撰文 / 錢亞光

編輯 / 周 洲

設計 / 趙昊然

剛過完“五一”小長假，蔚來汽車宣布與恩智浦達成合作，將在新車上搭載恩智浦的4D毫米波雷達，相關車型可能會在2024年量產交付。

(資料圖)

此前的4月，蔚來和小米剛投了賽恩領動，融資規模超過億元，主要用于4D成像雷達量產研發與工業化落地。幾乎同時，4D高精度成像雷達企業牧野微電子，也宣布完成億元Pre-A輪融資。

今年以來，至少有6家4D毫米波雷達企業拿到融資，總額達10億元。

繼特斯拉 HW4.0 平臺硬件上加入 4D 毫米波雷達之后，被伊隆?馬斯克看中的4D毫米波雷達之賽道又來了一波熱度。

據Yole預測，到2027年，全球毫米波雷達的市場規模將達到128億美元，其中4D成像毫米波雷達的市場規模為78億美元，占據毫米波雷達市場的61%。

高工智能汽車研究院預計，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%。

預計到2030年，全球車載4D毫米波雷達市場規模將達到161.56億美元。

德邦電子研報顯示，毫米波雷達結構可分為射頻前端，信息處理系統以及后端算法。射頻部分占比約40%，其中MMIC（25%）、PCB（10%）、控制電路（5%）；信息處理系統DSP占比10%，后端算法占比最高達50%。

在產業鏈里，上游是提供射頻前端MMIC芯片、數字信號處理器、高頻PCB、后端算法等企業；中游是組裝生產廠商；下游是各類主機廠。

上游，MMIC芯片目前主要來自恩智浦、英飛凌、德州儀器、Mobileye等海外芯片設計公司，國內廠商有加特蘭微電子、清能華波、矽杰微電子等；PCB方面，有Rogers、Isola以及國內的滬電股份、生益電子、深南電路等。

中游，在整機/解決方案供應商方面，傳統 Tier1 普遍采用級聯技術在 4D 產品量產方面走在前列，比如博世、大陸、采埃孚、海拉等，國內主要供應商包括經緯恒潤、威孚高科、華為、經緯恒潤、聯合光電、華域汽車、森思泰克、福瑞泰克、雷克防務、木牛科技、承泰科技、縱目科技、聯合光電、幾何伙伴、楚航科技、行易道、賽恩領動等。

在下游，寶馬iX搭載了大陸集團的ARS540；飛凡R7搭載了采埃孚Premium雷達；深藍SL03、理想L7搭載了森思泰克的產品；問界M5搭載了縱目科技的4D毫米波成像雷達。

4D毫米波成像雷達賽道為什么能這么火熱？這主要是由它的特性決定的。

3D毫米波雷達是一種使用波長1-10mm電磁波的雷達傳感器，它根據多普勒效應，能獲得距離、移動速度、水平角度三個維度的信息，但分辨率差、行人反射率低，還有噪聲和多徑效應等短板，不能很好地識別靜止物體、物體高度或者區分相鄰障礙物，容易導致駕駛系統誤判。

而4D毫米波成像雷達，在傳統毫米波雷達基礎上，增加了高度（俯仰角）維度的感知信息，具有縱向空間的感知能力，低角度分辨率可以提升至1度甚至0.5度，能識別障礙物的輪廓、類別和行為。

Arbe Phoenix 4D毫米波雷達點云

因此，4D毫米波成像雷達有更高的分辨率，能產生類似激光雷達的目標點云，可以形成點云成像級的輸出，并能隨著時間的變化跟蹤這些數據。

禾賽AT128激光雷達點云

和激光雷達相比，4D毫米波成像雷達未來或可在分辨率上逼近 16-64 線的激光雷達，與主流車載激光雷達128線、256線的探測能力存在非常大的差別。

但高頻毫米波穿透力強，能全天候運行，在惡劣天氣下也能保證檢測效果，而且其探測距離也更遠，最遠可達到300m以上（超過大部分激光雷達）。

能否替代激光雷達

那么，4D毫米波成像雷達未來有沒有可能在自動駕駛系統中替代激光雷達呢？

從業界反應來看，完全替代是不可能的，但某些領域有可能，比如在ADAS輔助駕駛領域。

恩智浦半導體執行副總裁兼射頻處理業務部總經理Torsten Lehmann表示：“隨著4D毫米波雷達的發展，不僅可實現高達300米到350米的探測距離，且可非常精準地4D映射環境，達到接近于激光雷達的高分辨率，同時對周邊環境也可形成清晰的點云陣圖，提供全面的清晰感知。”

