透過三家雷達供應商，解讀恩智浦的毫米波成像雷達方案
2022-5-10 22:21:44??????點擊：
透過三家雷達供應商，解讀恩智浦的毫米波成像雷達方案
恩智浦日前召開了一場很有趣的汽車77GHz毫米波產品線溝通會，其中一半內容都是由合作伙伴來介紹自己的方案，分別是南京隼眼、華域汽車以及為升科科技（CubTek）。而恩智浦參加的人員則包括恩智浦全球資深副總裁，大中華區主席李廷偉博士，恩智浦全球副總裁，ADAS產品線總經理Steffen Spannagel以及恩智浦全球市場與銷售副總裁，大中華區汽車電子總經理劉芳，這也足見恩智浦從產品到市場，從總部到中國，從全面支持到生態構建，全方位對于毫米波雷達的重視。
正如李廷偉博士在開場白所說：“一方面L2+級別的乘用車自動駕駛規模量產不斷猛增，并逐步向L3級過渡，另一方面高級自動駕駛的商業化應用也正在干線物流、港口、礦山等特定場合逐步展開。在自動駕駛多點開花的背后，作為感知層的重要組成——車載雷達，也從幕后站到了聚光燈下，成為備受關注的熱點。”
始終堅持產業鏈共贏
恩智浦2020年選擇行業老將李廷偉博士作為恩智浦大中華區主席，全面負責恩智浦中國的各項事務以及大中華區的相關對外事務等，正是看中其在行業內的豐富的產業合作經驗。李廷偉博士曾在接受專訪時表示：“合作共贏將是恩智浦的主基調，恩智浦與中國企業的合作主要兵分三路進行，包括加強深度、拓寬廣度和協同創新。”
在此次發布會中，恩智浦與合作伙伴共同演示最新的雷達技術與產品，正是李廷偉博士“賦能更多前沿應用在中國落地”的實證。
恩智浦對于合作伙伴的共贏，是印在骨子里的。比如恩智浦在2019年就參與投資了南京隼眼，同年，時任恩智浦董事總經理的Kurt Sievers訪華，并曾表示：“我個人對于恩智浦的愿景是希望我們公司在中國能夠更加的中國化，更加的本土化，我相信通過和中國公司的緊密合作以及對于中國公司的投資，最終恩智浦可以變得越來越中國化。”
而借此溝通會之際，劉芳則仔細梳理了恩智浦選擇合作伙伴的具體原則與方法論。首先是挑選具有領先技術及商業能力的企業，之后再根據產品的不同階段、性質和定位去開拓各個領域的合作伙伴。
具體而言，針對新興產品或領域，恩智浦首先會專注地尋找能補足產業鏈上痛點和缺口的合作伙伴，著重考核幾方面的優勢，包括：系統軟件、設計模組、工藝能力、安全設計等。“恩智浦希望借助于合作伙伴的力量，實現長期的發展和共贏。我們并不熱衷于追逐熱點和明星企業的光環去獲得市場高關注度，而是更看重具有技術能力、創新性，同時在商業上具備基礎的合作伙伴，從而共同導入新產品，并展開深入地協作。”劉芳表示。目前，恩智浦與中國眾多頭部行業領軍公司已經合作了超過15年之久。
繼而，當產品進入發展期時，恩智浦則會加大范圍和大規模開拓合作伙伴的產業池。會聯合代理商及分銷商，服務不同規模，不同類型的客戶。劉芳說道：“恩智浦會跟新產品導入的合作伙伴一起，將成熟的應用作為參考設計，為技術設計服務、為商業模式配套。共同培養基礎能力，一起給產業鏈輸送新的市場方案、技術方案、推廣方案，從而推動整個產業鏈發展。”
最終，當產品進入成熟期，恩智浦會完全開放技術能力平臺，客戶則可根據恩智浦開放的基礎技術做更加多的創新性開發，從而脫穎而出。劉芳表示：“恩智浦完全開放地提供基礎技術能力，通過培訓、線上和線下交流，以及前期合作伙伴的導入，提升大范圍產業群體的技術能力，與合作伙伴一道，將市場迅速培養和扶植起來。”
不只是中國，恩智浦在全球范圍內，也一直積極投入生態系統的建設中。比如恩智浦在其自動駕駛與雷達培訓學院專題頁面中，專門展示了其與Smartmicro合作開發的77-81GHz成像雷達。
“對于OEM，恩智浦是值得信賴的顧問，目前全球前二十大供應商都采用了恩智浦的相關技術。”Spannagel說道，“對于Tier 1，恩智浦是首選供應商，可在應用級別進行深度合作與支持。而對于生態系統企業而言，恩智浦是優秀的技術合作伙伴。”
4D成像雷達的機會與機遇
目前，按照恩智浦的三個環節定義下，雷達技術已經經過二十年的發展，完全進入了成熟期，然而4D成像雷達尚處于從新興領域過渡到快速發展期之間。正如Yole Développement在最新的《2022 年汽車雷達報告》中指出：“在芯片層面，恩智浦和英飛凌占據了大部分市場份額。盡管雷達市場已經成熟多年，但 Yole 的分析師看到了市場涌現出許多新玩家并獲得了設計勝利，無論是在系統層面的包括麥格納、摩比斯、威孚等，以及芯片層面的Arbe、Uhnder、和Vayyar等公司都在積極布局這一市場。此外，包括華為、高通、英特爾等大型科技公司也在積極投資這一領域。這給領先的Tier 1和半導體芯片商帶來了巨大壓力，他們需要比通常的時間周期更快地進行創新。因此，領先企業正在尋求協同效應，要么進行整合，要么轉向垂直整合。”
