特斯拉和華為押注4D成像雷達技術(shù)，誰家芯片方案最有看點？

電子發(fā)燒友原創(chuàng) 章鷹

6月8日，在比亞迪年度股東大會上，董事長王傳福表示，今年汽車已經(jīng)從供不應(yīng)求轉(zhuǎn)向了供大于求，汽車行業(yè)的窗口期只有3-5年，車型和技術(shù)路線的選擇非常重要。汽車工業(yè)的上半場是電動化，下半場是智能化。比亞迪在電動化已經(jīng)具備強勁實力，但是在智能化方面存在短板，在自動駕駛領(lǐng)域的推進不如特斯拉、小鵬、華為等企業(yè)。

近期，特斯拉黑客@greentheonly通過拆解，揭秘了特斯拉Hardware 4（HW4）自動輔助駕駛計算機的組成，HW4 硬件繼續(xù)基于三星 Exynos 芯片。二代FSD 的 CPU 內(nèi)核由 12 個增加至 20 個，運行頻率在 1.37GHz-2.35GHz 之間。

單從接口看，HW4.0 至少有兩個以太網(wǎng)接口，從連接器判斷是標準的單對線車載以太網(wǎng)，不是早期的 EAVB 以太網(wǎng)。新增以太網(wǎng)接口正是為了對接特斯拉自己開發(fā)的4D 毫米波雷達，傳統(tǒng)毫米波雷達用 CAN 或 CAN-FD 連接，4D 毫米波雷達信息量大，需要用百兆以太網(wǎng)。據(jù)猜測特斯拉重新搭載的4D雷達或來自以色列企業(yè)Arbe——特斯拉在2022年底遞交的雷達硬件備案材料中提到了Phoenix，而Arbe的4D成像雷達也叫Phoenix。

特斯拉的傳感器方案，經(jīng)歷了“多傳感器融合”、“純視覺”和“4D毫米波雷達+視覺”3個階段，為何特斯拉在HW4.0采用4D毫米波雷達方案？據(jù)悉，目前除特斯拉外，寶馬、通用、長安等多家車企均對4D毫米波雷達有所布局，部分車型會在2023年交付。4D毫米波雷達到底有何優(yōu)勢會獲得多家車企青睞？從成本和性能角度，4D毫米波雷達為何會加速量產(chǎn)上車？4D毫米波雷達上下游產(chǎn)業(yè)鏈前景如何？本文進行詳細解析。

4D毫米波雷達為何走紅？面向L3及更高自動駕駛，性能具備三大優(yōu)勢

毫米波雷達由于具備全天候全天時的探測能力，再加上通過直接測量距離和速度，更容易實現(xiàn)對目標運動狀態(tài)的檢測，正逐漸在越來越多的新車上搭載。然而面對L3以及更高級別自動駕駛，傳統(tǒng)毫米波雷達的短板逐步呈現(xiàn)。它存在無法高密度點云成像，不能有效地解析目標的輪廓與類別、角分辨率低、不能檢測靜止目標等技術(shù)局限，難以滿足自動駕駛向上發(fā)展需求。

早在2021年，華為就發(fā)布了高分辨率4D成像雷達，華為智能汽車解決方案BU融合感知產(chǎn)品部R&C苗立靖認為，4D 是指檢測目標的 4 個維度，包括它的速度、距離、水平角度和垂直角度。傳統(tǒng)雷達最大缺點是水平分辨能力不足，不支持垂直分辨，導(dǎo)致看不清、看不準。近年來自動駕駛事故中，感知不足是重要原因之一。

高分辨4D成像雷達三大優(yōu)勢：1、大陣列、高分辨率；2、大視場、無模糊；3、相比于3D毫米波雷達具有天線數(shù)量多且密度高、輸出的點云圖像密度更高等特點。NXP半導(dǎo)體Radar & V2X產(chǎn)品市場經(jīng)理楊昌表示，4D毫米波雷達在3D毫米波雷達水平方向天線的基礎(chǔ)上，增加布置垂直方向上的收發(fā)天線，從而增加對目標高度的估計。相比于3D毫米波雷達具有天線數(shù)量多且密度高、輸出的點云圖像密度更高等特點。在距離分辨率、距離精度、角度分辨率、角度精度、速度分辨率和速度精度等方面都有所提升。

據(jù)悉，4D毫米波雷達探測距離更長，最遠探測距離可以達到300多米，目標點云更密集，可以形成點云成像級的輸出，進而可以使用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式進行圖像識別。

目前TeslaHW4.0已從純攝像頭的視覺方案回歸到4D毫米波雷達的視覺方案，國內(nèi)的上汽飛凡R7、飛凡F7、深藍SL03都已經(jīng)搭載了4D毫米波雷達，4D毫米波雷達正在成為自動駕駛系統(tǒng)傳感器的“明日之星”。

據(jù)高工智能汽車研究院預(yù)計，2023年中國乘用車市場前裝4D毫米波雷達將突破百萬顆，到2025年4D成像雷達占全部前向毫米波雷達的比重有望超過40%。華泰證券預(yù)測，2030 年中國 4D 毫米波雷達市場規(guī)模有望達到449 億元。性能角度看，他們預(yù)測4D 毫米波雷達未來在分辨率上或可逼近16-64 線的激光雷達。

