特斯拉和华为押注4D成像雷达技术，谁家芯片方案最有看点？
来源:电子发烧友网发布时间:2023-06-251025浏览
询问 AI电子发烧友网报道（文/章鹰）6月8日，在比亚迪年度股东大会上，董事长王传福表示，今年汽车已经从供不应求转向了供大于求，汽车行业的窗口期只有3-5年，车型和技术路线的选择非常重要。汽车工业的上半场是电动化，下半场是智能化。比亚迪在电动化已经具备强劲实力，但是在智能化方面存在短板，在自动驾驶领域的推进不如特斯拉、小鹏、华为等企业。
近期，特斯拉黑客@greentheonly通过拆解，揭秘了特斯拉 Hardware 4（HW4）自动辅助驾驶计算机的组成，HW4 硬件继续基于三星 Exynos 芯片。二代 FSD 的 CPU 内核由 12 个增加至 20 个，运行频率在 1.37GHz-2.35GHz 之间。
单从接口看，HW4.0 至少有两个以太网接口，从连接器判断是标准的单对线车载以太网，不是早期的 EAVB 以太网。新增以太网接口正是为了对接特斯拉自己开发的 4D 毫米波雷达，传统毫米波雷达用 CAN 或 CAN-FD 连接，4D 毫米波雷达信息量大，需要用百兆以太网。据猜测特斯拉重新搭载的4D雷达或来自以色列企业Arbe——特斯拉在2022年底递交的雷达硬件备案材料中提到了Phoenix，而Arbe的4D成像雷达也叫Phoenix。
特斯拉的传感器方案，经历了“多传感器融合”、“纯视觉”和“4D毫米波雷达+视觉”3个阶段，为何特斯拉在HW4.0采用4D毫米波雷达方案？据悉，目前除特斯拉外，宝马、通用、长安等多家车企均对4D毫米波雷达有所布局，部分车型会在2023年交付。4D毫米波雷达到底有何优势会获得多家车企青睐？从成本和性能角度，4D毫米波雷达为何会加速量产上车？4D毫米波雷达上下游产业链前景如何？本文进行详细解析。
早在2021年，华为就发布了高分辨率4D成像雷达，华为智能汽车解决方案BU融合感知产品部RC苗立靖认为，4D 是指检测目标的 4 个维度，包括它的速度、距离、水平角度和垂直角度。传统雷达最大缺点是水平分辨能力不足，不支持垂直分辨，导致看不清、看不准。近年来自动驾驶事故中，感知不足是重要原因之一。
高分辨4D成像雷达三大优势：1、大阵列、高分辨率；2、大视场、无模糊；3、相比于3D毫米波雷达具有天线数量多且密度高、输出的点云图像密度更高等特点。NXP半导体Radar V2X产品市场经理杨昌表示，4D毫米波雷达在3D毫米波雷达水平方向天线的基础上，增加布置垂直方向上的收发天线，从而增加对目标高度的估计。相比于3D毫米波雷达具有天线数量多且密度高、输出的点云图像密度更高等特点。在距离分辨率、距离精度、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。
据悉，4D毫米波雷达探测距离更长，最远探测距离可以达到300多米，目标点云更密集，可以形成点云成像级的输出，进而可以使用数据驱动的方式进行图像识别。
目前Tesla HW4.0已从纯摄像头的视觉方案回归到4D毫米波雷达的视觉方案，国内的上汽飞凡R7、飞凡F7、深蓝SL03都已经搭载了4D毫米波雷达，4D毫米波雷达正在成为自动驾驶系统传感器的“明日之星”。
据高工智能汽车研究院预计，2023年中国乘用车市场前装4D毫米波雷达将突破百万颗，到2025年4D成像雷达占全部前向毫米波雷达的比重有望超过40%。华泰证券预测， 2030 年中国 4D 毫米波雷达市场规模有望达到 449 亿元。性能角度看，他们预测4D 毫米波雷达未来在分辨率上或可逼近 16-64 线的激光雷达。
图片来自天风证券研究所
