相較于激光雷達、攝像頭等傳感器，毫米波雷達由于具備全天候全天時的探測能力，即使在雨雪、塵霧等惡劣環(huán)境條件下依舊可以正常工作，再加上通過直接測量距離和速度，更容易實現(xiàn)對目標運動狀態(tài)的檢測，正逐漸在越來越多的新車上搭載。

以77 GHz毫米波雷達為例，據(jù)高工智能汽車研究院統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，今年上半年國內(nèi)新車累計搭載前向77GHz毫米波雷達201.65萬顆，相較于2019年同期增長29.36%。下半年隨著搭載ADAS功能的新車陸續(xù)上市，預(yù)計今年全年前向77GHz毫米波雷達搭載量同比增速將維持30-40%。

盡管如此，相較于整個汽車市場來說，毫米波雷達的裝配率仍然處于低位，如何進一步推動這項技術(shù)在汽車領(lǐng)域的普及是亟待解決的問題。對此，蓋世汽車于日前采訪了加特蘭微電子CEO陳嘉澍博士。加特蘭微電子于2017年率先推出了全球首顆77GHz CMOS工藝毫米波雷達芯片并實現(xiàn)量產(chǎn)，帶動了產(chǎn)業(yè)鏈的重大變革。陳嘉澍指出，要想讓毫米波雷達成為各級別車型都用得上的技術(shù)，還需要在性能、成本等多方面進一步突破，這里面毫米波雷達芯片將起到十分關(guān)鍵的作用。特別是基于CMOS工藝的毫米波雷達芯片，由于可以幫助毫米波雷達同時實現(xiàn)高性能、易開發(fā)、小型化、經(jīng)濟性等多重優(yōu)勢，正逐漸成為越來越多整車廠和零部件供應(yīng)商的選擇。

讓毫米波雷達真正普及，小型化和經(jīng)濟性是關(guān)鍵

毫米波雷達在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用早已有之。不過早期毫米波雷達里的核心芯片所采用的工藝主要是GaAs、SiGe等化合物半導(dǎo)體，其中基于GaAs工藝的毫米波雷達芯片前端大都是分立式的，即發(fā)射器、接收器和處理組件均為獨立單元，這使得雷達的設(shè)計過程十分復(fù)雜，產(chǎn)品體積也往往較大。

不僅如此，因上述原材料價格昂貴，導(dǎo)致毫米波雷達整體價格也相對較高，特別是77GHz毫米波雷達。所以在過去相當長的一段時間里，毫米波雷達主要是歐美高端車型的專屬。

憑借多年研發(fā)毫米波集成電路的經(jīng)驗，陳嘉澍認為毫米波雷達在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用前景絕不止于此，特別是在未來的輔助駕駛上將大有可為——只要這個傳感器足夠小，足夠經(jīng)濟。彼時是2014年，用他自己的話形容，就是“那個時候自動和輔助駕駛也并沒有現(xiàn)在這么火，無論是整車廠還是一級供應(yīng)商，在這些方面沒有特別明顯的戰(zhàn)略方向” 。但他還是決定一試，以推動傳感器真正普及。

陳嘉澍的想法是，采用完全不同的CMOS工藝取代價格相對較昂貴的化合物半導(dǎo)體工藝，從而降低毫米波雷達的價格?！癈MOS工藝在消費電子產(chǎn)品領(lǐng)域已經(jīng)有了很成熟的應(yīng)用，例如手機里的WiFi、藍牙以及電腦中的處理器，都是用CMOS工藝實現(xiàn)的。相較于化合物半導(dǎo)體，這項技術(shù)具備更大體量的經(jīng)濟規(guī)模，如果毫米波雷達芯片也能夠享受這種CMOS工藝所能帶來的規(guī)?；б妫瑑r格是可以大幅下降的。”陳嘉澍表示。

為此，加特蘭特別推出了AiP（封裝集成片上天線），通過在芯片封裝內(nèi)部集成天線陣列，減少客戶天線設(shè)計和高頻板材投入，并大幅縮短模塊研發(fā)和生產(chǎn)周期，加速毫米波雷達在汽車和行業(yè)市場的普及。