但對高級別自動駕駛來說，他不認為成像雷達可以替代激光雷達，對L3以上的自動駕駛車輛體系應該是有雷達、攝像頭、激光雷達三種不同的感知體系，實現互相補充、冗余的功能從而確保最高的安全性。

他表示，4D雷達可能會蠶食一部分激光雷達的市場，主要是針對L1到L2+這種體量較大、相對來說自動駕駛級別比較低的市場。在這部分的市場中，恩智浦會有攝像頭加雷達的組合，但是最終的取舍還是要取決于廠商的不同理念。

作為全球最早使用CMOS來設計毫米波雷達芯片的公司之一，加特蘭微電子科技公司技術總監劉洪泉告訴汽車商業評論：“4D毫米波雷達和激光雷達不太適合直接比較，從探測距離來講，通常長距離激光雷達探測距離在200多米，但主流4片級聯4D毫米波成像雷達，都能看到300米以上，而且在200米左右的距離上，還能比較清晰地把道路邊緣描繪出來。”

激光雷達的點云更密、更直觀，類似于攝像頭采集圖像，基本上從激光雷達回波的點，就能看出檢測的物體是一輛車。如果是4D成像雷達，即使在點云非常密的情況下，也只能看出是車的輪廓，還得通過特定的算法，判斷出這些點是否屬于同一個反射物，才能確定它是不是這輛車。

因此，激光雷達和毫米波雷達不是一個簡單替代的關系，但是在某些場合，比如在L2輔助駕駛上，就可以采用4D毫米雷達加攝像頭形成系統，而不用激光雷達。一方面是要考慮成本，這個系統肯定比激光雷達要經濟；另一方面要考慮使用情況，這種系統已能滿足L2輔助駕駛絕大多數場景的需求。

劉洪泉認為，如果是L3以上自動駕駛，對傳感器冗余的要求會更高，可能激光雷達、毫米波雷達和攝像頭等所有傳感器都會參與感知，而且傳感器都要是最高端的，因為它要做融合，增加安全冗余，這時可能就不能只考慮成本，還要考慮使用安全。

上海車展上，彼歐集團（Plastic Omnium）創新事務執行副總裁Alexandre Corjon在接受汽車商業評論采訪時表示：“我們堅信市場上不會只有一種類型的車輛傳感器。我們將帶來一些非常創新的4D毫米波雷達產品和解決方案，它們將取代一部分傳感器，而不是所有的傳統傳感器。”

成本還能大降嗎

據中銀證券研報，4D毫米波雷達價格在1500-2000元左右，短期內遠低于激光雷達。那么4D 毫米波成像雷達未來會不會像3D毫米波雷達一樣，出現數量級幅度的大降價呢？

劉洪泉認為，4D毫米波雷達基本上很難復刻3D毫米波雷達的降價節奏。MMIC 芯片與天線是構成成本的重要組成部分，而芯片材料更新和工藝改進是毫米波雷達成本下降的最重要因素。

最早的毫米波雷達，射頻部分只能用砷化鎵（GaAs）的工藝來制造，不管是材料成本和制造成本都比較高，對于生產線要求也很高，而且集成度很低，設計工藝比較復雜，整體良率也比較低，所以特別貴。

從2009年開始，鍺硅（SiGe）工藝逐漸代替砷化鎵工藝，材料成本比砷化鎵便宜了一大截了，同時毫米波雷達前端射頻芯片集成度也大幅提升，導致整個系統成本降低 50%。

到2017年以后，鍺硅工藝切換到了CMOS工藝，CMOS晶圓價格便宜且集成度更高。以此工藝生產的單芯片雷達既包含收發機，也包含處理器，導致毫米波雷達成本進一步下降。現在3D毫米波雷達中只需要配備1顆射頻芯片，成本降低至 30 美元左右。

