摘要：在机器人、工业4.0与智能制造迅速发展的当下，通信技术的革新已不再是单纯的带宽升级，而是关于整个边缘智能系统的架构重塑。工业通信网络根据传输介质可分为有线通信和无线通信两大类，其中核心技术包括现场总线、工业以太网、光纤网络（如TS-PON、TSN）等。TS-P
前言：TS-PON技术是目前业内首创的全光端到端工业网络解决方案，专为满足边缘AI、机器人、智能制造等高带宽、低时延与高同步要求的应用场景而生。
在机器人、工业4.0与智能制造迅速发展的当下，通信技术的革新已不再是单纯的带宽升级，而是关于整个边缘智能系统的架构重塑。工业通信网络根据传输介质可分为有线通信和无线通信两大类，其中核心技术包括现场总线、工业以太网、光纤网络（如TS-PON、TSN）等。TS-PON凭借光纤的高带宽和抗干扰特性，正在重新定义工业通信网络的性能边界，尤其适用于高精度控制和柔性制造场景。而传统协议（如Profinet、EtherCAT）在现有系统中仍具优势，但面临向TSN或光网络升级的压力。未来工业网络将呈现“光纤主干+无线边缘+协议融合”的立体架构，TS-PON有望在其中扮演核心角色。 作为一家以光通信为核心的半导体公司，鹏瞰集成电路（杭州）有限公司提出了TS-PON（Time-Sensitive Passive OptICal Network）这一初代化的通感控一体化网络技术，并于2025年推出其第二代SoC芯片TS-PON Gen2，为机器人与工业智能设备构建出一套兼具高带宽、低延迟、高同步与高安全的新一代通信骨干。
瞰半导体首席市场营销官江晓峰
在日前举行的松山湖IC设计论坛上，鹏瞰半导体首席市场营销官江晓峰指出，在机器人等高复杂度系统中，通信链路常因协议分裂、时延无法保证、电磁干扰等问题面临瓶颈。TS-PON打破了这些制约，通过将全系统运行建立在光网架构之上，并实现统一时钟同步机制，让数据传输不仅高速、稳定，而且具备纳秒级的时间抖动控制。
据介绍，TS-PON基于无源光网络（PON）的点对多点架构，核心特点包括： 高带宽：第一代产品已支持10Gbps，未来版本计划扩展至25G、50G，以满足高清图像与大规模传感器并发数据流的需求；超低时延：通过TDM结构与中心时钟同步机制，在复杂工业场景下依然可实现微秒级延迟；高可靠性：光纤天然抗电磁干扰，特别适用于高干扰工业环境；高确定性：全网同步带来毫秒以下响应差异，关键执行任务不受突发负载干扰；低功耗与灵活组网：支持分光、环网、菊花链、光铜混合等多种拓扑结构，适配不同部署场景。 这种基于中心控制器统一调度、节点SoC多协议接入的方案，尤其适合机器人、电机控制、摄像传输等场景中实现数据与控制的同步融合。 TS-PON技术解决工业通信碰到的带宽不足和时延太大及电磁干扰难处理等瓶颈问题。创新地将TSN（时间敏感网络）特点和PON（无源光网络）技术结合，把TSN交换机1G带宽提升到TS-PON的10G，并将通信时延从1000µs以上降低到10µs，优化了100倍。
TS-PON的Root芯片通常内置在主站的控制器里，Node芯片内置在从站的传感器、执行器等各种分布式现场输入/输出单元中，Root和Node之间采用光纤连接，通过P2MP（点到多点）方式实现信息上传和下发及控制。
TS-PON的典型落地场景：重塑机器人与工业网络架构在产业应用场景方面，TS-PON已在机器人内部网络重构、电机伺服控制、工业OT/IT融合等多个领域实现验证，显著减少线缆数量、提升控制精度、降低整体布线成本。场景一：机器人神经系统重构江晓峰表示，当前机器人内部的通信系统常常面临多种通信协议并存的问题，例如以太网、CAN、USB、EtherCAT、485等，导致布线复杂且难以维护，尤其在高自由度关节中更是构成空间瓶颈。传统上，每种协议的布线与调试需要大量工程资源，限制了机器人的性能提升和空间利用。 鹏瞰的TS-PON解决方案通过一根光纤替代多条电缆，将机器人内的感知、计算与控制信号统一传输。例如，一位客户案例中，摄像头的数据从头部传输至主控SoC，再通过同一条线路传输至电机控制器。