雷達(dá)大戰(zhàn)，4D還是激光？

純視覺路線，正在交戰(zhàn)多傳感器融合。

說到智能駕駛，其終極目標(biāo)是“去人化”，不過這種《沙丘》中人和AI大戰(zhàn)后被禁止應(yīng)用的技術(shù)，卻在我們的魔幻現(xiàn)實中火熱地發(fā)生著、進(jìn)行著。

而在特斯拉主導(dǎo)的純視覺路線暴露越來越多的缺陷，神話破滅之時，激光雷達(dá)和4D毫米波雷達(dá)的崛起，成為映照風(fēng)口浪尖的兩個亮點。

一方面，此前據(jù)Yole統(tǒng)計，2022年，4D毫米波雷達(dá)的市場規(guī)模僅為2億美元。到2028年，這個數(shù)字將提高到22億美元，期間年復(fù)合增長率高達(dá)49%。另一方面，激光雷達(dá)在國內(nèi)的禾賽科技和速騰聚創(chuàng)兩家巨頭的帶動下，制造成本飛速下降。

現(xiàn)在，車企用4D毫米波雷達(dá)還是激光雷達(dá)，也正在成為“TO BE OR NOT TO BE”的問題。

01、4D雷達(dá)，大有可為？

其實，毫米波雷達(dá)并不是什么新技術(shù)，但是傳統(tǒng)的提供測量距離、速度和水平角度的3D雷達(dá)，除了便宜沒啥優(yōu)點。直到4D毫米波雷達(dá)（也叫成像雷達(dá)）出世。

顧名思義，4D成像雷達(dá)是在傳統(tǒng)雷達(dá)基礎(chǔ)上加上一個垂直角度檢測、提高了輸出點密度且具備更高分辨能力的雷達(dá)。換句話說，4D毫米波雷達(dá)“進(jìn)化”出了類似激光雷達(dá)的點云成像效果，同時能夠彌補純視覺算法偏弱無法覆蓋全場景的問題，清晰度上，部分指標(biāo)近似達(dá)到16線數(shù)的激光雷達(dá)。

遇到下雨、大霧等天氣，它的偵測范圍仍可以達(dá)到300米左右。同時，4D雷達(dá)還具有足夠高的動態(tài)范圍，能區(qū)分遠(yuǎn)距離的較小障礙物。進(jìn)而，能夠識別出如路標(biāo)、靜態(tài)物體和較遠(yuǎn)距離以外的物體，這是傳統(tǒng)的3D毫米波雷達(dá)無法做到的。

有人辭官歸故里，有人漏夜趕科場。去年，博世退出激光雷達(dá)的研發(fā)，將資源重新分配到毫米波雷達(dá)和其他傳感技術(shù)上。而我在今年北京車展期間安波福的發(fā)布會上也得知，安波福也無意激光雷達(dá)，還是主攻4D毫米波雷達(dá)。

而曾在2019年豪言使用純視覺來實現(xiàn)FSD的特斯拉，也在去年年底宣布，將在第4代自駕車平臺重新納入一顆4D毫米波雷達(dá)。這讓業(yè)內(nèi)很多人還激動了好一陣子呢。

不過，從價格來看，4D毫米波雷達(dá)更容易接受，但性價比還談不上太高。而“無論激光雷達(dá)的成本再怎么降低，它依然會比毫米波雷達(dá)貴幾倍，兩者之間會維持在5到10倍的差距。”某雷達(dá)廠商這個說法不是太對哈。

根據(jù)蓋世汽車研究院智能駕駛配置數(shù)據(jù)庫顯示，2024年第一季度，前三的激光雷達(dá)裝機量，速騰聚創(chuàng)、華為技術(shù)、禾賽科技分別為116097、41833、34259臺，實際上，裝機方面還是比4D毫米波雷達(dá)搶先了一步的。

