4D毫米波雷達(dá)兩大方向：DSP和FPGA

”跳來跳去”的特斯拉，最終回歸雷達(dá)路線。

在自動(dòng)駕駛流派中，特斯拉一直死磕攝像頭路線，堅(jiān)決反對(duì)激光雷達(dá)的多傳感器冗余路線。特斯拉創(chuàng)始人馬斯克認(rèn)為，激光雷達(dá)昂貴、丑陋，且沒有必要，它就像是人身上長(zhǎng)了一堆闌尾，闌尾本身的存在就基本是無意義的，如果還長(zhǎng)一堆就太可笑了。

筆者也在2021年寫過一篇文章《尷尬了，純視覺路線特斯拉還能堅(jiān)持下去嗎？》 討論過這個(gè)事。

這里引用一小段：“2020 年 11 月 12 日，馬斯克在答網(wǎng)友問的時(shí)候提了兩個(gè)觀點(diǎn)，一是再一次澄清特斯拉并非出于任何主觀情緒不采用激光雷達(dá)，反例是 SpaceX 研發(fā)和應(yīng)用了激光雷達(dá)來使龍飛船和空間站對(duì)接；二是再次就攝像頭之外的自動(dòng)駕駛傳感器表態(tài)：波長(zhǎng)低于 4 mm 的高精度毫米波雷達(dá)才是更好的選擇。”

這里其實(shí)馬斯克表現(xiàn)出了對(duì)毫米波雷達(dá)的傾向性。不過到了2022年初，已經(jīng)有不少媒體宣布，從2022年2月中旬開始，特斯拉投放在北美市場(chǎng)的Model S和Model X將不再配備毫米波雷達(dá)。至此，特斯拉傳感器方案從“8攝像頭+1毫米波雷達(dá)+12超聲波雷達(dá)”的多傳感器方案減為“8攝像頭”的純視覺方案。

于是一大波行業(yè)媒體開始列出了這樣的標(biāo)題《徹底干掉毫米波雷達(dá)，特斯拉向行業(yè)宣戰(zhàn)》。一時(shí)間，在知乎，在各大技術(shù)論壇，討論特斯拉純視覺方案的帖子急劇增加，核心觀點(diǎn)就一個(gè)：特斯拉掌握核心科技，第一性原理牛逼，純視覺方案才是未來的趨勢(shì)，傳感器冗余才是邪路。被事實(shí)毒打的筆者，只得摸了摸自己紅腫的臉，低調(diào)做人。

不過到了2023年2月16日，推特博主Greetheonly公開了特斯拉HW 4.0硬件拆解分析，推測(cè)“Phoenix”新增選項(xiàng)預(yù)計(jì)將接入Arbe的4D毫米波雷達(dá)Phoenix，其同時(shí)猜測(cè)，該雷達(dá)或?qū)⒋钶d于特斯拉Model X等量產(chǎn)車型上。于是業(yè)界開始熱議，特斯拉又要回歸毫米波雷達(dá)路線。

針對(duì)這一新聞，筆者也找了業(yè)內(nèi)專家咨詢了一下，他們是雪湖科技的CEO 張強(qiáng)以及研發(fā)總監(jiān)田志明。為什么找他們咨詢呢？因?yàn)檠┖萍家恢睅椭蛻魢@賽靈思的FPGA提供算法支持。

雪湖科技是入選賽靈思全球合作伙伴的中國(guó)企業(yè)，同時(shí)多年來一直幫助客戶在FPGA平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)算法的硬化。針對(duì)毫米波雷達(dá)客戶，雪湖科技幫助構(gòu)建一套毫米波雷達(dá)的算法仿真平臺(tái)，提高客戶的算法研發(fā)效率，也幫助他們快速實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)落地。

賽靈思車規(guī)級(jí)產(chǎn)品路線圖

據(jù)介紹，面向汽車市場(chǎng)，賽靈思可以提供從28nm工藝的FPGA、Zynq SoC，16nm的Zynq UltraScale+ MPSoC 7EV 和11 EG，以及7nm工藝的Versal ACAP，可以應(yīng)用于智能網(wǎng)聯(lián)汽車的艙內(nèi)體驗(yàn)（DMS、3D環(huán)視等）、ADAS（ICMS、前端攝像頭、自動(dòng)泊車、域控制器）以及高級(jí)自動(dòng)駕駛（中央計(jì)算、下一代前端攝像頭）等各個(gè)領(lǐng)域。而本次曝光的Zynq 系列 AP SoC就是Zynq xa7020。

毫米波雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈

來源：ITTbank

作為毫米波雷達(dá)的核心器件——雷達(dá)芯片，一般主要分為射頻的發(fā)射、接收芯片和基帶處理芯片。雷達(dá)芯片在整個(gè)雷達(dá)產(chǎn)品中不僅成本占比大（目前占到毫米波雷達(dá)總成本的 70%），同時(shí)由于在雷達(dá)中屬于上游技術(shù)，毫米波雷達(dá)芯片向來是巨頭的戰(zhàn)場(chǎng)。站在這些毫米波雷達(dá)巨頭背后的，是英飛凌、恩智浦NXP、飛思卡爾、意法半導(dǎo)體、德州儀器等芯片巨頭。