TS-PON的高带宽和低延迟特性确保了图像数据、控制信号等在机器人内部的实时传输，同时大幅简化了布线和后期维护，降低了成本并提升了机器人设计的灵活性。场景二：工业生产中的IT/OT融合工业自动化系统中，OT（操作技术）与IT（信息技术）的数据传输通常是分开的，但这种分离导致了较高的成本和数据孤岛问题。特别是随着工业4.0的到来，柔性制造的需求使得数据的高占有量与生产过程灵活变动的需求同步增长，IT与OT的融合变得至关重要。 TS-PON方案提供了一个解决方案，通过在一张网络中实现IT和OT的双通道通信。TS-PON不仅能满足工业控制数据的实时传输要求，还能支持大带宽数据流的管理，如传感器数据、设备状态监控等。在光纤抗电磁干扰的基础上，TS-PON能通过统一的架构连接MES、PLC、SCADA等工业系统，打破IT和OT之间的壁垒，提升数据传输的效率与安全性。
场景三：多轴同步控制与精密伺服系统在高自由度的机器人或数控机床中，多个电机的精确同步对于确保运动轨迹的平滑性和任务执行的成功至关重要。传统的电机控制系统常常受到时延和同步误差的影响，导致执行精度降低。 借助TS-PON的全网时钟同步功能，多个Node SoC节点可以在微秒级内精确同步，确保各个电机、传感器和执行器之间的协同工作。在实际应用中，某客户通过TS-PON搭建了一个多达30轴的同步系统，显著提高了系统的运行效率与控制精度。该技术广泛应用于高精度的工业自动化设备中，尤其是在多轴伺服系统的控制中，确保了精密操作的高效和安全。
鹏瞰工业4.0解决方案 基于TS-PON智慧工厂IT/OT融合架构
TS-PON的竞争优势相比传统工业通信架构，TS-PON在技术架构、系统性能、安全可控等维度展现出显著优势，具备重塑下一代工业网络底座的潜力。 首先，TS-PON天然具备高带宽与低时延的优势。第一代产品即实现10Gbps光纤传输速率，远高于传统工业以太网的1Gbps，且未来规划向25G甚至50G演进。其基于TDM机制的统一时钟同步设计，可将节点间数据交换时延控制在微秒级以内，并实现纳秒级的抖动控制，这对电机多轴协同、机器人精密动作控制至关重要。 其次，TS-PON在系统确定性与同步能力方面远超TSN（时间敏感网络）等传统方案。TSN基于以太网，协议复杂、标准尚未完全成熟；而TS-PON依托光网络的中心时钟广播机制，实现了从主控到各节点的统一调度。这样的结构让整网具备极高的确定性与实时性，尤其适用于对控制精度要求极高的边缘计算场景，如多轴机器人、数控机床、柔性制造线等。 第三，TS-PON具备极强的抗电磁干扰能力与部署灵活性。光纤本身抗干扰能力强，可在电磁噪声复杂的工业现场保持低误码率；支持菊花链、星型、环网、分光、光铜混合等多种拓扑结构，可根据现场布局弹性部署，显著降低线缆布设难度和系统集成复杂度。 在安全性层面，TS-PON Gen2已支持国密SM4等算法，为国产工业控制系统提供了符合法规的加密能力，增强了本土化部署的合规性与可信性。此外，通过软件定义网络架构（SDN），TS-PON芯片具备灵活的功能可编程能力，便于适配多样化的客户定制需求。几种工业网络通信对比，来源：与非研究院整理
总线网络对比
TS-PON Gen2：灵活定义未来边缘智能当前，鹏瞰已完成TS-PON核心芯片的量产部署，下一代产品（TS-PON Gen2）即将流片，预计将进一步提升系统性能、降低成本，并通过兼容XG(S)PON/GPON标准拓展至FTTx与F5G等市场，打开更广阔的商业化前景。 江晓峰介绍了即将流片的TS-PON Gen2芯片，这是鹏瞰面向机器人、智能制造等边缘AI应用推出的第二代旗舰SoC，展现出系统级提升与模块化升级的特点。 其主要创新点包括：标准化接口：Gen2支持MCU、NPU、FPGA等常见控制与计算单元通过标准总线进行直连，使Node芯片成为边缘计算模块的高性能通信网卡；时间同步优化：对原有时间同步协议栈进行重构，进一步降低了节点间同步误差，提升伺服电机等实时控制精度；DBA增强：动态带宽分配策略优化后，可在数据激增场景下动态调整信道分配，兼顾带宽效率与传输稳定性；降本增效：通过简化片上资源与整合接口模块，有效降低材料成本与系统BOM；安全性提升：支持国密SM4加密算法，满足国产工业应用在数据安全方面的合规需求。 