据悉，目前已发布4D毫米波雷达样机并与国内车企达成合作的厂商包括经纬恒润、华为、威孚高科、楚航科技、联合光电等。上游芯片厂商主要包括射频芯片和处理器，主要企业包括德州仪器、赛灵思、NXP、英飞凌等，伴随着4D算力诉求提升，逐渐分化成FPGA和DSP两大阵营。
目前，4D 毫米波雷达主流产品一般采用 2 片或 4 片 MMIC 级联的技术方案，也有部分厂商采用单芯片集成的技术方案。2019年，以色列公司Arbe发布了采用专利芯片组技术的车规级4D成像雷达测试版产品——Phoenix。此后，Waymo、大陆集团、采埃孚、安波福、博世等国际科技巨头开始陆续宣布相关动态。Waymo于2020年宣布在第五代自动驾驶感知套件中推出4D成像雷达；大陆集团在2020年宣布2021年其首个4D毫米波雷达量产解决方案，并表示宝马将成为首家量产搭载汽车制造商。采埃孚2021年宣布从上汽集团获得4D长距离成像雷达技术的生产订单，2022年正式供货。博世2021年在中国市场首次对外亮相第五代雷达至尊版，即4D成像雷达。2021 年，华为在上海车展发布 12 发 24 收的 4D毫米波雷达，采用 4 片 3 发 6 收的芯片级联而成。
6月14日，TI现场应用工程师何伟键在电子发烧友汽车电子技术创新论坛上表示，TI毫米波雷达在自动驾驶领域已完成第二代产品的迭代，相较于第一代产品在最大的区别在于，射频性能有50%以上的提升。在4D毫米波雷达领域，TI也推出了具有针对性的解决方案，可以通过多片TI的毫米波雷达射频前端进行级联，建立起一个多发多收的智能感知系统，以此保证在高角度分辨率的情况下能够探测到更远的距离（300m以上）。
图：TI的毫米波雷达产品展示 电子发烧友拍摄
TI第一代产品主要用来做角雷达，其中用 AWR1642 做后角雷达，用 AWR1843 做 4D 角雷达；第二代产品用来做前雷达和高端角雷达，其中 AWR2243用来做 4D 成像毫米波雷达，用 AWR2943 和 AWR2944 做高端前角雷达和前雷达。
根据佐思汽车研究发现，主要由于采用不同类型的处理器，特斯拉4D毫米波雷达方案的BOM成本大约为120美元，NXP的方案则要低20-30美元。NXP的4D毫米波雷达采用3发4收的TEF82xx收发器级联，4片级联192通道，8片级联可达768通道，已经和8线机械旋转激光雷达效果相近。
NXP半导体Radar V2X产品市场经理杨昌表示，前两年，毫米波雷达一直是车身感知的短板，甚至部分车企在对毫米波雷达减配。随着集成电路的发展，基于新一代集成电路芯片的毫米波雷达传感器逐渐崭露头角，美国的头部电动车企在新车中加装了4D毫米波传感器。
NXP设定入门级的4D毫米波雷达，采用4片TEF82XX收发器级联，一片S32R45配合做运算，高端的可采用6-8片TEF82XX收发器级联，需要两片S32R45做运算。NXP推出更高性价比的雷达处理器S32R41，专为L2+自动辅助驾驶应用量身定制。S32R45雷达处理器是作为恩智浦第6代汽车雷达芯片组系列中的旗舰产品，主力市场是面向更高级别自动驾驶。
天风证券研报显示， 4D 毫米波雷达是最经济、稳定的车载雷达“标配方案”，有望对传统毫米波雷达、低线激光雷达形成替代，与高线激光雷达形成互补，后续或将在各类车型中持续放量。与激光雷达相比，4D 毫米波雷达部分性能指标已与其接近，还能更好弥补激光雷达速度、距离测量能力和受恶劣天气和环境影响的不足，但成本仅为其十分之一。软件定义汽车方面，4D毫米波雷达可以提供更丰富数据和可靠方案支持自动驾驶。
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近期，特斯拉黑客@greentheonly通过拆解，揭秘了特斯拉 Hardware 4（HW4）自动辅助驾驶计算机的组成，HW4 硬件继续基于三星 Exynos 芯片。二代 FSD 的 CPU 内核由 12 个增加至 20 个，运行频率在 1.37GHz-2.35GHz 之间。
