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title: "ESP32 Ethernet Controller Comparison: W5500 vs DM9051ANX Performance and Design Analysis"
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type: "UCC: User Created Content"
author: "lilh34434"
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published: "2026-03-06"
language: "en"
hardware: ["WIZnet W5500", "Espressif ESP32"]
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# ESP32 Ethernet Controller Comparison: W5500 vs DM9051ANX Performance and Design Analysis

> ESP32 Ethernet Controller Comparison: W5500 vs DM9051ANX Performance and Design Analysis

Original author: lilh34434 (source: https://blog.csdn.net/lilh34434/article/details/153081371)

## Components

- **WIZnet W5500** x 1 ([docs](https://docs.wiznet.io/Product/Chip/Ethernet/W5500))
- **Espressif ESP32** x 1 ([docs](https://www.espressif.com/en/products/socs/esp32))

WIZnet parts: W5500 ([Datasheet](https://docs.wiznet.io/Product/Chip/Ethernet/W5500/datasheet?utm_source=maker&utm_medium=project&utm_campaign=w5500), [product hub](https://maker.wiznet.io/products/w5500/))

## Article

ESP32는 Wi-Fi 기반 IoT 장치에서 널리 사용되지만 다음과 같은 환경에서는 **유선 Ethernet 연결**이 요구됩니다.

- 산업용 제어 시스템

- 데이터 수집 장비

- 공장 자동화 장비

- 안정적인 네트워크 연결이 필요한 IoT 장치

ESP32에서 Ethernet을 구현하는 가장 일반적인 방법은 **SPI 기반 Ethernet 컨트롤러**를 사용하는 것입니다. 대표적인 두 칩은 다음과 같습니다.

**W5500 (WIZnet)DM9051ANX (Davicom)**

두 칩은 동일하게 SPI 인터페이스 기반 Ethernet 컨트롤러이지만 내부 구조와 설계 특성이 다르며 실제 프로젝트에서는 성능과 설계 난이도에서 차이가 발생합니다.

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## 시스템 아키텍처

이 프로젝트의 중요한 특징은 **두 칩 모두 ESP-IDF의 LwIP TCP/IP 스택을 사용하는 동일한 네트워크 구조에서 테스트**되었다는 점입니다.

즉 비교는

**Ethernet Controller 비교**

입니다.

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### DM9051ANX 기반 구조

![](https://maker.wiznet.io/upload/ckeditor5/160051332%5F1772794600%2Epng)

*DM9051ANX 기반 구조*

특징

- TCP/IP 처리는 ESP32 내부 LwIP 스택에서 수행

- DM9051ANX는 SPI Ethernet MAC/PHY 인터페이스 역할

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### W5500 기반 구조 (본 테스트 기준)

![](https://maker.wiznet.io/upload/ckeditor5/160051332%5F1772794618%2Epng)

*W5500 기반 구조*

중요한 점

- W5500은 Hardwired TCP/IP Engine을 포함하지만

- **이 테스트에서는 해당 기능을 사용하지 않음**

따라서 본 비교는

**ESP32 + LwIP + SPI Ethernet Controller**

구조에서의 성능 비교입니다.

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## 테스트 환경

**테스트 플랫폼**

- MCU: ESP32-S3

- Network stack: ESP-IDF LwIP

- 테스트 툴: iperf3

**네트워크 환경**

- 서버: Intel NUC i5

- NIC: Gigabit Ethernet

- 스위치: Gigabit Ethernet switch

- 케이블: Cat6 (1m)

**주요 테스트 파라미터**

- MSS = 1460

- SPI Clock = 40 MHz

- Test duration = 10s

- Nagle algorithm disabled

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## 성능 테스트 결과

iperf3 테스트 결과는 다음과 같습니다.

| Test 항목 | DM9051ANX | W5500 |
| --- | --- | --- |
| TCP 단방향 | 14.2 Mbps | 8.7 Mbps |
| TCP 양방향 | 9.8 Mbps | 5.3 Mbps |
| UDP 최대 | 18.1 Mbps | 11.4 Mbps |
| 64B 패킷 | 4200 pps | 3800 pps |
| 연결 수립 | 12 ms | 15 ms |

테스트 결과에서는 **DM9051ANX가 전반적으로 더 높은 throughput**을 보였습니다.

이 차이는 다음 요소에 영향을 받습니다.