當(dāng)然，激光雷達(dá)正在喊“進(jìn)入200美元時代”，但目前的主流價格在2500元左右。北京車展時速騰聚創(chuàng)發(fā)布MX的價格降到了200美元級別，較此前M1 Plus/M2的500美元降了一倍多。而且，速騰聚創(chuàng)宣布先后獲得智己汽車、小鵬汽車全新車型定點。速騰聚創(chuàng)CEO邱純潮還表示，目標(biāo)是讓15萬元的車也能配置激光雷達(dá)。

而目前4D毫米波雷達(dá)整體價格約在千元，且價格正在快速向傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)靠近。比如，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，Arbe的4D毫米波雷達(dá)價格在690~1036元，采埃孚、大陸等Tier1的單價為1036~1381元。

從上車應(yīng)用來看，根據(jù)Arbe的預(yù)測，4D毫米波雷達(dá)將于2024年在歐洲與北美市場L1~L4級別自動駕駛車型中開始列裝。

國內(nèi)，肯定是比國外要快的。比如，蔚來新一代車型已經(jīng)確定安裝4D毫米波雷達(dá)。蔚來NT3.0平臺車型將全系標(biāo)配一顆來自賽恩領(lǐng)動的4D毫米波雷達(dá)。樂道首款車型L60同樣去掉激光雷達(dá)增加4D毫米波雷達(dá)，據(jù)說上市即可用城區(qū)NOP+。

不過，總的來說，目前4D毫米波雷達(dá)價格還偏貴，中低端車主要還是以普通3D毫米波雷達(dá)為主，高端車更多是裝配激光雷達(dá)。這也是目前4D毫米波雷達(dá)看不到多少裝機量數(shù)據(jù)的原因。

隨著未來價格下降，在中低端車型，4D毫米波雷達(dá)將逐漸替代普通3D雷達(dá)。而在高端車型，4D毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)（Lidar）將會共存，互為補充而不是互相替代，這是共識。

02、4D雷達(dá)的“進(jìn)化”

在5RXV方案成為主流的當(dāng)下，簡單說說技術(shù)方面，4D毫米波雷達(dá)的核心是MMIC芯片。

按照業(yè)內(nèi)說法，其發(fā)展經(jīng)歷四個階段，第一階段是射頻前端加處理器，第二階段是單芯片SoC加數(shù)模結(jié)合，第三階段是小分離SoC到大分離，第四階段是單芯片能夠滿足OEM對高階智駕的需求。

而且，MMIC（Monolithic Microwave Integrated Circuit的縮寫，即單片微波集成電路）芯片工藝經(jīng)GaAs、SiGe已發(fā)展至CMOS時代。很明顯，集成度更高的CMOS MMIC在成本、尺寸和研發(fā)周期上占據(jù)優(yōu)勢，未來CMOS工藝會逐步普及。

按照業(yè)內(nèi)人士的分析，基于CMOS工藝的MMIC占系統(tǒng)總成本比重相較SiGe能下降一半（36%下降至18%），結(jié)合SoC化，CMOS工藝的毫米波雷達(dá)體積進(jìn)一步縮小、雷達(dá)適配性更好，同時前端射頻芯片的需要量從AsGa和SiGe的7-8顆、2-5顆降低至1顆，雷達(dá)模塊設(shè)計復(fù)雜度和難度大幅降低，研發(fā)周期大大縮短。

此外，4D毫米波雷達(dá)系統(tǒng)通常采用MIMO（多輸入多輸出）天線技術(shù)，以提高分辨率和探測能力。因此，“4D成像雷達(dá)需要更多的MIMO通道，更強的運算能力和更多的存儲資源?！奔犹靥mCEO陳嘉澍博士曾對媒體強調(diào)過。這也讓我想起《黑客帝國》那句臺詞：“槍！更多的槍！”

當(dāng)然，毫米波雷達(dá)的芯片市場，同樣一直都是被海外巨頭壟斷的市場。

據(jù)Yole統(tǒng)計，毫米波雷達(dá)市場是被大陸集團(tuán)、博世、海拉、安波福、電裝和Veoneer這六大公司掌控。芯片主要被NXP、英飛凌等廠商等控制。

