一方面,曾在2019年豪言使用純視覺來實(shí)現(xiàn)FSD的特斯拉在去年年底宣布,將在第4代自駕車平臺(tái)重新納入一顆4D毫米波雷達(dá);另一方面,作為激光雷達(dá)的潛在競爭對手,4D成像雷達(dá)的性能正在提升,在提供更高性價(jià)比的同時(shí),進(jìn)一步擠壓了激光雷達(dá)的空間?

雖然圍繞著這個(gè)技術(shù)的爭論不斷,但各大主機(jī)廠?Tier 1和芯片公司卻毫不掩飾地圍繞著4D成像雷達(dá)推陳出新?據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)顯示,2022年,4D成像雷達(dá)的市場規(guī)模僅為2億美元?到2028年,這個(gè)數(shù)字將提高到22億美元,期間的年復(fù)合增長率高達(dá)49%?

由此可見,4D成像雷達(dá),大有可為?

其實(shí)毫米波雷達(dá)并不是什么新技術(shù),早在上世紀(jì)四五十年代就被研發(fā)出來并付諸應(yīng)用了?但在過去20多年里,我們說的毫米波雷達(dá)是指能測量距離?速度和水平角度三個(gè)方面的數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)3D雷達(dá)?在一般的ADAS應(yīng)用中,這樣的雷達(dá)應(yīng)用也足夠?

但現(xiàn)在,隨著智能駕駛的普及加速,傳統(tǒng)雷達(dá)的分辨率差?行人反射率低和噪音,以及只能用于探測移動(dòng)目標(biāo),很難分辨其他靜止物體(如道路?柵欄?標(biāo)志等)等天然缺點(diǎn)被無限放大?但毫米波雷達(dá)的一些天然特性又讓他們成為汽車智能化方案的選擇?

為此,整個(gè)行業(yè)就對毫米波雷達(dá)提出了新的要求?

例如原來雷達(dá)要求探測距離100米左右就夠了,但現(xiàn)在很多項(xiàng)目都需要150米,前雷達(dá)方面甚至要求達(dá)到300米以上;同時(shí),在要求雷達(dá)能看得遠(yuǎn)的時(shí)候,近距離的弱目標(biāo)也要求能很好地探測出來;來到點(diǎn)云數(shù)方面,過去,一般雷達(dá)要求是一幀要有300左右的點(diǎn)云數(shù),但現(xiàn)在,這個(gè)數(shù)據(jù)要達(dá)到1000甚至2000?

為了解決上述問題,4D成像雷達(dá)——一種在傳統(tǒng)雷達(dá)基礎(chǔ)上加上一個(gè)垂直角度檢測?提高了輸出點(diǎn)密度且具備更高分辨能力的雷達(dá)迅速走紅?

4D雷達(dá)工作原理展示

(圖片來源:IoT Automotive News)

因?yàn)樵诜直媛?識(shí)別距離和點(diǎn)云數(shù)方面都有了大幅度的提升,4D成像雷達(dá)能探測到相對速度?距離?方位角和高度等數(shù)據(jù)?同時(shí),4D成像雷達(dá)還具有足夠高的動(dòng)態(tài)范圍,以區(qū)分遠(yuǎn)距離的較小障礙物?進(jìn)而能夠識(shí)別出如路標(biāo)?靜態(tài)物體和較遠(yuǎn)距離以外的物體,這是傳統(tǒng)的毫米波雷達(dá)無法做到的?

加特蘭微電子科技公司(以下簡稱“加特蘭”)創(chuàng)始人兼CEO陳嘉澍博士也告訴半導(dǎo)體行業(yè)觀察,4D成像雷達(dá)和傳統(tǒng)ADAS雷達(dá)的區(qū)別主要體現(xiàn)在兩方面:一是角度分辨能力是后者的一倍以上,二是點(diǎn)云的數(shù)量,也較之后者提升一個(gè)數(shù)量級?“因此4D成像雷達(dá)需要更多的MIMO通道,更強(qiáng)的運(yùn)算能力和更多的存儲(chǔ)資源?”陳嘉澍博士強(qiáng)調(diào)?他進(jìn)一步指出,在很多場景下,4D成像雷達(dá)甚至擁有多項(xiàng)激光雷達(dá)所不具備的優(yōu)勢?

“首先,作為一種光學(xué)雷達(dá),激光雷達(dá)光學(xué)傳感器跟人眼一樣有天生缺點(diǎn),那就是在雨霧天氣,強(qiáng)光天氣,有干擾情況下都不工作?但毫米波雷達(dá)卻是唯一全天候?不受天氣?不受光線影響的傳感器;其次,毫米波雷達(dá)對速度測量更加精確,也比光學(xué)傳感器在處理復(fù)雜場景上更具優(yōu)勢;再者,主動(dòng)安全的普及,包括最近美國NHTSA出臺(tái)的2029年所有車都要標(biāo)配AEB系統(tǒng),這就必須要毫米波雷達(dá)配合;此外,從成本來講,現(xiàn)在激光雷達(dá)確實(shí)也變得越來越便宜?但無論激光雷達(dá)的成本再怎么降低,它依然會(huì)比毫米波雷達(dá)貴幾倍,兩者之間會(huì)維持在5到10倍的差距?”陳嘉澍博士接著說?