為升科科技股份有限公司CTO蔡青翰解釋道，4D成像雷達的四個維度分別為：Range（距離）、Velocity （速度）、Azimuth （水平角度）和Elevation （俯仰角度），借助4D成像雷達，汽車的感知系統得以飛躍式提升。
恩智浦則正在通過積極的協同合作，以便抓住雷達的這次轉型機遇。實際上，此次出席溝通會的三家公司，都與恩智浦有著深遠的合作關系，并且都有著獨到的技術。南京隼眼自不必說，當初的合作意向就是為中國汽車市場創造基于恩智浦的參考設計。
而華域汽車在2020年上海車展發布的首款獨立自主開發的4D成像毫米波雷達LRR30，也是采用了恩智浦彼時最先進的S32R294雷達處理器。
為升科科技（CubTEK）的4D雷達，更是被恩智浦帶到了CES 2022展臺上，向國際客戶展示最新的基于S32R45 MPU以及第二代RFCMOS MMIC TEF8232 的Demo。
如上圖，在CES 2022展會上，恩智浦CTO Lars Reger特別介紹了恩智浦與為升科聯合展示的Demo，該Demo由多顆級聯TEF82xx雷達射頻芯片，并結合S32R45雷達處理器芯片所構建的4D成像雷達方案，可實現360度環繞感知，從而滿足L2+級至L5級的自動駕駛需求。該方案最大的亮點在于率先提供了短距、中距、長距三合一的并發多模雷達感測，可實現對汽車周圍寬廣視場的同時感測。為了達到這個目標，恩智浦與為升科利用創新架構，通過配置低復雜度傳感器實現了192個虛擬天線通道，來提高原始傳感器硬件的性能。
隼眼科技CTO張慧博士表示，隼眼科技基于恩智浦毫米波雷達芯片做了大量專用設計，包括前向雷達、前角雷達、后角雷達和成像雷達等在內的不同方案，支持了國內外一些合作伙伴Tier 1的客戶。
華域汽車系統股份有限公司電子分公司技術中心執行總監石磊也總結了借助恩智浦技術，華域4D雷達所實現的優勢——高度探測（這是4D雷達自然多出的一個維度），超高靈敏度及高分辨率。石磊以華域的LRR30 4D成像雷達的實測數據，解讀了該技術的優勢。
具體而言，4D雷達的通道數更多，因此可以增加高度這一維度。傳統的雷達受限于通道數，在垂直維度布置的通道相對有限，易受到道路上地面多徑干擾的影響，因此難以探測出高度信息。“在一個融合的駕駛系統里，傳統毫米波雷達對于靜止障礙物給出的置信度是很低的。”石磊介紹道。“傳統雷達會把地面的井蓋、減速帶、路牌等目標誤報為前方障礙物，從而影響傳感器的準確融合感知。而成像雷達則可以通過高度數據檢測解決這一問題。”
對于高度靈敏的優勢，石磊以華域LRR30兩片級聯的實測數據為例，在完全沒有濾波的情況下，可以識別180米遠的易拉罐，或者190米遠的地方識別出橡膠輪胎。不過石磊也坦言，基于高靈敏度，目前還需要與OEM一起探討更多的實際價值。
對于高分辨率的優勢，成像雷達通過更多的通道數，以及系統架構的先進設計，實現更高的角分辨率，這也是傳統雷達的固有弱點之一。石磊同樣以實測數據為例，在2度角分辨率的情況下，可以分辨出50米之外相距1.8米的兩個人。
“實測表明，4D雷達可同時支持距離維、速度維和角度維三個維度的高分辨率，可以得到停車場的準確輪廓，從而實現基于毫米波和環視的自動泊車和代客泊車系統。”石磊舉例道。
蔡青翰也表示，成立于2016年的為升科，從2018至今，營業額年復合增長率超過了50%，目前已經成為中國最大的商用車前向中距離雷達（MRR）供應商，而在角雷達方面，目前公司在大陸和日本共計導入11個車型。目前為升科在全球擁有超過100項專利，涵蓋雷達算法，天線以及模組架構等方面。同時，公司還在涉足60GHz生命體征雷達、4D成像雷達以及自動駕駛的系統部分。