- SPI 인터페이스 처리 방식

- Ethernet 드라이버 구현

- 네트워크 버퍼 구조

- ESP-IDF LwIP 스택 처리 방식

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## CPU 사용률

ESP32-S3(240 MHz 듀얼코어)에서 LwIP 기반 네트워크 처리 시 CPU 사용률은 다음과 같이 관찰되었습니다.

- 최대 부하 시 약 **15~20%**

ESP32 성능 기준에서는 네트워크 처리로 인한 CPU 부담은 비교적 제한적인 수준입니다.

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## 전력 소비

| Mode | DM9051ANX | W5500 |
| --- | --- | --- |
| 10M Half | 28 mA | 78 mA |
| 10M Full | 32 mA | 82 mA |
| 100M Half | 38 mA | 105 mA |
| 100M Full | 45 mA | 120 mA |

**Deep Sleep**

| Chip | Current |
| --- | --- |
| DM9051ANX | 15 µA |
| W5500 | 20 µA |

전력 측면에서는 **DM9051ANX가 더 낮은 소비 전력**을 보였습니다.

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## 발열 특성

열화상 카메라 측정 결과

- DM9051ANX: 약 **30°C**

- W5500: 약 **60°C**

이 차이는 장시간 동작 환경에서 **열 설계 중요성**을 보여줍니다.

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## 고온 환경 안정성

70°C 환경에서 24시간 네트워크 테스트 수행 결과

- DM9051ANX: 안정적 동작

- W5500: 장시간 테스트 시 간헐적 패킷 손실 발생

이는 산업 환경에서 Ethernet 칩 선택 시 **열 관리 설계가 중요함**을 보여줍니다.

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## BOM 비용 분석

1000pcs 기준 BOM 비교

| 항목 | DM9051ANX | W5500 |
| --- | --- | --- |
| 총 BOM 비용 | $2.6 ~ $3.1 | $4.1 ~ $4.6 |

비용 차이는 다음 요소에서 발생합니다.

- 추가 디커플링 회로

- 외부 ESD 보호 회로

- EEPROM(MAC 저장)

- PCB 면적 증가

생산 테스트 시간

- DM9051ANX: 약 **12초**

- W5500: 약 **18초**

대량 생산에서는 이러한 차이가 누적 비용으로 이어질 수 있습니다.

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## 선택 결정 프레임워크

원문 작성자는 앞선 테스트와 분석을 기반으로 **Ethernet 칩 선택을 위한 의사결정 프레임워크**를 다음과 같이 제시합니다.

**DM9051ANX이 적합한 경우**

- **산업 제어 장비**
  EMC 요구사항이 높고 환경이 열악한 경우

- **배터리 구동 장비**
  전력 소비가 중요한 시스템

- **고밀도 장비 설계**
  PCB 공간이 제한된 경우

- **고온 환경**
  동작 온도가 60°C 이상인 환경

- **비용 민감형 양산 제품**
  BOM 비용이 중요한 제품

**W5500이 적합한 경우**

- **교육용 개발 보드**
  자료가 풍부하고 사용 사례가 많아 학습과 실험에 적합

- **프로토타입 개발**
  네트워크 기능을 빠르게 검증할 때 유리

- **저가 소비자 제품**
  비교적 안정적인 환경에서 사용하는 경우

- **기존 W5500 설계 경험이 있는 경우**
  기존 설계를 재사용하여 개발 리스크를 줄일 수 있음

- **하드웨어 TCP/IP가 필요한 특수 애플리케이션**
  MCU 자원이 매우 제한된 시스템에서 활용 가능

※ 위 내용은 **원문 작성자의 테스트 경험과 설계 관점에 기반한 의견**이며, 실제 제품 설계에서는 프로젝트 요구사항과 시스템 아키텍처에 따라 선택이 달라질 수 있습니다.

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## 핵심 지표 비교 요약

원문에서는 ESP32-S3 환경에서 **ESP-IDF의 LwIP 네트워크 스택을 동일하게 사용한 조건**에서 DM9051ANX와 W5500의 성능을 비교했습니다. 따라서 실제 테스트 결과는 **“Ethernet 컨트롤러 비교”**에 해당하며, W5500의 Hardwired TCP/IP Engine은 사용되지 않았습니다. 아래 표는 원문에 제시된 실측 데이터를 기준으로 성능, CPU 사용률, 전력, 발열, 안정성, BOM 비용을 한눈에 비교할 수 있도록 정리한 것입니다.

