文|半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫
近日，汽車毫米波雷達(dá)芯片廠商們正在提供成本更低的 77GHz毫米波雷達(dá)，以加速毫米波雷達(dá)從 24GHz 到 77GHz 的過渡。此前由于規(guī)格差距較大，商場上77GHz 雷達(dá)芯片的價(jià)格至少是 24GHz 的兩倍。
77GHz產(chǎn)品的降價(jià)反映了產(chǎn)品正在更新?lián)Q代的趨勢，毫米波芯片的市場格局如何？77GHz毫米波雷達(dá)的下一個(gè)接班人會(huì)是誰？
01 降價(jià)背后是換代
加速77GHz產(chǎn)品普及，是車載雷達(dá)系統(tǒng)的升級(jí)。自動(dòng)駕駛技術(shù)快速發(fā)展，對汽車?yán)走_(dá)在分辨率、探測精度和可靠性等方面提出了更高要求，現(xiàn)有的24GHz頻段的頻率規(guī)劃難以滿足汽車?yán)走_(dá)的技術(shù)發(fā)展需求，迫切需要為其規(guī)劃更大帶寬的使用頻率。2015年世界無線電通信大會(huì)（WRC-15）作出相關(guān)決議，將76-81GHz頻段劃分為汽車?yán)走_(dá)全球協(xié)調(diào)一致的使用頻段。2019年世界無線電通信大會(huì)（WRC-19）將24.25-27.5GHz頻段劃分為全球協(xié)調(diào)一致的5G毫米波使用頻率，世界部分國家已逐步引導(dǎo)汽車?yán)走_(dá)的使用頻段向更高的77GHz頻段遷移。
隨著全球移動(dòng)通信應(yīng)用繼續(xù)消耗“較低”頻率的頻譜，車載雷達(dá)系統(tǒng)的頻率開始向具有更短的波長的77和79 GHz毫米波頻譜過渡，日本已不再使用24GHz超寬帶車載雷達(dá)技術(shù)。根據(jù)各地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)組織ETSI和FCC分別設(shè)定的時(shí)間表，它將在歐洲和美國逐步被淘汰，并被更高頻率的窄帶77GHz和超寬帶79GHz車載雷達(dá)系統(tǒng)取代。
我國市場來看，工信部發(fā)文自2022年3月1日起，不再受理和審批24.25-26.65GHz頻段汽車?yán)走_(dá)的無線電發(fā)射設(shè)備型號(hào)核準(zhǔn)申請，即不能再生產(chǎn)和進(jìn)口使用該頻段的汽車?yán)走_(dá)。自2024年1月1日起，停止生產(chǎn)或者進(jìn)口在國內(nèi)銷售的24.25-26.65GHz頻段車載雷達(dá)設(shè)備。同時(shí)工信部已經(jīng)授權(quán)車聯(lián)組織產(chǎn)業(yè)單位在安徽省合肥市、遼寧省大連市、江蘇省泰州市、四川省綿陽市開展77-81GHz車用毫米波雷達(dá)研究試驗(yàn)工作。
在這樣的背景下，全球汽車毫米波雷達(dá)公司都開始向77GHz產(chǎn)品轉(zhuǎn)型。從汽車制造商的角度來看，高規(guī)格的 77GHz 前置雷達(dá)搭配現(xiàn)有的攝像頭和特斯拉的軟件集成能力，其感知能力應(yīng)該優(yōu)于全視覺方式。
此前，特斯拉宣稱其自動(dòng)駕駛級(jí)別可以達(dá)到L4，特斯拉沒有在其車輛中加入毫米波雷達(dá)，而是使用全視覺傳感解決方案。然而，特斯拉的L2+全視覺方式卻飽受質(zhì)疑，并未被全球供應(yīng)鏈廣泛采用。由于主流前置雷達(dá)的供應(yīng)短缺，該方案的成本對于特斯拉來說仍然居高不下。2022 Q4特斯拉被傳言將在其車輛中重新引入毫米波雷達(dá)。特斯拉回歸雷達(dá)，進(jìn)一步強(qiáng)化了車載毫米波雷達(dá)的剛性需求趨勢，將為毫米波雷達(dá)市場帶來新的機(jī)遇。
除了特斯拉，國內(nèi)市場也是一個(gè)值得關(guān)注的觀察點(diǎn)。消息表明，一些汽車制造商出于對 LiDAR 穩(wěn)定性的擔(dān)憂，更喜歡在其新車型中使用毫米波雷達(dá)。不過，中國激光雷達(dá)的成本在不斷下降，技術(shù)也在不斷進(jìn)步。因此，中國雷達(dá)和激光雷達(dá)之間的拉鋸戰(zhàn)可能會(huì)在 2023 年進(jìn)入高潮。