加特蘭創(chuàng)始人兼CEO陳嘉澍博士

值得一提的是,在去年年中,全球領(lǐng)先的Tier 1供應(yīng)商博世就宣布退出高端自動(dòng)駕駛汽車激光雷達(dá)傳感器的開發(fā),并將資源重新分配到毫米波雷達(dá)和其他傳感技術(shù)上,這足以印證毫米波雷達(dá)技術(shù)的大有可為?

在進(jìn)入4D成像雷達(dá)時(shí)代,這些優(yōu)勢表現(xiàn)得尤為明顯?特別是在毫米波雷達(dá)從過去的砷化鎵?硅鍺制造,進(jìn)入到了CMOS制造時(shí)代以后,供應(yīng)商能夠提供集成度更高?性能更好且成本更優(yōu)的方案,進(jìn)一步鞏固了4D成像雷達(dá)在智能駕駛中的地位?

巨大的市場前景,就吸引了傳統(tǒng)和新興的毫米波雷達(dá)新貴,投身這個(gè)市場?

我們不得不承認(rèn)的是,和很多其他芯片一樣,毫米波雷達(dá)的這個(gè)市場,一直都是被海外巨頭壟斷的市場?

據(jù)Yole統(tǒng)計(jì),大陸集團(tuán)?博世?海拉?安波福?電裝和Veoneer這六大公司掌控著毫米波雷達(dá)市場?具體到芯片方面,18億美元的市場主要被NXP?英飛凌等廠商瓜分?而在進(jìn)入4D成像雷達(dá)市場以后,整體競爭格局變化不大?毫米波領(lǐng)先的芯片廠商基本還是領(lǐng)先的4D成像雷達(dá)芯片供應(yīng)商,但有不少新的競爭對手涌現(xiàn)?

如瑞薩通過收購 Steradian 以擴(kuò)大其在雷達(dá)市場的影響力;Arbe早在2019年推出車載4D毫米波雷達(dá)產(chǎn)品;擅長做ADAS芯片的Mobileye也在這個(gè)領(lǐng)域異軍突起;Altos Radar 在 2024 CES上推出了其突破性的 4D 成像雷達(dá)?加特蘭也在近日推出了基于Andes平臺(tái)打造的雙片級聯(lián)的成像雷達(dá)解決方案,加入了日趨火熱的4D成像雷達(dá)市場?

在新能源汽車快速崛起的當(dāng)下,加特蘭的這個(gè)方案的發(fā)布,顯得尤為重要?

“在產(chǎn)品上,我們跟競爭對手打一些差異化競爭?通過差異化的架構(gòu)和創(chuàng)新來實(shí)現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)性能的飛躍?”加特蘭技術(shù)總監(jiān)劉洪泉在談到公司在4D成像雷達(dá)市場上的布局時(shí)說道?“與當(dāng)前市面上的方案比較來看,Andes解決方案基本代表了目前毫米波雷達(dá)技術(shù)的最前沿,集眾多強(qiáng)大功能于一身,可實(shí)現(xiàn)4D高端雷達(dá)以及成像雷達(dá)功能?”劉洪泉補(bǔ)充說?

從技術(shù)上看,4D成像雷達(dá)的創(chuàng)新解決方案旨在提高分辨率以及其他性能指標(biāo),以滿足 ADAS/AD 應(yīng)用的要求?而要實(shí)現(xiàn)更高的分辨率需要更大的孔徑,這與發(fā)射和接收通道的數(shù)量以及天線陣列設(shè)計(jì)有關(guān)?因此在射頻模塊方面,Andes方案包含了基于傳輸線設(shè)計(jì)的 7 比特移相器以實(shí)現(xiàn)更好的 MIMO 性能?優(yōu)化的布局,有助于實(shí)現(xiàn)更好的隔離度;多級波形加載架構(gòu)能支持靈活生成各種波形,精確的數(shù)字補(bǔ)償單元等功能;集成的 JTAG?Aurora 的多種接口?多個(gè)數(shù)據(jù)通道以及分析模塊,能讓方案在調(diào)試的時(shí)候游刃有余?