### 원문 테스트 결과 기반 비교

| 평가 항목 | DM9051ANX | W5500 | 우수 |
| --- | --- | --- | --- |
| TCP 단방향 성능 | 14.2 Mbps | 8.7 Mbps | **DM9051ANX** |
| TCP 양방향 성능 | 9.8 Mbps | 5.3 Mbps | **DM9051ANX** |
| UDP 최대 처리량 | 18.1 Mbps | 11.4 Mbps | **DM9051ANX** |
| CPU 사용률 | 약 15~20% | 약 15~20% | 동등 |
| 전력 소비 (100M Full) | 약 45 mA | 약 120 mA | **DM9051ANX** |
| 발열 (표면 온도) | 약 30°C | 약 60°C | **DM9051ANX** |
| 고온 안정성 | 안정적 | 장시간 테스트 시 패킷 손실 발생 | **DM9051ANX** |
| BOM 비용 | $2.6 ~ $3.1 | $4.1 ~ $4.6 | **DM9051ANX** |

이 결과는 **ESP32 + LwIP 환경에서의 SPI Ethernet 컨트롤러 비교**이며, 이 조건에서는 DM9051ANX가 대부분의 지표에서 더 높은 효율을 보였습니다.

다만 W5500의 주요 특징인 **Hardwired TCP/IP Engine을 실제로 사용한다면 비교의 기준이 달라질 수 있습니다.** 이 경우 TCP/IP 처리를 칩 내부에서 수행하게 되어 MCU의 네트워크 처리 부담이 크게 줄어들 수 있습니다.

### W5500 Hardwired TCP/IP 사용 시 예상 비교

| 평가 항목 | DM9051ANX (LwIP 기반) | W5500 (Hardwired TCP/IP) | 우수 방향 |
| --- | --- | --- | --- |
| TCP 처리 방식 | MCU(LwIP) 처리 | W5500 내부 처리 | 구조 차이 |
| TCP 처리 성능 | 약 10~14 Mbps | 최대 약 34 Mbps 수준 사례 존재 | **W5500** |
| CPU 사용률 | 약 15~20% | 낮음 (TCP 오프로딩) | **W5500** |
| 전력 소비 | 낮음 | 상대적으로 높음 | **DM9051ANX** |
| 발열 특성 | 낮음 | 상대적으로 높음 | **DM9051ANX** |
| 고온 안정성 | 안정적 | 열 설계 영향 가능 | **DM9051ANX** |
| BOM 비용 | 낮음 | 상대적으로 높음 | **DM9051ANX** |

정리하면, **ESP-IDF + LwIP 기반 시스템에서는 DM9051ANX가 전력 효율, 발열, 비용 측면에서 유리한 결과를 보였으며**, W5500은 Hardwired TCP/IP Engine을 활용하는 구조에서 **MCU 리소스 절감과 높은 TCP 처리 성능**이라는 장점을 가질 수 있습니다. 따라서 실제 제품 설계에서는 단순 성능 비교보다 **네트워크 스택 구조와 MCU 자원 활용 방식**을 함께 고려한 선택이 필요합니다.

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## WIZnet Insight

W5500은 SPI 인터페이스 기반 Ethernet 컨트롤러로 다양한 MCU와 쉽게 연결할 수 있는 구조를 제공합니다. 특히 임베디드 시스템에서 널리 사용되어 많은 레퍼런스 설계와 개발 자료가 존재합니다.

다만 본 테스트에서는 **W5500의 Hardwired TCP/IP Engine을 사용하지 않았기 때문에**, 하드웨어 TCP/IP 오프로딩 구조의 장점은 테스트 결과에 반영되지 않았습니다. 따라서 본 비교는 **ESP-IDF + LwIP 환경에서의 SPI Ethernet 컨트롤러 성능 비교**로 이해해야 합니다.

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## FAQ

**ESP32에서 SPI Ethernet 최대 속도는 얼마인가요?**
일반적으로 10~20 Mbps 수준입니다.

**SPI 클록 속도는 성능에 영향을 주나요?**
SPI 인터페이스는 Ethernet 데이터 경로이기 때문에 클록 속도가 throughput에 영향을 줍니다.

**왜 Hardwired TCP/IP 비교가 아니었나요?**
ESP-IDF 네트워크 스택이 LwIP 기반이기 때문에 동일 조건 비교를 위해 두 칩 모두 LwIP 기반으로 테스트되었습니다.

**Ethernet 설계에서 EMC가 중요한 이유는 무엇인가요?**
Ethernet 인터페이스는 고속 신호를 사용하기 때문에 EMC 설계가 인증 통과에 중요한 영향을 미칩니다.

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ESP32 is widely used in Wi-Fi based IoT devices, but in the following environments **wired Ethernet connectivity is often required**:

- Industrial control systems

- Data acquisition equipment

- Factory automation devices

- IoT systems that require stable and deterministic network connectivity

The most common way to implement Ethernet on ESP32 is by using an **SPI-based Ethernet controller**. Two representative chips are:

- **W5500 (WIZnet)**

- **DM9051ANX (Davicom)**

Both chips are SPI-based Ethernet controllers, but they differ in internal architecture and design characteristics. As a result, they show differences in performance and system design complexity in real projects.