“客戶拿到這款產(chǎn)品之后，連天線都不用設(shè)計了。因為雷達里面除了電子部分，設(shè)計難度和成本比較高、良率控制比較復(fù)雜的就數(shù)天線了，我們推出了這款產(chǎn)品相當于大大降低了客戶的開發(fā)難度?！?陳嘉澍表示?！扒矣捎趯⑻炀€集成在芯片封裝上，在易用性和降低雷達模塊的體積方面，又有了進一步的提升?！?/p>

雖然相較于傳統(tǒng)的化合物半導(dǎo)體，CMOS工藝無論是在經(jīng)濟性還是集成度、可擴展性等方面都具有明顯的優(yōu)勢，但是要基于這項技術(shù)研發(fā)真正符合車規(guī)級需求的毫米波雷達產(chǎn)品，并不容易。

陳嘉澍指出“汽車領(lǐng)域的企業(yè)來做，最大的挑戰(zhàn)在于怎么用CMOS工藝實現(xiàn)77GHz這樣高頻的電路，并且保證噪聲在可控范圍內(nèi)?！贝饲熬褪且驗槲茨軐崿F(xiàn)技術(shù)上的突破，所以在77GHz毫米波雷達的普及方面，行業(yè)遲遲未有大的進展。

“尤其是要符合汽車開發(fā)的要求，比如芯片的工作溫度范圍要能夠覆蓋-40℃~125℃，而且要保證在汽車的整個生命周期內(nèi)，芯片都能夠在這么寬的溫度范圍內(nèi)正常工作，整體的可靠性要求是非常高的?！绷硗猓δ馨踩彩呛苤匾囊环矫?。功能安全最重要的作用是確保任一隨機故障、系統(tǒng)故障或共因失效，都不會導(dǎo)致安全系統(tǒng)的故障，避免造成人員的傷害或死亡、環(huán)境的破壞、設(shè)備財產(chǎn)損失等。

為更好地滿足車企的高安全需求，加特蘭一直將產(chǎn)品功能安全管理及認證工作放在首位，以確保產(chǎn)品的可靠性和安全性。今年3月，加特蘭已經(jīng)順利通過了德國萊茵TüV的ISO 26262功能安全流程管理認證，可支持到ASIL D等級芯片開發(fā)。據(jù)悉，加特蘭是目前國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)唯二獲得該認證證書的芯片設(shè)計公司。陳嘉澍表示后續(xù)加特蘭將繼續(xù)加大投入，強化產(chǎn)品的功能安全。

從Transceiver、SoC到AiP的解決方案，多方面助力毫米波雷達量產(chǎn)

第一代產(chǎn)品Yosemite從研發(fā)到量產(chǎn)，加特蘭花了3年的時間?！八闶且粋€小小的里程碑，我們2017年推出第一代CMOS芯片的時候，也是全球首個汽車級CMOS工藝77GHz毫米波雷達射頻前端芯片?！?陳嘉澍說道。

在第一代產(chǎn)品里，加特蘭將毫米波射頻收發(fā)芯片用單顆CMOS芯片實現(xiàn)了，而在此之前，按業(yè)界的慣常做法需要用多顆化合物半導(dǎo)體才能達到同樣的效果，如此一來體積也小了，毫米波雷達的價格自然就降下來了。該產(chǎn)品于2018年正式開始在奇瑞、上汽等品牌相關(guān)車型上搭載，用于盲點監(jiān)測、變道輔助、前方碰撞預(yù)警等。

緊接著，加特蘭又于2019年推出了第二代產(chǎn)品Alps。與Yosemite相比，Alps將毫米波雷達里面的模擬、數(shù)字和雷達算法等用單芯片實現(xiàn)了，相比第一代集成度更高，且在性能、成本、功耗等方面也到了進一步的改善。特別需要指出的是芯片之間的級聯(lián)，通過這項技術(shù)加特蘭可以實現(xiàn)多款芯片之間的同步信號發(fā)射和數(shù)字處理信號的交互等，從而有效拓展芯片通道數(shù)量，優(yōu)化產(chǎn)品性能，這也是加特蘭獨創(chuàng)的技術(shù)。

