特斯拉被打臉？解讀4D毫米波雷達芯片兩大方向

“跳來跳去”的特斯拉，最終回歸雷達路線

在自動駕駛流派中，特斯拉一直死磕攝像頭路線，堅決反對激光雷達的多傳感器冗余路線。特斯拉創(chuàng)始人馬斯克認為，激光雷達昂貴、丑陋，且沒有必要，它就像是人身上長了一堆闌尾，闌尾本身的存在就基本是無意義的，如果還長一堆就太可笑了。

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持下去嗎？》討論過這個事。

這里引用一小段：“2020年11 月12日，馬斯克在答網(wǎng)友問的時候提了兩個觀點，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，反例是SpaceX研發(fā)和應(yīng)用了激光雷達來使龍飛船和空間站對接；二是再次就攝像頭之外的自動駕駛傳感器表態(tài)：波長低于4 mm的高精度毫米波雷達才是更好的選擇?！?/p>

這里其實馬斯克表現(xiàn)出了對毫米波雷達的傾向性。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的Model S和Model X將不再配備毫米波雷達。至此，特斯拉傳感器方案從“8攝像頭+1毫米波雷達+12超聲波雷達”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題《徹底干掉毫米波雷達，特斯拉向行業(yè)宣戰(zhàn)》。一時間，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，核心觀點就一個：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，傳感器冗余才是邪路。被事實毒打的筆者，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“Phoenix”新增選項預(yù)計將接入Arbe的4D毫米波雷達Phoenix，其同時猜測，該雷達或?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路線。

針對這一新聞，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張強以及研發(fā)總監(jiān)田志明。為什么找他們咨詢呢？因為雪湖科技一直幫助客戶圍繞賽靈思的FPGA提供算法支持。

這一次FCC官網(wǎng)出現(xiàn)了特斯拉申報的新款毫米波雷達，從主板上看到了賽靈思的Zynq 系列AP SoC，這款方案的特點就是高度靈活的可編程性，由雙核ARM Cortex-A9 和1 個FPGA組成。不過雪湖科技CEO張強認為，目前這個毫米波雷達似乎不完全是FPGA方案，而是由一家以色列公司Arbe提供的ASIC芯片，需要FPGA配合實現(xiàn)一些功能?！斑@塊芯片整體的研發(fā)的時間應(yīng)該是在三年之前?！?/p>

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

賽靈思車規(guī)級產(chǎn)品路線圖

據(jù)介紹，面向汽車市場，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（DMS、3D環(huán)視等）、ADAS（ICMS、前端攝像頭、自動泊車、域控制器）以及高級自動駕駛（中央計算、下一代前端攝像頭）等各個領(lǐng)域。而本次曝光的Zynq系列AP SoC就是Zynq xa7020。

毫米波雷達產(chǎn)業(yè)鏈，來源：ITTbank

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

從技術(shù)上來講，4D成像毫米波雷達是必然趨勢，有能力做4D毫米波雷達的廠商基本都在做4D成像毫米波雷達。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，試水4D賽道。

4D毫米波雷達兩大方向：DSP路線和FPGA路線

目前汽車毫米波雷達行業(yè)主要有兩種方式實現(xiàn)4D雷達量產(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)雷達天線及芯片方案商提供的標準方案。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)毫米波雷達芯片領(lǐng)域，NXP和英飛凌幾乎壟斷了這個市場。但是在4D成像雷達市場，TI則成為了推動者。德州儀器于2016年曾推出基于CMOS工藝的高集成度77GHz毫米波雷達傳感器AWR1642系列，欲打破恩智浦和英飛凌兩家企業(yè)對傳統(tǒng)毫米波雷達芯片的壟斷格局，但事與愿違。在洞悉到毫米波雷達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片級聯(lián)4D毫米波雷達全套設(shè)計方案。歷經(jīng)AWR1642、AWR2243兩代產(chǎn)品后，TI已站穩(wěn)了成像雷達的腳跟。除德國大陸汽車，中國乃至全球大部分的4D成像毫米波雷達基本都是基于TI的級聯(lián)方案，有追求低成本的2片級聯(lián)，有追求性能的4片級聯(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)器級聯(lián)而成，但也有說法可能是德州儀器的AWR1642六片級聯(lián)而成。

相對TI而言，NXP在2022年初才在CES上宣布量產(chǎn)S32R45成像雷達芯片，同時推出了S32R41新產(chǎn)品。S32R41處理器的推出為業(yè)界帶來了首款專為L2+自動駕駛應(yīng)用量身定制的16nm雷達處理器。