蔡青翰以實用性角度解釋了4D雷達的必要性，比如在ACC（自適應巡航）過程中，如果要準確分辨出300米之外的兩輛車，水平角分辨率一定要達到1度以下，傳統雷達或兩片級聯也無法實現，只能依靠4D雷達。其次，比如在150米的前方有一個6.5米高的紅綠燈，如果準確判斷出紅綠燈是在空中還是在地上，需要達到2度的垂直角分辨率，這也是傳統雷達無法實現的。第三則是圍繞著傳感器融合而言，傳統雷達點云密度稀疏，無法做到具體的物體分類。誠然物體分類主要依靠攝像頭執行，但如果圖像傳感器失效的話，4D雷達還可以進行物體分類，從而為整個ADAS和自動駕駛提供足夠的系統冗余。第四，是與激光雷達的融合，在惡劣氣候環境中，激光雷達的能見度迅速降低，比如在大雨環境中，激光雷達的偵測距離會衰減50%，而成像雷達實測還是可以到達300米。
Steffen Spannagel對此也預言道：“我們認為攝像頭和雷達會共存，因為它們的優缺點互補性非常強。而對于激光雷達而言，恩智浦認為成像雷達極大可能降低或取代激光雷達。盡管目前成像雷達還位于發展的早期，但隨著性能的大大提升，在理想情況下最終能夠取代激光雷達。”
成像雷達市場無限美好
根據Yole的數據顯示，全球毫米波雷達市場規模預計將由2019年的205億美元增長至2025年的280億美元，年復合增長率為5%。車載毫米波雷達市場規模預計將由2019年的55億美元增長至2025年的105億美元，年復合增長率達到11%。
Yole特別指出，成像雷達將推動下一波增長浪潮，到 2027 年達到43億美元，占整個汽車雷達市場的30%。
而根據Strategy Analysis和恩智浦的預計，未來隨著自動駕駛級別的不斷前進，對于77GHz雷達數量的需求不斷增長，從數量到價值都將不斷提高。Spannagel表示，預計到2030年，L2+的汽車銷量將占全部汽車銷量的43%，L3-L5級別的汽車銷量將占4%，也就是說約有一半左右的汽車將采用4D成像雷達技術，這不光給恩智浦，也給其合作伙伴帶來了更多的機會。
Spannagel說道，中國汽車半導體市場去年增長了45%，ADAS和雷達市場增長更加強勁，在成像雷達領域，中國的企業甚至都是領先于海外的，也正因此“恩智浦把中國市場看成恩智浦非常關鍵和重點的雷達市場。”
挑戰與機遇并存
伴隨著雷達市場的強勢增長，一方面對企業帶來了更多的動力，然而與此同時，挑戰也不斷增加。
一個例子是市場細分化對產品可擴展性帶來的挑戰。“隨著雷達市場的強勢增長，其細分市場也越來越發達并且有不同的用例，對市場提出了不同的半導體解決方案需求。”Spannagel舉例道，“角雷達和前向雷達的需求就是不同的，角雷達領域已經出現了單芯片集成的方案，而對于成像雷達，需要更多的射頻通道數以及更多數字處理要求，所以還是會采取芯片組的形式呈現。”目前射頻MMIC大多數是45/40nm RFCMOS工藝，而對于數字處理而言，則可以選擇更先進的16nm FinFET制程工藝。也正因此，為了兼顧集成度與高性能，恩智浦推出了多種產品靈活組合方案，以便滿足不同用戶的需求。
如圖所示，根據不同應用需求，恩智浦推出了包括TRX82xx、81xx的模擬前端，以及S32R29x、S32R45、S32R41在內的不同性能的MCU，以滿足不同應用場景。
射頻前端差異具體如上圖，TEF82xx相比TEF810x，增加了Expansion I/F級聯通道，無需主芯片便可最多實現4個芯片級聯，12發/16收。而在其他包括射頻收發器、帶寬、ADC等指標上，同樣有了較大提升，以滿足成像雷達的需求。
對于處理器端，恩智浦則通過集成了眾多專用及通用硬件加速器IP，以加快雷達的處理性能。更重要的是，恩智浦S32R（R代表Radar）是平臺化的產品，可以方便的進行軟件的復用與重構。比如已經投入量產的恩智浦S32R45和今年年初推出的S32R41，這兩款處理器可滿足L2+級至L5級的自動駕駛需求，用于構建4D成像雷達，實現360度環繞感知。
從S32R45框圖可見，特別是相比S32R41增加的Linear Algebra Accelerator（LAX）矩陣加速器，可以實現大于300 GFLOPS算力。
除了毫米波雷達的射頻MMIC與MCU等關鍵器件之外，恩智浦還利用其廣泛的產品組合，為客戶提供完整的系統，包括以太網PHY和CANPHY以及電源管理等組件，從而實現完整的硬件系統。
第二個挑戰則是不斷涌現的新技術對開發帶來的挑戰。Spannagel說道，隨著雷達數量的不斷增加，對于汽車本身以及相鄰汽車之間會帶來很多信號干擾問題。此外，Yole射頻設備和技術團隊首席分析師 Cédric Malaquin也曾表示，雷達從模擬波束成形和機械轉向控制，轉變為數字波束形成時代，引入了MIMO縮放技術來實現低于1度的角分辨率。