02 毫米波雷達(dá)再起風(fēng)云
隨著汽車電子，尤其是ADAS和L2+自動(dòng)駕駛的普及，毫米波雷達(dá)已經(jīng)成為必選的傳感元件。
毫米波雷達(dá)可發(fā)射波長為毫米量級(jí)的信號(hào)。在電磁頻譜中，這種波長被視為短波長，也是該技術(shù)的優(yōu)勢之一，處理毫米波信號(hào)所需的系統(tǒng)組件（如天線）的尺寸很小。短波長的另一項(xiàng)優(yōu)勢是高準(zhǔn)確度。工作頻率為 76–81GHz（對應(yīng)波長約為 4mm）的毫米波系統(tǒng)將能夠檢測小至零點(diǎn)幾毫米的移動(dòng)。
完整的毫米波雷達(dá)系統(tǒng)包括發(fā)送 (TX) 和接收 (RX) 射頻 (RF) 組件，以及時(shí)鐘等模擬組件，還有模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、微控制器 (MCU) 和數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP) 等數(shù)字組件。毫米波雷達(dá)通過振動(dòng)器向外發(fā)波，碰到物體之后反彈，被接收天線接收，在采樣、濾波、轉(zhuǎn)換之后，根據(jù)時(shí)間差計(jì)算前?的距離，同時(shí)通過多普勒效應(yīng)計(jì)算車速；三種探測距離的雷達(dá)各自承擔(dān)著不同的ADAS功能。
關(guān)于一輛車需要配置多少個(gè)毫米波雷達(dá)，目前業(yè)界已經(jīng)部分形成共識(shí)。業(yè)內(nèi)根據(jù)自動(dòng)駕駛不同等級(jí)的主要功能，對毫米波雷達(dá)的配置進(jìn)行了不同劃分，L1級(jí)別需要2SRR+1LRR；L2需要2SRR+1LRR；L3需要4SRR+1LRR；L4需要6SRR+1LRR；L5需要6SRR+2LRR。英偉達(dá)在2021年11月率先發(fā)布DRIVE Hyperion 8參考設(shè)計(jì)平臺(tái)，可滿足L4級(jí)自動(dòng)駕駛能力要求，在整套參考設(shè)計(jì)平臺(tái)的傳感器套件中僅毫米波雷達(dá)就配置了9個(gè)，包括1個(gè)前向成像雷達(dá)、2個(gè)前向長距雷達(dá)、6個(gè)角雷達(dá)，另外還配置有12個(gè)攝像頭、1個(gè)激光雷達(dá)，做到充分的感知冗余。
在全球毫米波雷達(dá)市場上，占主導(dǎo)地位的是德國、美國、日本等國家。關(guān)鍵的毫米波核心芯片幾乎被德州儀器、英飛凌、NXP、ADI、ST、富士通、安森美、瑞薩等國際半導(dǎo)體公司所壟斷。
2022年瑞薩電子宣布正式進(jìn)軍車用毫米波雷達(dá)市場，首發(fā)推出4發(fā)4收、76-81GHz的單片微波集成電路(MMIC)。英飛凌在2022年發(fā)布了基于28納米CMOS技術(shù)的76-81GHz雷達(dá)MMIC系列，產(chǎn)品進(jìn)一步提高了系統(tǒng)級(jí)性能與集成度。2022年德州儀器推出新一代毫米波雷達(dá)單芯片SoC方案AWR2944，可以用單SoC方案解決以前用三個(gè)子系統(tǒng)組成的毫米波雷達(dá)傳感器。
正向研發(fā)一款車規(guī)級(jí)毫米波雷達(dá)至少得花費(fèi)近5年的時(shí)間，其中包括開展大量的工程測試，進(jìn)行數(shù)次非量產(chǎn)迭代，以持續(xù)提升毫米波雷達(dá)的安全型、可靠性和一致性。對于處于追趕狀態(tài)的國內(nèi)毫米波雷達(dá)廠商具備一定的挑戰(zhàn)，好在國內(nèi)的芯片供應(yīng)商也開始有了一定的積累，如CMOS供應(yīng)商中國電科、加特蘭、岸達(dá)科技等；國內(nèi)也有涉及SoC芯片的廠商如問智微電子、晟德微、矽杰微等。