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## System Architecture

An important aspect of this project is that **both chips were tested using the same network architecture based on the ESP-IDF LwIP TCP/IP stack.**

Therefore, the comparison is essentially a comparison of **Ethernet controllers**, not TCP/IP stack implementations.

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### DM9051ANX Architecture

**Key characteristics**

- TCP/IP processing is handled by the **LwIP stack inside the ESP32**

- DM9051ANX functions as an **SPI Ethernet MAC/PHY interface**

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### W5500 Architecture (in this test)

**Important note**

Although the W5500 includes a **Hardwired TCP/IP Engine**, this feature **was not used in this test**.

Therefore, the comparison reflects performance under the following architecture:

**ESP32 + LwIP + SPI Ethernet Controller**

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## Test Environment

**Test Platform**

- MCU: **ESP32-S3**

- Network stack: **ESP-IDF LwIP**

- Test tool: **iperf3Network Environment**

- Server: **Intel NUC i5**

- NIC: **Gigabit Ethernet**

- Switch: **Gigabit Ethernet switch**

- Cable: **Cat6 (1 m)Key Test Parameters**

- MSS = 1460

- SPI Clock = 40 MHz

- Test duration = 10 seconds

- Nagle algorithm disabled

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## Performance Test Results

The iperf3 test results are summarized below.

| Test Item | DM9051ANX | W5500 |
| --- | --- | --- |
| TCP (single direction) | 14.2 Mbps | 8.7 Mbps |
| TCP (bidirectional) | 9.8 Mbps | 5.3 Mbps |
| UDP maximum | 18.1 Mbps | 11.4 Mbps |
| 64B packet | 4200 pps | 3800 pps |
| Connection setup | 12 ms | 15 ms |

Overall, **DM9051ANX showed higher throughput performance**.

The performance difference is influenced by several factors:

- SPI interface handling

- Ethernet driver implementation

- Network buffer architecture

- ESP-IDF LwIP stack processing behavior

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## CPU Utilization

When running the LwIP-based network stack on an **ESP32-S3 (240 MHz dual-core)**, CPU utilization was observed as follows:

- Approximately **15–20% under maximum load**

Given the performance of the ESP32-S3, the CPU overhead caused by network processing remains relatively moderate.

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## Power Consumption

| Mode | DM9051ANX | W5500 |
| --- | --- | --- |
| 10M Half | 28 mA | 78 mA |
| 10M Full | 32 mA | 82 mA |
| 100M Half | 38 mA | 105 mA |
| 100M Full | 45 mA | 120 mA |

**Deep Sleep**

| Chip | Current |
| --- | --- |
| DM9051ANX | 15 µA |
| W5500 | 20 µA |

In terms of power consumption, **DM9051ANX demonstrated significantly lower power usage**.

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## Thermal Characteristics

Thermal imaging measurements showed the following temperatures:

- **DM9051ANX:** ~30 °C

- **W5500:** ~60 °C

This difference highlights the importance of **thermal design considerations for long-running systems**.

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## High-Temperature Stability

A 24-hour network test was conducted in a **70 °C environment**.

Results:

- **DM9051ANX:** Stable operation

- **W5500:** Intermittent packet loss during long-duration testing

This result emphasizes that **thermal management is critical when selecting Ethernet controllers for industrial environments**.

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## BOM Cost Analysis

BOM comparison (based on 1000-unit production volume):

| Item | DM9051ANX | W5500 |
| --- | --- | --- |
| Total BOM cost | $2.6 – $3.1 | $4.1 – $4.6 |

The cost difference comes from several factors:

- Additional decoupling circuits

- External ESD protection components

- EEPROM for MAC storage

- Larger PCB area

**Production Test Time**

- **DM9051ANX:** ~12 seconds

- **W5500:** ~18 seconds

In large-scale manufacturing, these differences can accumulate into significant production costs.