對于4D成像雷達(dá)而言,還有另一個(gè)關(guān)注點(diǎn),那就是如何在單個(gè)系統(tǒng)中集成更多 TX/RX 通道,以提高其分辨率?針對這個(gè)問題,加特蘭在Andes方案上引入基于全自研C2C(chip to chip)接口的靈活級聯(lián)技術(shù)(Flex-Cascading),靈活級聯(lián)多顆芯片,潛在地降低硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性并優(yōu)化雷達(dá)傳感器的整體尺寸及其功耗?來到軟件開發(fā)方面,開發(fā)者也可以在多個(gè)芯片級聯(lián)的時(shí)候,復(fù)用和單芯片時(shí)候一樣的軟件,這進(jìn)一步降低了開發(fā)者的開發(fā)成本?值得一提的是,這些級聯(lián)SoC不僅射頻模擬能做到同步,組成更大的收發(fā)陣列,還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和同步?

Andes SoC芯片以及Andes SoC兩片級聯(lián)參考設(shè)計(jì)方案

為了應(yīng)對數(shù)據(jù)量大增帶來的處理需求,加特蘭為Andes提供了更為強(qiáng)大的性能和算力,當(dāng)中不僅包含了能實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號超快速處理的RSP(Radar Signal Processor),運(yùn)算速度高達(dá)23G MACs的DSP核,還提供了擁有超過2500 DMIPS計(jì)算能力的四核 CPU,讓Andes在處理數(shù)據(jù)時(shí)更從容?

“Andes的RSP還可以通過指令,用軟件代碼去改變數(shù)據(jù)流程,改變加速器配置,實(shí)現(xiàn)新的算法,增加方案的靈活性?這和過去BBA固定數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方式有著天壤之別,符合當(dāng)前軟件定義汽車的大潮流”,劉洪泉強(qiáng)調(diào)?

同時(shí),在客戶和消費(fèi)者都非常關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)安全方面,Andes芯片采用“安全島”設(shè)計(jì),支持常用加解密算法的硬件加速器,為用戶的隱私保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)安全提供了技術(shù)保障?此外,針對4D成像雷達(dá)方案面臨的開發(fā)復(fù)雜?落地周期長和成本高等問題,加特蘭還支持“Ready-to-deploy”的交鑰匙方案,為加速4D成像雷達(dá)在智能汽車上的廣泛應(yīng)用提供便利性?

“系統(tǒng)集成度的提高會(huì)帶來可靠性方面的挑戰(zhàn),設(shè)計(jì)難度也會(huì)增加,能做到這種程度的公司不多,這也正是加特蘭的強(qiáng)項(xiàng)之一,也是我們的技術(shù)優(yōu)勢所在?”劉洪泉總結(jié)說到?“這也讓公司成為全球?yàn)閿?shù)不多能提供SoC單芯片解決方案的供應(yīng)商?”劉洪泉接著說?

過去十年的積累,讓加特蘭截止今年Q1,累計(jì)出貨800萬顆雷達(dá)芯片,公司的產(chǎn)品也已經(jīng)進(jìn)入到20余家車企,實(shí)現(xiàn)了超200款車型搭載?展望下一個(gè)十年,加特蘭志在成為毫米波雷達(dá)芯片的全球領(lǐng)導(dǎo)者,推動(dòng)毫米波雷達(dá)成為真正的普惠技術(shù)?

朝著這個(gè)目標(biāo),加特蘭一方面針對汽車主動(dòng)安全方面的應(yīng)用推出產(chǎn)品?同時(shí),加特蘭也會(huì)針對智能家居?智慧養(yǎng)老?工業(yè)自動(dòng)化和智慧城市這些方面的應(yīng)用做產(chǎn)品布局,旨在讓毫米波感知技術(shù)更好地服務(wù)人們的日常生活?

雖然被一致看好,但從行業(yè)當(dāng)前的現(xiàn)狀看來,4D成像雷達(dá)依然面臨著不小的挑戰(zhàn)?

例如,為了提高雷達(dá)的分辨性,我們可以選擇增加其工作頻率?然而,由于雷達(dá)的頻率受到法規(guī)限制,這不是可以輕易改變的?當(dāng)然,我們也可以選擇通過增加孔徑大小的方式,獲得更高的分辨率,但這樣設(shè)計(jì)很容易會(huì)帶來產(chǎn)品尺寸過大,難以散熱且不易于集成于在保險(xiǎn)桿上等的挑戰(zhàn)?伴之而來的軟件復(fù)雜性,也是4D成像雷達(dá)玩家不得不面對的另一道難題?

再疊加上應(yīng)用本身對器件的高規(guī)格,4D成像雷達(dá)在汽車市場的普及不會(huì)是簡單的事情?

但在陳嘉澍博士看來,在L2+部署的需求下,疊加市場上有車廠希望用4D成像雷達(dá)替代激光雷達(dá)的趨勢,4D成像雷達(dá)在未來必然有巨大的成長空間?為此,供應(yīng)商需要進(jìn)一步降低雷達(dá)的成本,同時(shí)還需要提高4D成像雷達(dá)的探測能力?

這不但是加特蘭的發(fā)展方向,也是所有4D成像雷達(dá)的共同目標(biāo)?