為此，恩智浦在2022年4月推出了Premium Radar SDK開發套件，以及雷達信號處理算法集，利用恩智浦先進軟件算法與其全新S32R4x雷達處理器系列的緊密耦合，提高安全性和差異化優勢，目前提供的三個軟件算法包可分別實現干擾抑制、MIMO波形優化、角度分辨率增強。該專有雷達算法庫允許將經過驗證的算法快速集成到雷達傳感器應用中，有助于加快雷達傳感器的開發并減少研發投資。
并且，恩智浦也承諾該產品計劃隨時間持續演進，通過定期發布更新擴展算法列表，以便滿足新興的雷達要求和恩智浦的未來雷達路線圖。
恩智浦的雷達軟件開發相關生態，特別是可直接對接MATLAB
雷達系統廠商應如何應對挑戰
除了Spannagel的介紹之外，三家客戶也從不同角度，解讀了成像雷達的挑戰及應對方式。
張慧認為，雷達涉及到成像技術后，要引入深度學習和人工智能等算法，除此之外，為了滿足高分辨率要求，射頻前端的通道數越來越多，這兩方面都對MCU的算力有了更多要求。S32R45單芯片算力就可以滿足4片MMIC級聯，也正因此業界正在大量從FPGA遷移至MCU，從而實現更高的性價比以及更簡單的開發。
而對于射頻前端而言，級聯給天線陣列的饋電網絡設計帶來了新挑戰。NXP最新的TEF82xx系列MMIC除了支持底部散熱之外，還支持頂部散熱設計，因此可以采用背饋天線，從而在尺寸、饋線損耗、饋線輻射、角分辨，穩健性和精度方面得到大幅度的優化。
設計方法學的革新方面，為此隼眼科技聯合了合作伙伴，采用了數字孿生的計算平臺，實現更好的車路協同的虛擬驗證。
對于電子系統而言，高集成度可以帶來最直接的好處，石磊表示，得益于恩智浦的S32R41 MCU，LRR30最多可以輸出1024點4D點云并追蹤多達64個目標，同時方案尺寸小巧，既可以滿足前向雷達需求，同時也可以滿足空間要求苛刻的角雷達應用。
目前，華域汽車正在研發的LRR40采用了恩智浦的S32R45，最多可輸出3072點4D點云及128個目標。S32R45強大的處理能力，除了可支持前向雷達的點云之外，還刻意融合全車的點云數據，實現基于雷達的SLAM和FREESPACE等功能，同時還可以執行偽隨機混合數字調制解調編碼，從而獲得更高的抗干擾能力。
蔡青翰則強調了算法在毫米波雷達領域的重要性。他表示，為升科和恩智浦共同開發了包括針對MIMO虛擬通道的濾波算法、天線干擾抑制算法、高精度AOA（到達角測量）算法等。最終實現水平角分辨率小于一度，垂直角分辨率小于兩度的成像雷達，最終實現300米測距，20FPS數據速率輸出，每秒可生成8萬個點云。而針對海量數據的處理，為升科也在利用AI技術實現目標分類。
不止于此的成像雷達
盡管2022年，S32R45為代表的成像雷達技術將成功量產，但成像雷達技術的發展還遠不止于此。張慧表示：“傳統純雷達信號處理正在向深度學習、人工智能方面的處理發展，這將對雷達和計算平臺的算力提出更高的要求，一方面是需要前端雷達算力的繼續提升，另外則是可通過分布式架構，與計算平臺實現有機整合。同時，隨著人工智能的發展，雷達也可以像攝像頭一樣以OTA或自學習的方式自我進化。除此之外，未來隨著毫米波雷達的普及，除了汽車之外，交通設施也可以集成更多的傳感器，從而實現感知協同，而不只是通過類似V2X的通信標準獲得協同。”
石磊則補充表示：“隨著成像雷達實現了更高分辨率，攝像頭與雷達的融合策略正在從目標機融合轉向特征級融合或原始點云融合，從而更多的保留原始信息；此外，此前毫米波雷達飽受詬病的分辨率問題，已經通過四片級聯方式解決，如今更突出的問題是動態范圍不足，市場對其有著強烈的提升需求。”
這些挑戰，都將是恩智浦和眾合作伙伴攜手發展的方向。
同時，恩智浦的發展方向也不止于毫米波雷達。
根據公告顯示，恩智浦2021年110億美元的營收中，汽車終端市場收入為54.93億美元，同比增長43.6%，占比近一半，是恩智浦的第一大業務收入來源。強勁增長的首要原因是受益于需求反彈，其次則是汽車市場對于智能化、電氣化的需求不斷增長所致。
恩智浦官方公布的合作伙伴市場計劃中，汽車電子領域的合作伙伴涵蓋IDH、ODM、安全、云以及測試認證服務在內的全產業流程，為最終客戶提供包括軟硬件及系統在內的各類服務。劉芳也總結道：“不只是毫米波，恩智浦在整個汽車電子行業都一直致力于培養和開拓合作伙伴，持續在整個產業鏈更多地賦能和合作、推動行業和客戶的發展是我們的重要使命。”