其中，Root芯片作为整张网络的“中枢神经”，内置多协议交换引擎，负责调度、同步、带宽控制及通信加密；Node芯片则作为“末梢神经”，集成MIPI、PCIe、USB、CAN、PWM、ADC、DAC等丰富接口，可直接连接摄像头、电机、传感器等各类终端设备，实现数据上传与控制指令下发。江晓峰介绍，在Gen2版本中，Node SoC设计考虑到伺服器直连需求，某些型号已省去内部MCU控制单元，改由外部主控对接，从而提供更大的可配置空间与灵活性。技术积累与专利体系构建在边缘AI与工业自动化快速融合的背景下，拥有自主可控的工业通信IP核心与系统设计专利，已成为芯片公司在“智能制造”、“工业以太网升级”与“机器人感知控制融合”三大主线中的竞争关键。 作为一家成立于2019年的半导体设计公司，鹏瞰半导体以技术创新为出发点，致力于构建具备自主知识产权的工业通信底座。通过持续专利布局与芯片产品迭代，鹏瞰为自身在高性能工业网络市场中赢得了先发优势。 据公开资料显示，截至目前，鹏瞰已申请并公开5项发明专利，覆盖控制器架构、传感器网络拓扑、光网络通信协议等关键技术领域。其中最具代表性的一项授权专利为 CN111988369B《智能控制器及传感器网络总线、系统和方法》。该专利提出了一种基于中央处理单元与多媒体总线的网络结构，用于高效调度自动化机器中的传感器与执行器信号，构建低延迟、高同步、强实时的内部通信机制。 在这项发明中，鹏瞰构建了一种“突发式消息处理+全网广播”的数据传输模式：消息由某节点发起后，以突发方式送至中央处理核心，再通过内部多媒体总线广播分发至所有节点。这种架构有效地避免了工业系统中传统串行通信带来的延迟与冲突问题，适用于柔性制造、智能机器人等复杂场景，成为鹏瞰TS-PON SoC系统设计的理论基础与工程落点。 不仅如此，鹏瞰在专利中也对节点SoC的硬件资源整合进行了深度定义：例如，通过集成MCU、ADC、PWM、CAN、MIPI、PCIe等丰富接口，支持摄像头、伺服器、电机等多类型终端的快速挂载，并通过统一的光传输协议进行数据汇聚与下发。这些特性直接体现在鹏瞰第一代与即将推出的第二代TS-PON Gen2芯片上，强化了其产品方案的完整性与兼容性。总结：光通信重构边缘智能底座随着边缘AI、智能制造、工业互联网的加速融合，传统工业通信网络正面临多重挑战——包括带宽瓶颈、时延不确定、电磁干扰严重以及协议碎片化问题。这些问题正在制约高性能机器人、柔性生产线与分布式智能系统的发展。 鹏瞰半导体以TS-PON为核心打造的新型光通信方案，为“边缘智能的神经网络”提供了颠覆式的底层连接能力。TS-PON不仅解决了高带宽与低延迟并存的矛盾，还通过统一时钟机制实现全网纳秒级同步，满足了机器人多轴协同、精密控制、图像融合等典型应用对确定性通信的高标准需求。 更重要的是，这套系统不仅局限于设备内部的互联，还可延伸至工厂级IT/OT融合、智能汽车的数据融合域、未来F5G光网络的边缘节点，实现从芯片到网络的全栈自研能力。这种“类神经系统”的架构，让一张光网同时承载感知、计算、控制等多种数据流，简化了布线与维护，降低了整机系统复杂度。 据了解，目前TS-PON方案已获得多个工业客户验证，并落地于机器人控制、伺服驱动、智能制造网络等实际场景。同时，第二代芯片TS-PON Gen2即将流片，其在接口兼容性、安全合规性（如SM4支持）、软硬协同能力上均作出强化，展现出广阔的行业延展性与商业前景。 “未来的机器人网络就像人类神经系统，不仅要高速响应，还要准确同步。TS-PON正是让类脑系统成为可能的连接中枢。” 江晓峰认为，这种连接不仅是技术意义上的带宽升级，更是工业系统架构层面的范式转变。以TS-PON为代表的创新型工业通信技术，正成为打通国产边缘智能全链路的关键一环。来源：与非网