固化在芯片內(nèi)部的雷達基帶處理引擎，是加特蘭區(qū)別于競爭對手的一個很重要的優(yōu)勢。這樣客戶只需通過寄存器的配置就能快速實現(xiàn)雷達系統(tǒng)的開發(fā)?！斑@樣做的好處是，第一、加快產(chǎn)品上市速度；第二、降低客戶的資源投入；第三、降低整個系統(tǒng)的開發(fā)成本?！?/p>

以Alps為例，傳統(tǒng)的芯片產(chǎn)品從研發(fā)到應(yīng)用于量產(chǎn)車，大約需要4~5年的時間，但基于加特蘭的技術(shù)和解決方案，3年左右的時間就“上車”了，極大地縮短了毫米波雷達的量產(chǎn)進程，甚至整車的上市周期也會隨之縮短。正因為如此，雖然目前Alps還在小批量生產(chǎn)階段，采用這款芯片進行毫米波雷達研發(fā)的企業(yè)卻越來越多了。

通過產(chǎn)品的推陳出新和快速迭代，加特蘭實際上打破了外資芯片巨頭在車載毫米波雷達領(lǐng)域的長期壟斷，此前由于缺乏核心技術(shù)，國內(nèi)毫米波雷達包括相關(guān)芯片領(lǐng)域，一直由外資零部件巨頭牢牢占據(jù)著主導(dǎo)地位。陳嘉澍指出，到今年年底加特蘭會做完Alps的車規(guī)、可靠性、功能安全等方面的認證，最快明年初第二代產(chǎn)品就可以“上車”。

除了傳統(tǒng)的汽車雷達應(yīng)用，毫米波雷達也將更多的被應(yīng)用在“車外場景”，比如通過Alps AiP實現(xiàn)輔助泊車，環(huán)車的超短距探測，其中后者在擁堵等復(fù)雜的交通場景中尤為適用，可極大地彌補現(xiàn)有中長距傳感器在近距離感知方面的不足，代替超聲波傳感器等實現(xiàn)相關(guān)的駕駛輔助功能。

“還有車內(nèi)生命體征探測，因為毫米波雷達可以用來監(jiān)測呼吸心跳，現(xiàn)實生活中常有車主將兒童較長時間‘遺忘’在座艙內(nèi)，在夏天這是非常危險的，借助毫米波雷達傳感器可以很好地避免此類事故的發(fā)生。并且因為有了AiP技術(shù)，毫米波雷達可以做得特別小，在車內(nèi)安裝也十分方便，還不會涉及任何隱私問題?！?陳嘉澍表示。由此甚至可以拓展另一項技術(shù)——DMS的功能，通過將毫米波雷達與攝像頭結(jié)合，對駕駛員的呼吸心跳等體征信息進行監(jiān)測，以對潛在危險狀態(tài)及時預(yù)警。可以說，加特蘭的AiP技術(shù)極大地拓展了毫米波的應(yīng)用場景。

迎接自動駕駛商業(yè)化，高精度成像也是剛需

毋庸置疑，憑借CMOS工藝加特蘭不僅極大地降低了毫米波雷達的開發(fā)門檻，使其真正成為了大多數(shù)品牌車型都用得起的一項技術(shù)，也推動了CMOS工藝在毫米波雷達芯片領(lǐng)域的“走熱”，讓這項技術(shù)逐漸成為行業(yè)主流。那么在已有產(chǎn)品相繼市場化之后，更長遠的未來毫米波雷達還將呈現(xiàn)怎樣的發(fā)展趨勢呢？陳嘉澍指出主要有兩個方向：第一、高精度成像；第二、依舊是小型化和經(jīng)濟性。