恩智浦日前召開了一場很有趣的汽車77GHz毫米波產品線溝通會，其中一半內容都是由合作伙伴來介紹自己的方案，分別是南京隼眼、華域汽車以及為升科科技（CubTek）。而恩智浦參加的人員則包括恩智浦全球資深副總裁，大中華區主席李廷偉博士，恩智浦全球副總裁，ADAS產品線總經理Steffen Spannagel以及恩智浦全球市場與銷售副總裁，大中華區汽車電子總經理劉芳，這也足見恩智浦從產品到市場，從總部到中國，從全面支持到生態構建，全方位對于毫米波雷達的重視。
正如李廷偉博士在開場白所說：“一方面L2+級別的乘用車自動駕駛規模量產不斷猛增，并逐步向L3級過渡，另一方面高級自動駕駛的商業化應用也正在干線物流、港口、礦山等特定場合逐步展開。在自動駕駛多點開花的背后，作為感知層的重要組成——車載雷達，也從幕后站到了聚光燈下，成為備受關注的熱點。”
始終堅持產業鏈共贏
恩智浦2020年選擇行業老將李廷偉博士作為恩智浦大中華區主席，全面負責恩智浦中國的各項事務以及大中華區的相關對外事務等，正是看中其在行業內的豐富的產業合作經驗。李廷偉博士曾在接受專訪時表示：“合作共贏將是恩智浦的主基調，恩智浦與中國企業的合作主要兵分三路進行，包括加強深度、拓寬廣度和協同創新。”
在此次發布會中，恩智浦與合作伙伴共同演示最新的雷達技術與產品，正是李廷偉博士“賦能更多前沿應用在中國落地”的實證。
恩智浦對于合作伙伴的共贏，是印在骨子里的。比如恩智浦在2019年就參與投資了南京隼眼，同年，時任恩智浦董事總經理的Kurt Sievers訪華，并曾表示：“我個人對于恩智浦的愿景是希望我們公司在中國能夠更加的中國化，更加的本土化，我相信通過和中國公司的緊密合作以及對于中國公司的投資，最終恩智浦可以變得越來越中國化。”
而借此溝通會之際，劉芳則仔細梳理了恩智浦選擇合作伙伴的具體原則與方法論。首先是挑選具有領先技術及商業能力的企業，之后再根據產品的不同階段、性質和定位去開拓各個領域的合作伙伴。
具體而言，針對新興產品或領域，恩智浦首先會專注地尋找能補足產業鏈上痛點和缺口的合作伙伴，著重考核幾方面的優勢，包括：系統軟件、設計模組、工藝能力、安全設計等。“恩智浦希望借助于合作伙伴的力量，實現長期的發展和共贏。我們并不熱衷于追逐熱點和明星企業的光環去獲得市場高關注度，而是更看重具有技術能力、創新性，同時在商業上具備基礎的合作伙伴，從而共同導入新產品，并展開深入地協作。”劉芳表示。目前，恩智浦與中國眾多頭部行業領軍公司已經合作了超過15年之久。
繼而，當產品進入發展期時，恩智浦則會加大范圍和大規模開拓合作伙伴的產業池。會聯合代理商及分銷商，服務不同規模，不同類型的客戶。劉芳說道：“恩智浦會跟新產品導入的合作伙伴一起，將成熟的應用作為參考設計，為技術設計服務、為商業模式配套。共同培養基礎能力，一起給產業鏈輸送新的市場方案、技術方案、推廣方案，從而推動整個產業鏈發展。”
最終，當產品進入成熟期，恩智浦會完全開放技術能力平臺，客戶則可根據恩智浦開放的基礎技術做更加多的創新性開發，從而脫穎而出。劉芳表示：“恩智浦完全開放地提供基礎技術能力，通過培訓、線上和線下交流，以及前期合作伙伴的導入，提升大范圍產業群體的技術能力，與合作伙伴一道，將市場迅速培養和扶植起來。”
不只是中國，恩智浦在全球范圍內，也一直積極投入生態系統的建設中。比如恩智浦在其自動駕駛與雷達培訓學院專題頁面中，專門展示了其與Smartmicro合作開發的77-81GHz成像雷達。
“對于OEM，恩智浦是值得信賴的顧問，目前全球前二十大供應商都采用了恩智浦的相關技術。”Spannagel說道，“對于Tier 1，恩智浦是首選供應商，可在應用級別進行深度合作與支持。而對于生態系統企業而言，恩智浦是優秀的技術合作伙伴。”
4D成像雷達的機會與機遇
目前，按照恩智浦的三個環節定義下，雷達技術已經經過二十年的發展，完全進入了成熟期，然而4D成像雷達尚處于從新興領域過渡到快速發展期之間。正如Yole Développement在最新的《2022 年汽車雷達報告》中指出：“在芯片層面，恩智浦和英飛凌占據了大部分市場份額。盡管雷達市場已經成熟多年，但 Yole 的分析師看到了市場涌現出許多新玩家并獲得了設計勝利，無論是在系統層面的包括麥格納、摩比斯、威孚等，以及芯片層面的Arbe、Uhnder、和Vayyar等公司都在積極布局這一市場。此外，包括華為、高通、英特爾等大型科技公司也在積極投資這一領域。這給領先的Tier 1和半導體芯片商帶來了巨大壓力，他們需要比通常的時間周期更快地進行創新。因此，領先企業正在尋求協同效應，要么進行整合，要么轉向垂直整合。”