今年國內(nèi)毫米波雷達(dá)企業(yè)也有突破。矽杰微電子有限公司宣布完成新一輪增資，由陽光融匯資本獨(dú)家投資。矽杰微電子成立于2016年，是一家毫米波雷達(dá)芯片及技術(shù)開發(fā)商，本輪募集資金將用于加快矽杰微電子在毫米波雷達(dá)傳感器在消費(fèi)領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、以及汽車領(lǐng)域中應(yīng)用落地。納瓦電子前向77GHz毫米波雷達(dá)NOVA77GF-B Plus獲國內(nèi)新能源頭部車企定點(diǎn)，并于12月完成定點(diǎn)公告。納瓦電子毫米波雷達(dá)產(chǎn)品已在乘用車、新能源重卡、皮卡、SUV等國內(nèi)外主流車型的量產(chǎn)全覆蓋，并進(jìn)入大規(guī)模出貨階段。
03 毫米波雷達(dá)的下一次變革
毫米波雷達(dá)未來總體向著更?的頻段、更加芯片集成化以及4D毫米波雷達(dá)方向發(fā)展，同時(shí)，多傳感器融合與冗余設(shè)計(jì)將成為未來的主流趨勢。4D毫米波雷達(dá)增大了天線陣列，除了能增加高度信息外，還能提供更為豐富的點(diǎn)云信息，當(dāng)點(diǎn)云信息足夠豐富時(shí)，可以借鑒激光雷達(dá)的信號(hào)處理方式，采用類似于Voxelnet、CenterPoint、PointPillar等3D或2D網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行特征提取和識(shí)別。
4D毫米波雷達(dá)具備高度探測、更高的點(diǎn)云質(zhì)量密度和探測距離更遠(yuǎn)以及對靜態(tài)障礙物進(jìn)行目標(biāo)分類等優(yōu)勢，正成為行業(yè)下一代毫米波雷達(dá)的重點(diǎn)發(fā)展方向。4D毫米波雷達(dá)技術(shù)突破了傳統(tǒng)車載雷達(dá)的局限性，可以以很高的分辨率同時(shí)探測目標(biāo)的距離、速度、水平方位和俯仰方位。4D毫米波雷達(dá)技術(shù)最遠(yuǎn)探測距離大幅可達(dá)300多米，比激光雷達(dá)和視覺傳感器都要遠(yuǎn)。4D毫米波雷達(dá)系統(tǒng)水平角度分辨率較高，通?？梢赃_(dá)到1°的角度分辨率，可以區(qū)分 300m 處的兩輛近車。4D毫米波雷達(dá)系統(tǒng)可以測量俯仰角度，可達(dá)到優(yōu)于2°的角度分辨率，可在 150m 處區(qū)分地物和立交橋。當(dāng)有橫穿車輛和行人, 多普勒為零或很低時(shí)通過高精度的水平角和高精度的俯仰角4D毫米波雷達(dá)技術(shù)可以有效識(shí)別目標(biāo)。4D毫米波雷達(dá)技術(shù)目標(biāo)點(diǎn)云更密集，信息更豐富，更適合與深度學(xué)習(xí)框架結(jié)合。
毫米波雷達(dá)仍處于迅速發(fā)展的階段，不僅4D毫米波可能成為下一次變革，毫米波雷達(dá)也有可能向更高頻率發(fā)展。2月7日，“中國芯”新一代高頻高性能超距毫米波雷達(dá)新技術(shù)新成果發(fā)布會(huì)在北京舉行。河北交通投資集團(tuán)有限公司、北京理工大學(xué)、中國公路學(xué)會(huì)科技成果轉(zhuǎn)化中心聯(lián)合發(fā)布了一款國產(chǎn)94GHz毫米波雷達(dá)芯片，其探測縱向距離達(dá)1200米以上，橫向覆蓋范圍達(dá)50米，精度高、抗干擾能力強(qiáng)，能有效解決傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)遠(yuǎn)距探測能力不足的問題。
國信證券預(yù)計(jì)到2025 年全球毫米波雷達(dá)市場規(guī)模將達(dá)到384 億元，復(fù)合增長率為25.5%，全球毫米波雷達(dá)搭載量將達(dá)到1.1 億顆，復(fù)合增長率為23.7%。在中國市場方面，預(yù)計(jì)到2025 年，中國毫米波雷達(dá)市場規(guī)模將達(dá)到149 億元，中國毫米波雷達(dá)搭載量將達(dá)到4250 萬顆。這樣龐大的市場，等待著中國廠商的追逐。