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

FPGA路線的代表者是賽靈思。德國大陸采用FPGA來作為4D雷達的芯片方案。德國大陸在2016年開始研發(fā)4D成像毫米波雷達時，選用的芯片方案為恩智浦的S32R274，但該芯片無法讓雷達小型化，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，第二、三代Zynq UltraScale+RFSoC具有更高的射頻性能及更強的可擴展能力，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，還可支持針對采樣率高達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）進行直接RF采樣，二者的模擬帶寬均高達6GHz。

為什么4D毫米波雷達要用FPGA方案呢？

雪湖科技跟國內(nèi)很多4D毫米波雷達廠商進行過交流或合作。雪湖科技CEO張強表示，當毫米波雷達從3D轉(zhuǎn)為4D后，帶來顯著變化，是射頻前段后的數(shù)字信號處理部分算力需求大大增加，而算力的增加就導致原本用DSP方案來做的廠商，如TI、NXP等算力不夠用。這種情況下，雷達廠商為了快速進行算法驗證，就會選擇在FPGA芯片來進行開發(fā)，而FPGA的算力可以支持4D毫米波雷達的量產(chǎn)。比如德國大陸最早就是用NXP的芯片，后來發(fā)現(xiàn)算力不夠才轉(zhuǎn)到賽靈思的FPGA。

由于ASIC的算法是固化的，沒辦法根據(jù)算法變化來進行調(diào)整。當然有人說，我為什么不等到算法固化以后，直接做ASIC呢？那是因為目前很多的應(yīng)用場景，需要經(jīng)過5年、10年甚至更長時間的迭代，才能真正把算法的潛力研究透徹。在這種情況下，F(xiàn)GPA的窗口期和生命周期會變得更長。張強認為目前至少在4D毫米波雷達領(lǐng)域，還是處在一個野蠻生長的階段，不同的廠商對于算法有不同的需求，短時間內(nèi)ASIC可能沒辦法滿足所有客戶的差異化需求。

當然，國內(nèi)FPGA的開發(fā)相對來說比較小眾，門檻也較高，因此需要一個中間的生態(tài)位來幫助客戶將算法硬化到FPGA上，雪湖科技就充當了這樣一個中間角色。

點評：特斯拉“打臉”行為對產(chǎn)業(yè)鏈的影響？

如果把毫米波雷達產(chǎn)業(yè)鏈拆開來看。在射頻數(shù)字前段部分，目前仍然是TI、NXP主導。但也開始出現(xiàn)很多的創(chuàng)業(yè)公司，開始使用自己的射頻數(shù)字前段方案。比如國內(nèi)出貨TOP3內(nèi)的一家新能源車廠，他們的4D毫米波雷達產(chǎn)品就開始選擇國產(chǎn)的射頻前段與TINXP進行對比，并同步進行研發(fā)。這一部分開始逐漸的出現(xiàn)國產(chǎn)替代，有可能未來國內(nèi)的車企都有一定的國產(chǎn)化率的要求。據(jù)了解，類似于加特蘭、蘇州毫米波這樣的公司性價比都很不錯。

雪湖科技CEO張強認為，未來兩年國內(nèi)的4D毫米波雷達主流配置將集中在4級聯(lián)，12發(fā)16收的配置；或者2級聯(lián)，6發(fā)8收的配置。至于毫米波雷達是否最終取代激光雷達，需要考慮最終雙方的成本相差情況，以及車廠的定位。

“我的理解馬斯克之前說不要雷達，應(yīng)該特指的是激光雷達?！睆垙娬J為，按照特斯拉的體量和能力來說，它需要4D毫米波雷達的成本不能太高。與其說是特斯拉在切換技術(shù)路線，不如說是在進一步增強原有的技術(shù)路線。在4D毫米波雷達的輔助下，以往一些極端天氣情況下，可以幫助純視覺方案更好的進行精確的操控。

不管怎么說，特斯拉這次的“打臉”行為對整個雷達產(chǎn)業(yè)鏈來說也算是皆大歡喜的事情。張強認為，國內(nèi)的主機廠和tier1針對毫米波雷達，特別是4D毫米波雷達的開發(fā)進度和節(jié)奏一定會明顯加快。雪湖科技研發(fā)總監(jiān)田志明也表示，目前越來越多的客戶在內(nèi)部加快推動4D毫米波雷達的量產(chǎn)，同時對于下一代4D毫米波雷達的預(yù)研，不管是投入速度還是力度，都更加堅決。