為升科科技股份有限公司CTO蔡青翰解釋道，4D成像雷達的四個維度分別為：Range（距離）、Velocity （速度）、Azimuth （水平角度）和Elevation （俯仰角度），借助4D成像雷達，汽車的感知系統得以飛躍式提升。
恩智浦則正在通過積極的協同合作，以便抓住雷達的這次轉型機遇。實際上，此次出席溝通會的三家公司，都與恩智浦有著深遠的合作關系，并且都有著獨到的技術。南京隼眼自不必說，當初的合作意向就是為中國汽車市場創造基于恩智浦的參考設計。
而華域汽車在2020年上海車展發布的首款獨立自主開發的4D成像毫米波雷達LRR30，也是采用了恩智浦彼時最先進的S32R294雷達處理器。
為升科科技（CubTEK）的4D雷達，更是被恩智浦帶到了CES 2022展臺上，向國際客戶展示最新的基于S32R45 MPU以及第二代RFCMOS MMIC TEF8232 的Demo。
如上圖，在CES 2022展會上，恩智浦CTO Lars Reger特別介紹了恩智浦與為升科聯合展示的Demo，該Demo由多顆級聯TEF82xx雷達射頻芯片，并結合S32R45雷達處理器芯片所構建的4D成像雷達方案，可實現360度環繞感知，從而滿足L2+級至L5級的自動駕駛需求。該方案最大的亮點在于率先提供了短距、中距、長距三合一的并發多模雷達感測，可實現對汽車周圍寬廣視場的同時感測。為了達到這個目標，恩智浦與為升科利用創新架構，通過配置低復雜度傳感器實現了192個虛擬天線通道，來提高原始傳感器硬件的性能。
隼眼科技CTO張慧博士表示，隼眼科技基于恩智浦毫米波雷達芯片做了大量專用設計，包括前向雷達、前角雷達、后角雷達和成像雷達等在內的不同方案，支持了國內外一些合作伙伴Tier 1的客戶。
華域汽車系統股份有限公司電子分公司技術中心執行總監石磊也總結了借助恩智浦技術，華域4D雷達所實現的優勢——高度探測（這是4D雷達自然多出的一個維度），超高靈敏度及高分辨率。石磊以華域的LRR30 4D成像雷達的實測數據，解讀了該技術的優勢。
具體而言，4D雷達的通道數更多，因此可以增加高度這一維度。傳統的雷達受限于通道數，在垂直維度布置的通道相對有限，易受到道路上地面多徑干擾的影響，因此難以探測出高度信息。“在一個融合的駕駛系統里，傳統毫米波雷達對于靜止障礙物給出的置信度是很低的。”石磊介紹道。“傳統雷達會把地面的井蓋、減速帶、路牌等目標誤報為前方障礙物，從而影響傳感器的準確融合感知。而成像雷達則可以通過高度數據檢測解決這一問題。”
對于高度靈敏的優勢，石磊以華域LRR30兩片級聯的實測數據為例，在完全沒有濾波的情況下，可以識別180米遠的易拉罐，或者190米遠的地方識別出橡膠輪胎。不過石磊也坦言，基于高靈敏度，目前還需要與OEM一起探討更多的實際價值。
對于高分辨率的優勢，成像雷達通過更多的通道數，以及系統架構的先進設計，實現更高的角分辨率，這也是傳統雷達的固有弱點之一。石磊同樣以實測數據為例，在2度角分辨率的情況下，可以分辨出50米之外相距1.8米的兩個人。
“實測表明，4D雷達可同時支持距離維、速度維和角度維三個維度的高分辨率，可以得到停車場的準確輪廓，從而實現基于毫米波和環視的自動泊車和代客泊車系統。”石磊舉例道。
蔡青翰也表示，成立于2016年的為升科，從2018至今，營業額年復合增長率超過了50%，目前已經成為中國最大的商用車前向中距離雷達（MRR）供應商，而在角雷達方面，目前公司在大陸和日本共計導入11個車型。目前為升科在全球擁有超過100項專利，涵蓋雷達算法，天線以及模組架構等方面。同時，公司還在涉足60GHz生命體征雷達、4D成像雷達以及自動駕駛的系統部分。
蔡青翰以實用性角度解釋了4D雷達的必要性，比如在ACC（自適應巡航）過程中，如果要準確分辨出300米之外的兩輛車，水平角分辨率一定要達到1度以下，傳統雷達或兩片級聯也無法實現，只能依靠4D雷達。其次，比如在150米的前方有一個6.5米高的紅綠燈，如果準確判斷出紅綠燈是在空中還是在地上，需要達到2度的垂直角分辨率，這也是傳統雷達無法實現的。第三則是圍繞著傳感器融合而言，傳統雷達點云密度稀疏，無法做到具體的物體分類。誠然物體分類主要依靠攝像頭執行，但如果圖像傳感器失效的話，4D雷達還可以進行物體分類，從而為整個ADAS和自動駕駛提供足夠的系統冗余。第四，是與激光雷達的融合，在惡劣氣候環境中，激光雷達的能見度迅速降低，比如在大雨環境中，激光雷達的偵測距離會衰減50%，而成像雷達實測還是可以到達300米。