单从接口看，HW4.0 至少有两个以太网接口，从连接器判断是标准的单对线车载以太网，不是早期的 EAVB 以太网。新增以太网接口正是为了对接特斯拉自己开发的 4D 毫米波雷达，传统毫米波雷达用 CAN 或 CAN-FD 连接，4D 毫米波雷达信息量大，需要用百兆以太网。据猜测特斯拉重新搭载的4D雷达或来自以色列企业Arbe——特斯拉在2022年底递交的雷达硬件备案材料中提到了Phoenix，而Arbe的4D成像雷达也叫Phoenix。
特斯拉的传感器方案，经历了“多传感器融合”、“纯视觉”和“4D毫米波雷达+视觉”3个阶段，为何特斯拉在HW4.0采用4D毫米波雷达方案？据悉，目前除特斯拉外，宝马、通用、长安等多家车企均对4D毫米波雷达有所布局，部分车型会在2023年交付。4D毫米波雷达到底有何优势会获得多家车企青睐？从成本和性能角度，4D毫米波雷达为何会加速量产上车？4D毫米波雷达上下游产业链前景如何？本文进行详细解析。
4D毫米波雷达为何走红？面向L3及更高自动驾驶，性能具备三大优势
毫米波雷达由于具备全天候全天时的探测能力，再加上通过直接测量距离和速度，更容易实现对目标运动状态的检测，正逐渐在越来越多的新车上搭载。然而面对L3以及更高级别自动驾驶，传统毫米波雷达的短板逐步呈现。它存在无法高密度点云成像，不能有效地解析目标的轮廓与类别、角分辨率低、不能检测静止目标等技术局限，难以满足自动驾驶向上发展需求。早在2021年，华为就发布了高分辨率4D成像雷达，华为智能汽车解决方案BU融合感知产品部RC苗立靖认为，4D 是指检测目标的 4 个维度，包括它的速度、距离、水平角度和垂直角度。传统雷达最大缺点是水平分辨能力不足，不支持垂直分辨，导致看不清、看不准。近年来自动驾驶事故中，感知不足是重要原因之一。
高分辨4D成像雷达三大优势：1、大阵列、高分辨率；2、大视场、无模糊；3、相比于3D毫米波雷达具有天线数量多且密度高、输出的点云图像密度更高等特点。NXP半导体Radar V2X产品市场经理杨昌表示，4D毫米波雷达在3D毫米波雷达水平方向天线的基础上，增加布置垂直方向上的收发天线，从而增加对目标高度的估计。相比于3D毫米波雷达具有天线数量多且密度高、输出的点云图像密度更高等特点。在距离分辨率、距离精度、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。
据悉，4D毫米波雷达探测距离更长，最远探测距离可以达到300多米，目标点云更密集，可以形成点云成像级的输出，进而可以使用数据驱动的方式进行图像识别。
目前Tesla HW4.0已从纯摄像头的视觉方案回归到4D毫米波雷达的视觉方案，国内的上汽飞凡R7、飞凡F7、深蓝SL03都已经搭载了4D毫米波雷达，4D毫米波雷达正在成为自动驾驶系统传感器的“明日之星”。
据高工智能汽车研究院预计，2023年中国乘用车市场前装4D毫米波雷达将突破百万颗，到2025年4D成像雷达占全部前向毫米波雷达的比重有望超过40%。华泰证券预测， 2030 年中国 4D 毫米波雷达市场规模有望达到 449 亿元。性能角度看，他们预测4D 毫米波雷达未来在分辨率上或可逼近 16-64 线的激光雷达。
4D毫米波雷达产业链梳理！成本和芯片性能优势助力量产上车