但這種降價的歷史在4D毫米波雷達上基本上不可能重演了，因為現在半導體工藝基本上已經固定在CMOS工藝上了，不太可能出現之前由于半導體工藝變化導致的突變式價格下降。

不過4D毫米波雷達肯定還會降，一是因為隨著時間往前推移，半導體材料價格會持續下降；二是因為隨著規模效益帶來的成本攤薄，整機成本也會下降。

福瑞泰克已經實現量產的4D成像雷達——FVR40

對于4D成像雷達的價格趨勢，Torsten Lehmann認為，成本和性能之間是有一個取舍的并且需要一個平衡，在不同的細分市場有著不同的關注點，比如對低端的市場來說可能是成本驅動的，對高端市場來說則是性能驅動，所以并沒有一刀切的答案。而降本不僅僅是在芯片本身，還在系統層面的創新。比如在天線架構的設計上有很多的巧思，在使用原材料方面控制成本，提升天線、封裝技術等等很多節約成本的創新舉措。

而彼歐集團智能外飾系統事業部高級技術總監Mathieu Bancelin則認為，傳統的三維雷達是成熟產品，其成本下降的曲線已經建立起來。4D成像雷達在開始時成本會很高，但隨著時間的推移，它們將迅速進入與傳統3D雷達相同的成本下降曲線。

他認為，4D成像雷達的降價主要取決于兩個因素。首先，它取決于部件（雷達芯片組、微控制器等）的價格，這些部件的價格總體趨勢上是下降的；其次，涉及到規模，隨著產量的增加，價格也會相應下降。

未來怎么發展

毫米波雷達測速和測距性能進步主要取決于MMIC芯片和射頻天線性能的提升，而4D毫米波雷達未來將向著高集成化、低成本和小體積方向發展，單芯片內的部件排布更為緊密，減小毫米波雷達體積，也降低功率損耗，提高信息傳輸效率，減少開發難度和成本。

目前4D 毫米波雷達發展的技術路線主要有級聯、級聯+虛擬孔徑成像技術以及集成芯片三條。

特斯拉采用TI 芯片的雙級聯 4D 成像雷達

4D毫米波雷達主流產品是采用級聯方案，通過級聯多個MMIC芯片來排布縱向天線，同時增加實體天線MIMO（虛擬通道數），從而達到提升分辨率和獲取高度信息的目的。

級聯方案通常應用德州儀器、英飛凌、恩智浦等公司的標準雷達芯片，四片級聯，就是將4個芯片聯在一起，組成12發16收，形成192個虛擬收發通道，以此增加提升雷達系統的角度分辨率。

由于該方案基于成熟芯片打造，前期開發難度低，效果和可行性更好，有利于加快產品上市節奏。不過，由于級聯方案由多顆芯片級聯而成，產品尺寸較大、功耗較高，而且天線之間存在互相干擾的問題。

Torsten Lehmann表示，恩智浦針在高端成像雷達采用的是芯片組方案，在成像雷達系統中會包括處理器和2-4片MMIC芯片、電源管理芯片、CAN總線接口和以太網接口。通常需要配備盡可能多的天線，能夠實現非常高的性能，接近于激光雷達的分辨率。

恩智浦針對4D成像毫米波雷達主要包括第二代CMOS射頻芯片TEF82系列和后端信號處理芯片S32R45系列和S32R41系列。

而劉洪泉介紹，加特蘭是將射頻天線和處理器集成在一個SoC芯片里，而市面上現在做這種芯片的只有加特蘭和TI，其他的公司包括恩智浦、英飛凌，產品解決方案都是把射頻天線和數字處理部分分開的。

加特蘭的4D成像雷達芯片叫做Andes，是采用22nm制程的4發4收SoC芯片，包含多核CPU、DSP與RSP，擁有超強的算力，靈活的架構，可滿足不同使用場景與波形需求，并能簡化開發過程，適應日益增長的安全需求。