Steffen Spannagel對此也預言道：“我們認為攝像頭和雷達會共存，因為它們的優缺點互補性非常強。而對于激光雷達而言，恩智浦認為成像雷達極大可能降低或取代激光雷達。盡管目前成像雷達還位于發展的早期，但隨著性能的大大提升，在理想情況下最終能夠取代激光雷達。”
成像雷達市場無限美好
根據Yole的數據顯示，全球毫米波雷達市場規模預計將由2019年的205億美元增長至2025年的280億美元，年復合增長率為5%。車載毫米波雷達市場規模預計將由2019年的55億美元增長至2025年的105億美元，年復合增長率達到11%。
Yole特別指出，成像雷達將推動下一波增長浪潮，到 2027 年達到43億美元，占整個汽車雷達市場的30%。
而根據Strategy Analysis和恩智浦的預計，未來隨著自動駕駛級別的不斷前進，對于77GHz雷達數量的需求不斷增長，從數量到價值都將不斷提高。Spannagel表示，預計到2030年，L2+的汽車銷量將占全部汽車銷量的43%，L3-L5級別的汽車銷量將占4%，也就是說約有一半左右的汽車將采用4D成像雷達技術，這不光給恩智浦，也給其合作伙伴帶來了更多的機會。
Spannagel說道，中國汽車半導體市場去年增長了45%，ADAS和雷達市場增長更加強勁，在成像雷達領域，中國的企業甚至都是領先于海外的，也正因此“恩智浦把中國市場看成恩智浦非常關鍵和重點的雷達市場。”
挑戰與機遇并存
伴隨著雷達市場的強勢增長，一方面對企業帶來了更多的動力，然而與此同時，挑戰也不斷增加。
一個例子是市場細分化對產品可擴展性帶來的挑戰。“隨著雷達市場的強勢增長，其細分市場也越來越發達并且有不同的用例，對市場提出了不同的半導體解決方案需求。”Spannagel舉例道，“角雷達和前向雷達的需求就是不同的，角雷達領域已經出現了單芯片集成的方案，而對于成像雷達，需要更多的射頻通道數以及更多數字處理要求，所以還是會采取芯片組的形式呈現。”目前射頻MMIC大多數是45/40nm RFCMOS工藝，而對于數字處理而言，則可以選擇更先進的16nm FinFET制程工藝。也正因此，為了兼顧集成度與高性能，恩智浦推出了多種產品靈活組合方案，以便滿足不同用戶的需求。
如圖所示，根據不同應用需求，恩智浦推出了包括TRX82xx、81xx的模擬前端，以及S32R29x、S32R45、S32R41在內的不同性能的MCU，以滿足不同應用場景。
射頻前端差異具體如上圖，TEF82xx相比TEF810x，增加了Expansion I/F級聯通道，無需主芯片便可最多實現4個芯片級聯，12發/16收。而在其他包括射頻收發器、帶寬、ADC等指標上，同樣有了較大提升，以滿足成像雷達的需求。
對于處理器端，恩智浦則通過集成了眾多專用及通用硬件加速器IP，以加快雷達的處理性能。更重要的是，恩智浦S32R（R代表Radar）是平臺化的產品，可以方便的進行軟件的復用與重構。比如已經投入量產的恩智浦S32R45和今年年初推出的S32R41，這兩款處理器可滿足L2+級至L5級的自動駕駛需求，用于構建4D成像雷達，實現360度環繞感知。
從S32R45框圖可見，特別是相比S32R41增加的Linear Algebra Accelerator（LAX）矩陣加速器，可以實現大于300 GFLOPS算力。
除了毫米波雷達的射頻MMIC與MCU等關鍵器件之外，恩智浦還利用其廣泛的產品組合，為客戶提供完整的系統，包括以太網PHY和CANPHY以及電源管理等組件，從而實現完整的硬件系統。
第二個挑戰則是不斷涌現的新技術對開發帶來的挑戰。Spannagel說道，隨著雷達數量的不斷增加，對于汽車本身以及相鄰汽車之間會帶來很多信號干擾問題。此外，Yole射頻設備和技術團隊首席分析師 Cédric Malaquin也曾表示，雷達從模擬波束成形和機械轉向控制，轉變為數字波束形成時代，引入了MIMO縮放技術來實現低于1度的角分辨率。