4D毫米波雷達產(chǎn)業(yè)鏈梳理！成本和芯片性能優(yōu)勢助力量產(chǎn)上車

毫米波雷達產(chǎn)業(yè)鏈主要分為上游射頻MMIC 芯片、高頻 PCB、處理芯片以及后端算法等相關(guān)企業(yè)，中游包括成品4D 毫米波雷達的生產(chǎn)企業(yè)，下游則為主機廠。我們可以從下圖看一下4D毫米波雷達主要結(jié)構(gòu)。

圖片來自天風證券研究所

據(jù)悉，目前已發(fā)布4D毫米波雷達樣機并與國內(nèi)車企達成合作的廠商包括經(jīng)緯恒潤、華為、威孚高科、楚航科技、聯(lián)合光電等。上游芯片廠商主要包括射頻芯片和處理器，主要企業(yè)包括德州儀器、賽靈思、NXP、英飛凌等，伴隨著4D算力訴求提升，逐漸分化成FPGA和DSP兩大陣營。

目前，4D 毫米波雷達主流產(chǎn)品一般采用 2 片或 4 片 MMIC 級聯(lián)的技術(shù)方案，也有部分廠商采用單芯片集成的技術(shù)方案。2019年，以色列公司Arbe發(fā)布了采用專利芯片組技術(shù)的車規(guī)級4D成像雷達測試版產(chǎn)品——Phoenix。此后，Waymo、大陸集團、采埃孚、安波福、博世等國際科技巨頭開始陸續(xù)宣布相關(guān)動態(tài)。Waymo于2020年宣布在第五代自動駕駛感知套件中推出4D成像雷達；大陸集團在2020年宣布2021年其首個4D毫米波雷達量產(chǎn)解決方案，并表示寶馬將成為首家量產(chǎn)搭載汽車制造商。采埃孚2021年宣布從上汽集團獲得4D長距離成像雷達技術(shù)的生產(chǎn)訂單，2022年正式供貨。博世2021年在中國市場首次對外亮相第五代雷達至尊版，即4D成像雷達。2021 年，華為在上海車展發(fā)布 12 發(fā) 24 收的 4D毫米波雷達，采用4 片 3 發(fā) 6 收的芯片級聯(lián)而成。

6月14日，TI現(xiàn)場應(yīng)用工程師何偉鍵在電子發(fā)燒友汽車電子技術(shù)創(chuàng)新論壇上表示，TI毫米波雷達在自動駕駛領(lǐng)域已完成第二代產(chǎn)品的迭代，相較于第一代產(chǎn)品在最大的區(qū)別在于，射頻性能有50%以上的提升。在4D毫米波雷達領(lǐng)域，TI也推出了具有針對性的解決方案，可以通過多片TI的毫米波雷達射頻前端進行級聯(lián)，建立起一個多發(fā)多收的智能感知系統(tǒng)，以此保證在高角度分辨率的情況下能夠探測到更遠的距離（300m以上）。

圖：TI的毫米波雷達產(chǎn)品展示 電子發(fā)燒友拍攝

TI第一代產(chǎn)品主要用來做角雷達，其中用AWR1642 做后角雷達，用AWR1843 做 4D 角雷達；第二代產(chǎn)品用來做前雷達和高端角雷達，其中 AWR2243用來做4D 成像毫米波雷達，用 AWR2943 和 AWR2944 做高端前角雷達和前雷達。

根據(jù)佐思汽車研究發(fā)現(xiàn)，主要由于采用不同類型的處理器，特斯拉4D毫米波雷達方案的BOM成本大約為120美元，NXP的方案則要低20-30美元。NXP的4D毫米波雷達采用3發(fā)4收的TEF82xx收發(fā)器級聯(lián)，4片級聯(lián)192通道，8片級聯(lián)可達768通道，已經(jīng)和8線機械旋轉(zhuǎn)激光雷達效果相近。

NXP半導(dǎo)體Radar & V2X產(chǎn)品市場經(jīng)理楊昌表示，前兩年，毫米波雷達一直是車身感知的短板，甚至部分車企在對毫米波雷達減配。隨著集成電路的發(fā)展，基于新一代集成電路芯片的毫米波雷達傳感器逐漸嶄露頭角，美國的頭部電動車企在新車中加裝了4D毫米波傳感器。

NXP設(shè)定入門級的4D毫米波雷達，采用4片TEF82XX收發(fā)器級聯(lián)，一片S32R45配合做運算，高端的可采用6-8片TEF82XX收發(fā)器級聯(lián)，需要兩片S32R45做運算。NXP推出更高性價比的雷達處理器S32R41，專為L2+自動輔助駕駛應(yīng)用量身定制。S32R45雷達處理器是作為恩智浦第6代汽車雷達芯片組系列中的旗艦產(chǎn)品，主力市場是面向更高級別自動駕駛。

天風證券研報顯示，4D 毫米波雷達是最經(jīng)濟、穩(wěn)定的車載雷達“標配方案”，有望對傳統(tǒng)毫米波雷達、低線激光雷達形成替代，與高線激光雷達形成互補，后續(xù)或?qū)⒃诟黝愜囆椭谐掷m(xù)放量。與激光雷達相比，4D 毫米波雷達部分性能指標已與其接近，還能更好彌補激光雷達速度、距離測量能力和受惡劣天氣和環(huán)境影響的不足，但成本僅為其十分之一。軟件定義汽車方面，4D毫米波雷達可以提供更豐富數(shù)據(jù)和可靠方案支持自動駕駛。

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