而進(jìn)入4D毫米波雷達(dá)階段，整體競爭格局變化不大，但有不少新的競爭對手涌現(xiàn)。比如，收購 Steradian的瑞薩，早在2019年推出車載4D毫米波雷達(dá)產(chǎn)品的Arbe，Mobileye，Altos Radar等。

國內(nèi)，累計出貨800萬顆雷達(dá)芯片的加特蘭已經(jīng)加入戰(zhàn)局，最近剛推出基于Andes平臺的雙片級聯(lián)的成像雷達(dá)解決方案?？梢哉f，這塊蛋糕大家怎么都還是想“啃”一口的。

而就技術(shù)路線來看，4D毫米波雷達(dá)大致可分為多芯片級聯(lián)、單芯片集成、虛擬孔徑成像、超材料的“進(jìn)化”路線。

目前乘用車已上量或?qū)⒁宪嚨亩嘁约壜?lián)為主，其中主要為二級聯(lián)和四級聯(lián)。而集成化的單芯片方案成熟后將有性價比/成本優(yōu)勢，將成為企業(yè)未來布局重點，業(yè)內(nèi)預(yù)計5~8年內(nèi)落地。

最近，華為也發(fā)布了高精度4D毫米波雷達(dá)。數(shù)據(jù)很亮眼。支持泊車模式，垂直視野可達(dá)60°，相較傳統(tǒng)雷達(dá)垂直視野18°有3倍提升，距離精度5厘米，相較傳統(tǒng)雷達(dá)20厘米精度提升4倍。

此外，已確定搭載4D毫米波雷達(dá)的車型包括寶馬iX、理想L7、飛凡R7、蔚來等。其中飛凡R7的前向雷達(dá)采用采埃孚的FRGen21，四級聯(lián)12T16R，供應(yīng)商為TI、賽靈思，角雷達(dá)采用海拉的4D毫米波雷達(dá)。理想L7 Pro款的前向雷達(dá)則采用了森思泰克的STA77-6，二級聯(lián)6T8R，供應(yīng)商為TI。

再來說一下，車企選擇4D毫米波雷達(dá)而沒有選激光雷達(dá)的原因，往往是在于幾點：

首先，作為一種光學(xué)雷達(dá)，激光雷達(dá)光學(xué)傳感器跟人眼一樣有天生缺點，雨霧天氣、強光天氣、有干擾情況下都不工作，但毫米波雷達(dá)卻可以做到全天候、不受天氣、不受光線影響；

其次，毫米波雷達(dá)對速度測量更加精確，也比光學(xué)傳感器在處理復(fù)雜場景上更具優(yōu)勢；

再者，隨著主動安全的普及，包括最近美國NHTSA出臺的2029年所有車都要標(biāo)配AEB系統(tǒng)，就必須要毫米波雷達(dá)配合。

不過，最后這點是有BUG的，去年的AEB之爭同樣扭轉(zhuǎn)了激光雷達(dá)戰(zhàn)局。激光雷達(dá)的優(yōu)勢同樣明顯。這點也是前面激光雷達(dá)裝機量背后的“潛臺詞”。

03、4D雷達(dá)的算法大關(guān)

雖說傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)升級至4D毫米波雷達(dá)成為趨勢，硬件的天花板突破了，不過，攔路虎在于，系統(tǒng)對算法能力的要求反而更高。

因為4D毫米波雷達(dá)的點云數(shù)量大幅增加，如何剔除不必要的點云、再把它應(yīng)用到功能層級當(dāng)中，就是一個挑戰(zhàn)了。不過現(xiàn)狀是，當(dāng)前，大多數(shù)車企并不具備毫米波雷達(dá)的算法能力。