由于加特蘭的產品不需要在收發芯片之外另加處理器，可支持多顆SoC芯片直接級聯，因此用的芯片更少，軟件設計與運行更為簡化，還支持分布式信號處理，所以在靈活性、計算能力上都有優勢。

級聯+虛擬孔徑成像（VAI）通過虛擬孔徑成像技術，借助算法進行相位調制，將原有物理天線虛擬至十倍甚至數十倍，使得每根接收天線在不同時間產生不同的相位響應，角分辨率能夠從10°提升至 1°。

與級聯方案相比，該方案使用芯片數量更少，有利于縮小產品尺寸，降低產品功耗，而且不依賴于特定廠商的芯片方案，兼容度更高。虛擬孔徑成像技術以及獨特的天線設計，在測高能力、角分辨率、抗干擾性等關鍵性能方面更具領先優勢。

采用這種級聯加虛擬孔徑成像技術的代表性廠商是傲酷，采用虛擬孔徑成像技術后，虛擬通道越多，接受的信號就更完整，探測結果就越清晰，在分辨率上，其單芯片就可以達到別的各公司四級聯產品的效果，雙級聯可達到別的公司六級聯的效果。

據彼歐集團智能外飾系統事業部高級技術總監Mathieu Bancelin介紹，彼歐和Greenerwave的4D成像雷達使用大型芯片制造商的現成雷達芯片組，結合分置于保險杠上的可擴展巨型波束成形天線，將保險杠變成一個大孔徑雷達，并通過智能算法和軟件，以減少對處理能力的需求。

這項技術在大視場（>180°）上呈現出出色的成像性能（分辨率＜0.5°），能用一顆4D成像雷達取代前保險杠上的3顆雷達（前向雷達+2顆角雷達），從而簡化了平臺的電子集成度。智能算法也可以幫助整個系統用可觀的處理能力和低電力消耗實現多雷達模式。這個產品預計將于2026年底或2027年初投放市場。

集成芯片方案是將多發多收天線集成在一顆ASIC芯片里，能以市場上每通道最低的成本實現了最先進的射頻性能，提高分辨率。由于集成度更高，這種方案可大幅縮小體積，降低產品功耗，數據處理更加高效，很可能是未來的主要發展方向。

不過，集成芯片方案的實現難度也要比級聯方案高出許多，比如在極小密閉空間里布置更多天線，克服天線之間的互相干擾問題，另外，ASIC是不能對功能做大幅度調整的。

Torsten Lehmann強調，通過設計和封裝技術的創新，實現單芯片方案不僅在性能上得到了增強，還可實現更小體積、更低功耗、更低成本，也將反過來促進其進一步的落地。

主要挑戰在于，如何在極小的密閉空間里布置多天線、克服天線之間的互相干擾問題、解決降低功耗、散熱問題和提升信噪比，而且芯片方案對技術要求更高，承載方案ASIC芯片流片后就不能對功能做大幅度調整。總的來說，目前集成芯片技術尚未完全成熟，成本較高。

根據Vehicle數據，現階段集成芯片方案的4D毫米波雷達單價約為300-400美元，級聯方案則為150-200美元。

此類方案最典型的代表是Arbe公司開發的4D毫米波雷達芯片，集成了48個發射器和接收器，擁有超過2300個虛擬信道。國內威孚高科、經緯恒潤均基于Arbe芯片進行產品開發，探測距離達350m，并可實現方位向1°和俯仰向1.5°的真實孔徑分辨率。

對這種虛擬通道數量超大的集成芯片，劉洪泉表示，理論上是通道數越多，整個增益可能更多，但在雷達體積有限的情況下，孔徑大小已經確定，增加通道的數量，好處是降低信號處理復雜度，增加系統魯棒性，并不能提升分辨能力。

目前，不管是全球的Tier 1還是國內的雷達模組廠商，目前4D毫米波雷達大多聚焦在級聯方式上。不過4D毫米波雷達還處于發展的初級階段，各種新的技術也在不斷涌現、嘗試中，其實一種技術是不是成熟，是不是可靠的技術，要看它是不是能量產落地。

真正能落地的技術，才是好的技術。

本文由汽車商業評論原創出品

轉載或內容合作請聯系說明

違規轉載必究