速串列數據、控制通道，有時也包含電源（即同軸供電技術，Power-over-Coax）。
• 解串列器晶片（Deserializer，位於 SoC 附近）： 重建原始的 MIPI 數據格式，以便處理器能夠使用該影像串流。

從類比到數位再到 SerDes：相機連接技術的演進

1. 類比時代：簡單但受限

CVBS、AHD 和 TVI 等類比（Analog）格式曾一度主導相機傳輸市場，因為它們成本低廉、技術成熟且易於佈建。對於影像畫質與延遲要求不高的基本倒車監控或安防監控串流而言，這些格式已足以應付。

然而，隨著移動機器人與自主系統的興起，其技術缺陷變得不容忽視：

• 頻寬受限，僅能支援低解析度。
• 易受雜訊與干擾影響。
• 缺乏確定性延遲（Deterministic Latency）或進階控制通道。
• 擴充性受限，難以支援多相機同步架構。

類比技術已無法跟上「感知驅動」（Perception-driven）機器所需的複雜度。

2. 數位介面：向前邁進一步，但並非最終解答

常見的數位介面，如 MIPI CSI-2、USB 和 Ethernet，帶來了更高的解析度與更可靠的訊號傳輸。其中一些介面支援隨插即用（Plug-and-play）的連接方式，並與處理器實現更佳整合，使其成為行動裝置、工業相機和嵌入式系統的標準配置。然而，數位介面仍面臨多項挑戰：

• 纜線長度的限制（尤其是 MIPI）。
• 在惡劣環境中易受電磁干擾（EMI）影響。
• 較高且較難預測的延遲（Latency）。
• 對於同步多相機設置的需求難以滿足。
• 經過多年運作，仍須具備車規級的可靠性。

這些限制使得數位介面較不適用於複雜、高效能的機器人或自動駕駛車輛系統。

3. SerDes 的興起：專為距離、速度和嚴苛環境而打造

串列器-解串列器（Serializer-Deserializer, SerDes）技術應運而生，成為解決業界積累痛點的方案。SerDes 不再傳輸寬頻的 MIPI 數據線，而是將數據壓縮成高速串列流，透過強固的差分對纜線傳輸，並在另一端重建數據。

對於機器人學和自主系統而言，SerDes 實現了類比或通用數位介面都無法滿足的能力：

• 長距離連接：可達 15 公尺，且訊號損耗極小。
• 低延遲：對於即時感知（Real-time perception）至關重要。
• 高頻寬：支援多組 Full HD 甚至數十億像素（multi-gigapixel）的數據流。
• 車規級電磁干擾（EMI）耐受性。
• 同軸供電（Power-over-coax）：顯著降低纜線複雜度。
• 多相機同步的可擴充性：這對於 SLAM、360 度環境感知，以及在自動駕駛和機器人學中常見的3D 佔據預測（3D Occupancy Prediction）尤其重要。

從專有到開放的 SerDes 標準轉變

上表有效地凸顯出，雖然 FPD-Link (TI) 和 GMSL (Analog Devices) 等 SerDes 介面解決了 ADAS/AV/機器人學對高解析度、低延遲的需求，但它們的專有性質造成了供應商依賴性。然而，相機介面生態系統正快速朝向標準化演進。這種轉變的標誌是，諸如 A-PHY (MIPI 聯盟) 和 ASA 等供應商中立的替代方案的出現，它們被定位為開放標準，旨在促進多供應商互通性並降低供應鏈風險。

這種朝向開放性的轉變正獲得顯著動力，例如 Mobileye 採用並大規模量產使用 Valens 的 A-PHY 技術，以及 ADI 等主導廠商宣布開放其 GMSL 協定的舉措進一步證實了這一趨勢。這種轉變表明，雖然專有解決方案在過去佔據主流，但開放標準有望成為未來高度可擴充且可靠的自動駕駛系統不可或缺的骨幹。
 

超越協定：相機開發商在建立可靠系統中的角色

從相機開發商的角度來看，GMSL、FPD-Link 和 A-PHY 等 SerDes 技術固然關鍵，但它們只是拼圖中的一小塊。良好的介面確保了高速數據傳輸、低延遲和多相機功能，但僅憑藉介面本身，無法保證產品的強固性和可靠性，尤其是在機器人學和自動駕駛車輛所面臨的嚴苛條件下。

這正是像 oToBrite 這樣的製造商專業知識發揮作用的地方。除了選擇正確的 SerDes 技術外，高品質相機還必須經過嚴格的測試，包括極端溫度、衝擊與震動、電磁干擾（EMI）耐受性以及長期耐用性。相機開發商同時專注於感測器校準、鏡頭品質、韌體優化和電源管理，以確保系統在實際環境中保持穩定運作。換言之，雖然像 GMSL 這樣的協定奠定了技術基礎，但正是整體設計、製造和驗證流程，才將相機轉變為高要求的機器人學和移動應用中可靠的關鍵要素。
 

結論

隨著移動性與機器人學持續進展，SerDes 已超越單純的數據連結，成為實現物理世界與計算智慧之間即時感知的橋樑。從類比訊號到現今的數 Gigabit 連結，相機連接技術始終追求更快、更長、更可靠的數據傳輸。

借助 GMSL、FPD-Link 和 A-PHY 等開放標準技術，高速視覺數據現在能夠跨平台無縫移動。對於相機開發商而言，這意味著更高的靈活性和可擴充性，為更安全、更智慧的自主系統鋪平了道路。

最終，智慧移動性和機器人學的未來將不會由任何單一協定來定義，而是取決於業界如何將像 SerDes 這樣的先進介面，與強固的設計、測試和系統級專業知識良好整合，從而實現可靠的視覺功能。

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