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## Selection Decision Framework

Based on the tests and analysis, the original author proposes the following **decision framework for selecting an Ethernet controller.Suitable scenarios for DM9051ANX**

- **Industrial control equipment**
  High EMC requirements and harsh environments

- **Battery-powered devices**
  Power efficiency is critical

- **High-density system designs**
  Limited PCB space

- **High-temperature environments**
  Operating temperature above 60 °C

- **Cost-sensitive mass-production products**
  BOM cost is a major factor

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**Suitable scenarios for W5500**

- **Educational development boards**
  Extensive documentation and community resources

- **Prototype development**
  Quick validation of networking functionality

- **Low-end consumer products**
  Operating environments are relatively stable

- **Existing W5500 design experience**
  Reuse existing designs and reduce development risk

- **Applications requiring hardware TCP/IP**
  Useful when MCU resources are extremely limited

*Note: These recommendations reflect the author's testing experience and design perspective. Actual design decisions may vary depending on project requirements and system architecture.*

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## Key Metric Comparison Summary

In the original tests, **DM9051ANX and W5500 were compared under the same ESP32-S3 + LwIP architecture**. Therefore, the results represent a comparison of **SPI Ethernet controllers**, not TCP/IP offloading solutions.

### Comparison Based on Original Test Results

| Metric | DM9051ANX | W5500 | Better |
| --- | --- | --- | --- |
| TCP throughput (single direction) | 14.2 Mbps | 8.7 Mbps | DM9051ANX |
| TCP throughput (bidirectional) | 9.8 Mbps | 5.3 Mbps | DM9051ANX |
| UDP maximum throughput | 18.1 Mbps | 11.4 Mbps | DM9051ANX |
| CPU usage | ~15–20% | ~15–20% | Equal |
| Power consumption | ~45 mA | ~120 mA | DM9051ANX |
| Thermal performance | ~30 °C | ~60 °C | DM9051ANX |
| High-temperature stability | Stable | Packet loss observed | DM9051ANX |
| BOM cost | $2.6–3.1 | $4.1–4.6 | DM9051ANX |

Under the **ESP32 + LwIP architecture**, DM9051ANX showed higher efficiency in most categories.

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However, the comparison changes if the **W5500 Hardwired TCP/IP Engine (TOE)** is actually used.

### Expected Comparison with W5500 TOE

| Metric | DM9051ANX (LwIP) | W5500 (Hardwired TCP/IP) | Advantage |
| --- | --- | --- | --- |
| TCP processing | MCU (LwIP) | W5500 hardware | Architectural difference |
| TCP throughput | ~10–14 Mbps | Up to ~34 Mbps reported | W5500 |
| CPU usage | ~15–20% | Lower (TCP offloading) | W5500 |
| Power consumption | Lower | Higher | DM9051ANX |
| Thermal behavior | Lower | Higher | DM9051ANX |
| High-temperature stability | Stable | Thermal design dependent | DM9051ANX |
| BOM cost | Lower | Higher | DM9051ANX |

In summary:

**DM9051ANX performs better in power efficiency, thermal behavior, and BOM cost when using an LwIP-based architecture.W5500 becomes advantageous when its Hardwired TCP/IP Engine is utilized**, offering reduced MCU load and potentially higher TCP throughput.

Therefore, selecting the appropriate Ethernet controller should consider not only raw performance but also **network stack architecture and MCU resource utilization**.

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## WIZnet Insight

The W5500 is an SPI-based Ethernet controller designed for easy integration with a wide range of MCUs. It has been widely adopted in embedded systems, resulting in abundant reference designs and development resources.

However, since the **Hardwired TCP/IP Engine was not used in this test**, the advantages of hardware TCP/IP offloading were not reflected in the measured results. Consequently, this comparison should be interpreted as **a performance comparison of SPI Ethernet controllers under the ESP-IDF + LwIP environment**.

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## FAQ

**What is the maximum SPI Ethernet throughput on ESP32?**

Typically around **10–20 Mbps**, depending on SPI clock speed and software architecture.

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**Does SPI clock speed affect Ethernet performance?**

Yes. Since the SPI interface is the primary data path between the MCU and the Ethernet controller, the clock speed directly impacts throughput.

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**Why wasn't the Hardwired TCP/IP Engine compared?**

Because the ESP-IDF networking framework is based on **LwIP**, both chips were tested under the same LwIP architecture to maintain consistent conditions.

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**Why is EMC important in Ethernet design?**

Ethernet interfaces operate with high-speed signals, so EMC design plays a critical role in passing regulatory certification and ensuring stable operation.

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Source: https://maker.wiznet.io/scott/projects/w5500-vs-dm9051anxesp325/