長期以來，毫米波雷達(dá)廠商們提供的往往是軟硬一體化的方案，對車企來說，毫米波雷達(dá)直接輸出感知結(jié)果，只需將這個結(jié)果與其他傳感器的識別結(jié)果做融合就行。但是，4D毫米波雷達(dá)算法的壁壘高，只有極少數(shù)車企才能搞定。

這就很令車企尷尬。傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的算法，只需做一些簡單的數(shù)據(jù)聚類處理，而4D毫米波雷達(dá)的算法要做目標(biāo)分類，需要圍繞著AVP、HWP、TJA等做功能，這些功能通常是由算法公司或算法很強的硬件科技公司來做。

所以，這就逼得主機廠要上車就不得不親自上陣做自己并不擅長的算法，這是一件很痛苦的事。同時，能否提供4D毫米波雷達(dá)的算法，也就成為能不能上車的一個關(guān)鍵原因。

不過，當(dāng)下算法正在成為“核心競爭力”，雷達(dá)廠商也不想輕易交出“靈魂”。反正這得博弈一陣的。當(dāng)然，4D毫米波雷達(dá)上車的事情，也就沒那么快嘍。

值得一提的，就是4D毫米波雷達(dá)跟攝像頭的前融合很難做。否則，無法將4D毫米波雷達(dá)的技術(shù)優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。

比較有意思的是，長期以來的軟硬一體“黑盒子”模式下，大多數(shù)主機廠都沒有“見過”毫米波雷達(dá)的原始數(shù)據(jù)，也就不怎么了解這些數(shù)據(jù)的特性，因而，多數(shù)公司得從頭開始學(xué)習(xí)4D毫米波雷達(dá)（比學(xué)習(xí)激光雷達(dá)要晚5~6年），更別提立馬就將4D毫米波雷達(dá)跟攝像頭做前融合了。

難做之處還在于，4D毫米波雷達(dá)的MIMO通道數(shù)多、數(shù)據(jù)量比較大，對算力的要求比較高，傳感器端的算力是不夠用的，前融合就需要放在域控制器里做。

但是，如果將主控芯片放在域控制器中，不僅4D毫米波雷達(dá)的高數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)壓縮會給集中式架構(gòu)帶來挑戰(zhàn)，而且天線和處理器之間信號傳輸的帶寬和速率也會影響到探測精度。

要解決上述矛盾，4D毫米波雷達(dá)廠商需要對中央域控制器有足夠深刻的理解，或者是跟一家域控制器廠商或芯片廠商深度綁定。而目前，只有像極少數(shù)廠商能做到。

此外，前融合還需要做聯(lián)合標(biāo)定，這也是個“燙手山芋”。這是因為，4D毫米波雷達(dá)對于語義信息的理解不夠準(zhǔn)確、對目標(biāo)分類也不準(zhǔn)確。

再加上，攝像頭沒有距離信息，那么，在兩者聯(lián)合標(biāo)定時，如何將置信度、可靠性在視覺和4D毫米波雷達(dá)點云層級就做好，在什么情況下哪個傳感器的準(zhǔn)確度更高？所有這些，都是要解決的問題。

04、激光雷達(dá)“跨越鴻溝”

就業(yè)內(nèi)現(xiàn)狀而言，很多工程師不相信短期內(nèi)4D毫米波雷達(dá)能取代激光雷達(dá)。畢竟，這倆是異構(gòu)的。

有業(yè)內(nèi)的工程師對媒體說過，“從我們的測試數(shù)據(jù)來看，現(xiàn)階段，4D毫米波雷達(dá)不僅無法取代激光雷達(dá)，而且，與成熟的3D毫米波雷達(dá)相比，其優(yōu)勢也不是那么明顯?！?/p>

目前的局面就是，激光雷達(dá)和4D毫米波雷達(dá)各自發(fā)展，還無法深度攻入對方的領(lǐng)域。激光雷達(dá)已引發(fā)了車企之間的一輪軍備競賽。而4D毫米波雷達(dá)市場，還存在測試標(biāo)準(zhǔn)、政策層面等問題，大多數(shù)主機廠似乎仍持觀望態(tài)度，說實話還欠點火候。