毫米波雷达产业链主要分为上游射频 MMIC 芯片、高频 PCB、处理芯片以及后端算法等相关企业，中游包括成品 4D 毫米波雷达的生产企业，下游则为主机厂。我们可以从下图看一下4D毫米波雷达主要结构。图片来自天风证券研究所据悉，目前已发布4D毫米波雷达样机并与国内车企达成合作的厂商包括经纬恒润、华为、威孚高科、楚航科技、联合光电等。上游芯片厂商主要包括射频芯片和处理器，主要企业包括德州仪器、赛灵思、NXP、英飞凌等，伴随着4D算力诉求提升，逐渐分化成FPGA和DSP两大阵营。
目前，4D 毫米波雷达主流产品一般采用 2 片或 4 片 MMIC 级联的技术方案，也有部分厂商采用单芯片集成的技术方案。2019年，以色列公司Arbe发布了采用专利芯片组技术的车规级4D成像雷达测试版产品——Phoenix。此后，Waymo、大陆集团、采埃孚、安波福、博世等国际科技巨头开始陆续宣布相关动态。Waymo于2020年宣布在第五代自动驾驶感知套件中推出4D成像雷达；大陆集团在2020年宣布2021年其首个4D毫米波雷达量产解决方案，并表示宝马将成为首家量产搭载汽车制造商。采埃孚2021年宣布从上汽集团获得4D长距离成像雷达技术的生产订单，2022年正式供货。博世2021年在中国市场首次对外亮相第五代雷达至尊版，即4D成像雷达。2021 年，华为在上海车展发布 12 发 24 收的 4D毫米波雷达，采用 4 片 3 发 6 收的芯片级联而成。
6月14日，TI现场应用工程师何伟键在电子发烧友汽车电子技术创新论坛上表示，TI毫米波雷达在自动驾驶领域已完成第二代产品的迭代，相较于第一代产品在最大的区别在于，射频性能有50%以上的提升。在4D毫米波雷达领域，TI也推出了具有针对性的解决方案，可以通过多片TI的毫米波雷达射频前端进行级联，建立起一个多发多收的智能感知系统，以此保证在高角度分辨率的情况下能够探测到更远的距离（300m以上）。
图：TI的毫米波雷达产品展示 电子发烧友拍摄TI第一代产品主要用来做角雷达，其中用 AWR1642 做后角雷达，用 AWR1843 做 4D 角雷达；第二代产品用来做前雷达和高端角雷达，其中 AWR2243用来做 4D 成像毫米波雷达，用 AWR2943 和 AWR2944 做高端前角雷达和前雷达。
根据佐思汽车研究发现，主要由于采用不同类型的处理器，特斯拉4D毫米波雷达方案的BOM成本大约为120美元，NXP的方案则要低20-30美元。NXP的4D毫米波雷达采用3发4收的TEF82xx收发器级联，4片级联192通道，8片级联可达768通道，已经和8线机械旋转激光雷达效果相近。
NXP半导体Radar V2X产品市场经理杨昌表示，前两年，毫米波雷达一直是车身感知的短板，甚至部分车企在对毫米波雷达减配。随着集成电路的发展，基于新一代集成电路芯片的毫米波雷达传感器逐渐崭露头角，美国的头部电动车企在新车中加装了4D毫米波传感器。
NXP设定入门级的4D毫米波雷达，采用4片TEF82XX收发器级联，一片S32R45配合做运算，高端的可采用6-8片TEF82XX收发器级联，需要两片S32R45做运算。NXP推出更高性价比的雷达处理器S32R41，专为L2+自动辅助驾驶应用量身定制。S32R45雷达处理器是作为恩智浦第6代汽车雷达芯片组系列中的旗舰产品，主力市场是面向更高级别自动驾驶。
天风证券研报显示， 4D 毫米波雷达是最经济、稳定的车载雷达“标配方案”，有望对传统毫米波雷达、低线激光雷达形成替代，与高线激光雷达形成互补，后续或将在各类车型中持续放量。与激光雷达相比，4D 毫米波雷达部分性能指标已与其接近，还能更好弥补激光雷达速度、距离测量能力和受恶劣天气和环境影响的不足，但成本仅为其十分之一。软件定义汽车方面，4D毫米波雷达可以提供更丰富数据和可靠方案支持自动驾驶。
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