從技術(shù)上來講，4D成像毫米波雷達(dá)是必然趨勢(shì)，有能力做4D毫米波雷達(dá)的廠商基本都在做4D成像毫米波雷達(dá)。即便是博世這樣的巨頭，也在日前急忙推出了第五代至尊版毫米波雷達(dá)，試水4D賽道。

4D毫米波雷達(dá)兩大方向

DSP路線和FPGA路線

目前汽車毫米波雷達(dá)行業(yè)主要有兩種方式實(shí)現(xiàn)4D雷達(dá)量產(chǎn)（還有超材料技術(shù)的路徑，但量產(chǎn)難度較大），一種是基于NXP、TI等傳統(tǒng)雷達(dá)天線及芯片方案商提供的標(biāo)準(zhǔn)方案。一種是類似Arbe、Mobileye自研芯片。從公開信息看，目前可選芯片方案主要有TI、恩智浦、賽靈思、Arbe等少數(shù)幾家。其中按芯片種類可以分為DSP路線和FPGA路線兩種。

DSP路線的代表者是TI。在傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)芯片領(lǐng)域，NXP和英飛凌幾乎壟斷了這個(gè)市場(chǎng)。但是在4D成像雷達(dá)市場(chǎng)，TI則成為了推動(dòng)者。德州儀器于2016年曾推出基于CMOS工藝的高集成度77GHz毫米波雷達(dá)傳感器AWR1642系列，欲打破恩智浦和英飛凌兩家企業(yè)對(duì)傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)芯片的壟斷格局，但事與愿違。在洞悉到毫米波雷達(dá)要獲得更高角分辨率，就要增加天線數(shù)量這一需求后，德州儀器于2018年推出基于AWR2243FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）單芯片收發(fā)器的4片級(jí)聯(lián)4D毫米波雷達(dá)全套設(shè)計(jì)方案。歷經(jīng)AWR1642、AWR2243兩代產(chǎn)品后，TI已站穩(wěn)了成像雷達(dá)的腳跟。

除德國(guó)大陸汽車，中國(guó)乃至全球大部分的4D成像毫米波雷達(dá)基本都是基于TI的級(jí)聯(lián)方案，有追求低成本的2片級(jí)聯(lián)，有追求性能的4片級(jí)聯(lián)。還有家以色列的初創(chuàng)公司Vayyar自己開發(fā)關(guān)鍵的收發(fā)器芯片，華為的12發(fā)24收4D成像毫米波雷達(dá)似乎是采用自己做的芯片，應(yīng)該是4片3發(fā)6收的收發(fā)器級(jí)聯(lián)而成，但也有說法可能是德州儀器的AWR1642六片級(jí)聯(lián)而成。

相對(duì)TI而言，NXP在2022年初才在CES上宣布量產(chǎn)S32R45成像雷達(dá)芯片，同時(shí)推出了S32R41新產(chǎn)品。S32R41處理器的推出為業(yè)界帶來了首款專為L(zhǎng)2+自動(dòng)駕駛應(yīng)用量身定制的16nm雷達(dá)處理器。

2022年初，全球知名毫米波雷達(dá)芯片提供商恩智浦在CES上宣布S32R45成像雷達(dá)芯片量產(chǎn)，同時(shí)推出了S32R41新產(chǎn)品。S32R41處理器的推出為業(yè)界帶來了首款專為L(zhǎng)2+自動(dòng)駕駛應(yīng)用量身定制的16nm雷達(dá)處理器。這兩款處理器可滿足L2+級(jí)至L5級(jí)的自動(dòng)駕駛需求，用于構(gòu)建4D成像雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)360度環(huán)繞感知。

FPGA路線的代表者是賽靈思。德國(guó)大陸采用FPGA來作為4D雷達(dá)的芯片方案。德國(guó)大陸在2016年開始研發(fā)4D成像毫米波雷達(dá)時(shí)，選用的芯片方案為恩智浦的S32R274，但該芯片無法讓雷達(dá)小型化，最后選用賽靈思的Zynq UltraScale+RFSoC系列FPGA。

該芯片方案發(fā)布于2019年2月21日，專為射頻領(lǐng)域設(shè)計(jì)，第二、三代Zynq UltraScale+RFSoC具有更高的射頻性能及更強(qiáng)的可擴(kuò)展能力，分別最高支持到5GHz和6GHz，從而滿足新—代5G部署的關(guān)鍵需求。同時(shí)，還可支持針對(duì)采樣率高達(dá)5GS/S的14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和10GS/S的14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）進(jìn)行直接RF采樣，二者的模擬帶寬均高達(dá)6GHz。

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