實際上，激光雷達(dá)對于車企來說，反而會更好上手。

說起激光雷達(dá)（Lidar），作為一種利用激光進(jìn)行測距、測形和其他相關(guān)測量的技術(shù)，其發(fā)展歷程可以追溯到20世紀(jì)初期，1917年愛因斯坦提出了受激輻射理論，提供了理論基礎(chǔ)。

激光雷達(dá)真正的快速發(fā)展，始于1960年代。而激光雷達(dá)上車，則是從21世紀(jì)初開始，隨ADAS滲透率提升迎來快速發(fā)展。

激光雷達(dá)最先用于地圖測繪領(lǐng)域，但高精度要求使得激光雷達(dá)成本居高不下。比如，百度自動駕駛汽車采用的Velodyne機械式激光雷達(dá)價格曾高達(dá)70萬元/臺（64線，8萬美元）。

隨著Velodyne將激光雷達(dá)用到DARPA無人駕駛汽車挑戰(zhàn)賽，首次將激光雷達(dá)帶入了自動駕駛領(lǐng)域。其后，隨著ADAS等下游應(yīng)用的發(fā)展，激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)不斷增多，成本也開始下降。

實際上，相比10多年前的一個典型32線激光雷達(dá)，現(xiàn)在的旗艦產(chǎn)品提升到了512線，提高16倍，點云密度提升80倍，價格卻已經(jīng)不到當(dāng)時的1/100。隨著激光雷達(dá)覆蓋更多車型，“門檻”逐漸下探至20萬元以下車型，激光雷達(dá)也不再是頂配車型的“特權(quán)”。

所以，在新能源汽車滲透率高歌猛進(jìn)的當(dāng)下，激光雷達(dá)的裝機量也在快速突破。同時，發(fā)展方向也從機械式激光雷達(dá)轉(zhuǎn)向了固態(tài)激光雷達(dá)。經(jīng)過多年的發(fā)展，固態(tài)激光雷達(dá)的基本框架已經(jīng)比較清晰。目前主流有三種方案：基于相控陣、Flash、MEMS。

比較起來，基于MEMS的激光雷達(dá)，技術(shù)上更容易實現(xiàn)，價格也比較低廉，因此被主機廠看好。當(dāng)然，也有業(yè)內(nèi)人士也認(rèn)為，TOF（Time of Flight）與FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave）的分類，要遠(yuǎn)比“機械旋轉(zhuǎn)、MEMS、轉(zhuǎn)鏡、棱鏡、Flash”這樣的分類重要得多。

另外，激光雷達(dá)主要是基于兩個波長之一的傳感器，分別是905納米和1550納米。技術(shù)上，905nm的激光脈沖能量要求小于150nJ，就屬于Class 1等級的人眼安全激光器了。華為用的是1550納米波長，畢竟測距遠(yuǎn)，而且對眼睛的安全性比905納米高40倍。

而國內(nèi)的禾賽科技選擇了905nm路線。這里面有它自己的考量，雖說激光能量會有損失。在去年發(fā)布ET25測距達(dá)到250米之后，終結(jié)了“905nm測距不行”這個話題。

最后說下，禾賽科技CEO李一帆認(rèn)為，2024年必然是激光雷達(dá)“跨越鴻溝之年”。（參見我的文章《激光雷達(dá)戰(zhàn)局，被AEB之爭改變》）不過，就像他說的，能夠預(yù)測未來，是每個人都希望具備的“超能力”。實際上，還是需要依靠創(chuàng)新、產(chǎn)品設(shè)計迭代來找到一條持續(xù)服務(wù)行業(yè)的路。

而在不斷創(chuàng)新的進(jìn)化下，無論是4D毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)，都在快速而潛移默化地改變著市場格局。

作者丨王小西

責(zé)編丨北? ?岸

編輯丨王? ?越