其中在高精度成像方面，傳統(tǒng)的毫米波雷達雖然可以準確探測目標與雷達之間的距離、方位、速度等信息，但由于無法探測高度信息，所以無法成像，不能準確識別目標的形態(tài)，這也是毫米波雷達相較于攝像頭和激光雷達的短板所在。”但對于L3及以上級別的自動駕駛汽車來說，這類高精度探測需求又十分迫切，如果毫米波雷達也可以實現(xiàn)高精度成像，不僅可以與其他傳感器進行互補，甚至能在一定程度上取代昂貴的激光雷達?！?/p>

據(jù)陳嘉澍透露，目前在該領(lǐng)域加特蘭也將推出的第三代芯片產(chǎn)品就將具備相關(guān)功能。相較于當前產(chǎn)品，第三代產(chǎn)品的內(nèi)部存儲空間更大，射頻、信號處理和CPU的性能會更好。

“至于經(jīng)濟性和小型化方面，雖然現(xiàn)在毫米波雷達已經(jīng)逐漸在新車上搭載，但整體的滲透率其實還很低，特別是二十萬以下的車，至少還有一半沒有搭載，而未來5~10年考慮到ADAS在汽車領(lǐng)域仍將是主流，如何進一步提升毫米波雷達的普及率？成本一定是關(guān)鍵因素?！?陳嘉澍指出?！靶⌒突瘞淼暮锰巹t是安裝方便，并且可以同時在車上安裝多個毫米波雷達?！?/p>

正是基于以上原因，陳嘉澍指出在后續(xù)產(chǎn)品的研發(fā)方面，加特蘭會進一步遵循上述核心技術(shù)方向，不斷強化產(chǎn)品競爭力，將毫米波雷達芯片做到比競爭對手產(chǎn)品更小、更便宜，同時性能更好、功耗更小?！霸诳梢灶A(yù)見的未來，低造價、小型化、低功耗的毫米波雷達的市場會長期存在?！?/p>

為實現(xiàn)這一點，加特蘭也在持續(xù)不斷地擴充團隊規(guī)模，強化整體研發(fā)實力。毫米波雷達作為汽車領(lǐng)域一個相對較前沿的應(yīng)用，在專業(yè)人才的發(fā)掘和培養(yǎng)依然是比較大的挑戰(zhàn)?！坝捎谖覀兊闹R跨度比較大，研發(fā)人員的構(gòu)成很多樣，公司成立最初的幾年里，國內(nèi)各個方向上的專家都很稀缺，我們的團隊也是在不斷地摸索和學(xué)習的過程中逐步成長起來?！?陳嘉澍表示。因為對于創(chuàng)新型企業(yè)來說，只有團隊越發(fā)專業(yè)成熟，有好的且持續(xù)的交付能力，這才是公司賴以生存的根本。

不過陳嘉澍同時強調(diào)，要想真正推動ADAS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，還需要更多的企業(yè)和上下游的伙伴參與其中，讓產(chǎn)品更好更快地落地。從最初的十幾家到現(xiàn)在兩百多家合作伙伴，加特蘭的發(fā)展也映射出整個行業(yè)投入的力度加大，好的芯片設(shè)計也將帶動產(chǎn)品競爭力的提升和產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。正如陳嘉澍所說，良性的競爭環(huán)境、車企客戶的快速導(dǎo)入、ADAS的普及等因素，最終會相互促進，從而更好地助力汽車產(chǎn)業(yè)加速邁向智能化時代。

關(guān)于《Discovery 發(fā)現(xiàn)》欄目

《Discovery 發(fā)現(xiàn)》作為蓋世汽車繼“C Talk”之后推出的又一重磅欄目，主要是搜索全球優(yōu)秀企業(yè)與初創(chuàng)企業(yè)，對具備新趨勢、行業(yè)關(guān)注度高、有創(chuàng)新理念且對未來有重大影響的前瞻技術(shù)或公司做深度介紹與解讀，以技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動產(chǎn)業(yè)未來 。
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