為此，恩智浦在2022年4月推出了Premium Radar SDK開發套件，以及雷達信號處理算法集，利用恩智浦先進軟件算法與其全新S32R4x雷達處理器系列的緊密耦合，提高安全性和差異化優勢，目前提供的三個軟件算法包可分別實現干擾抑制、MIMO波形優化、角度分辨率增強。該專有雷達算法庫允許將經過驗證的算法快速集成到雷達傳感器應用中，有助于加快雷達傳感器的開發并減少研發投資。
并且，恩智浦也承諾該產品計劃隨時間持續演進，通過定期發布更新擴展算法列表，以便滿足新興的雷達要求和恩智浦的未來雷達路線圖。
恩智浦的雷達軟件開發相關生態，特別是可直接對接MATLAB
雷達系統廠商應如何應對挑戰
除了Spannagel的介紹之外，三家客戶也從不同角度，解讀了成像雷達的挑戰及應對方式。
張慧認為，雷達涉及到成像技術后，要引入深度學習和人工智能等算法，除此之外，為了滿足高分辨率要求，射頻前端的通道數越來越多，這兩方面都對MCU的算力有了更多要求。S32R45單芯片算力就可以滿足4片MMIC級聯，也正因此業界正在大量從FPGA遷移至MCU，從而實現更高的性價比以及更簡單的開發。
而對于射頻前端而言，級聯給天線陣列的饋電網絡設計帶來了新挑戰。NXP最新的TEF82xx系列MMIC除了支持底部散熱之外，還支持頂部散熱設計，因此可以采用背饋天線，從而在尺寸、饋線損耗、饋線輻射、角分辨，穩健性和精度方面得到大幅度的優化。
設計方法學的革新方面，為此隼眼科技聯合了合作伙伴，采用了數字孿生的計算平臺，實現更好的車路協同的虛擬驗證。
對于電子系統而言，高集成度可以帶來最直接的好處，石磊表示，得益于恩智浦的S32R41 MCU，LRR30最多可以輸出1024點4D點云并追蹤多達64個目標，同時方案尺寸小巧，既可以滿足前向雷達需求，同時也可以滿足空間要求苛刻的角雷達應用。
目前，華域汽車正在研發的LRR40采用了恩智浦的S32R45，最多可輸出3072點4D點云及128個目標。S32R45強大的處理能力，除了可支持前向雷達的點云之外，還刻意融合全車的點云數據，實現基于雷達的SLAM和FREESPACE等功能，同時還可以執行偽隨機混合數字調制解調編碼，從而獲得更高的抗干擾能力。
蔡青翰則強調了算法在毫米波雷達領域的重要性。他表示，為升科和恩智浦共同開發了包括針對MIMO虛擬通道的濾波算法、天線干擾抑制算法、高精度AOA（到達角測量）算法等。最終實現水平角分辨率小于一度，垂直角分辨率小于兩度的成像雷達，最終實現300米測距，20FPS數據速率輸出，每秒可生成8萬個點云。而針對海量數據的處理，為升科也在利用AI技術實現目標分類。
不止于此的成像雷達
盡管2022年，S32R45為代表的成像雷達技術將成功量產，但成像雷達技術的發展還遠不止于此。張慧表示：“傳統純雷達信號處理正在向深度學習、人工智能方面的處理發展，這將對雷達和計算平臺的算力提出更高的要求，一方面是需要前端雷達算力的繼續提升，另外則是可通過分布式架構，與計算平臺實現有機整合。同時，隨著人工智能的發展，雷達也可以像攝像頭一樣以OTA或自學習的方式自我進化。除此之外，未來隨著毫米波雷達的普及，除了汽車之外，交通設施也可以集成更多的傳感器，從而實現感知協同，而不只是通過類似V2X的通信標準獲得協同。”
石磊則補充表示：“隨著成像雷達實現了更高分辨率，攝像頭與雷達的融合策略正在從目標機融合轉向特征級融合或原始點云融合，從而更多的保留原始信息；此外，此前毫米波雷達飽受詬病的分辨率問題，已經通過四片級聯方式解決，如今更突出的問題是動態范圍不足，市場對其有著強烈的提升需求。”
這些挑戰，都將是恩智浦和眾合作伙伴攜手發展的方向。
同時，恩智浦的發展方向也不止于毫米波雷達。
根據公告顯示，恩智浦2021年110億美元的營收中，汽車終端市場收入為54.93億美元，同比增長43.6%，占比近一半，是恩智浦的第一大業務收入來源。強勁增長的首要原因是受益于需求反彈，其次則是汽車市場對于智能化、電氣化的需求不斷增長所致。
恩智浦官方公布的合作伙伴市場計劃中，汽車電子領域的合作伙伴涵蓋IDH、ODM、安全、云以及測試認證服務在內的全產業流程，為最終客戶提供包括軟硬件及系統在內的各類服務。劉芳也總結道：“不只是毫米波，恩智浦在整個汽車電子行業都一直致力于培養和開拓合作伙伴，持續在整個產業鏈更多地賦能和合作、推動行業和客戶的發展是我們的重要使命。”
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