要想实现无限接近L3的L2+自动驾驶,更强的ADAS感知水平是必不可少的。在这其中,摄像头的重要性不待多言,激光雷达则不一定是必选项,但更先进的毫米波雷达一定是刚需。
摄像头可以识别物体、图案和颜色等信息,激光雷达对目标的距离感知更精准,但这两种传感器受雨、雪、雾等恶劣气候条件的影响较大,自动驾驶系统须通过稳定性高、抗干扰能力强的毫米波雷达来提供冗余。
“自动驾驶系统的搭载率持续上升,得益于此,毫米波雷达市场也呈现强劲的增长趋势。”恩智浦半导体执行副总裁兼射频处理业务部总经理Torsten Lehmann在媒体沟通会上介绍道。在毫米波雷达芯片领域,恩智浦拥有非常完整的产品线,能够向客户提供可扩展的系统解决方案。
市场蓬勃发展
到2023年,全球40%到50%的车辆会具备L2+到L3级的自动驾驶能力,这无疑给毫米波雷达的应用带来广阔的市场空间。
市场调研机构Yole最新的报告显示,2022年车载毫米波雷达的市场规模是18亿美元,预计到2030将快速增长至30亿美元。
恩智浦认为,今后不仅越来越多的车辆将搭载毫米波雷达,并且每辆车的搭载毫米波雷达的数量也将攀升。不仅包括最基础的前向雷达,还涵盖更多提供360度感知能力的角雷达。2024年,单车搭载雷达的平均数量将是两颗,而在不远的未来,单车平均搭载数量将达到5颗。
当然,除了市场需求推动之外,法规的作用也是不容忽视的。比如NCAP更多对AEB自动紧急刹车、行人监测等安全因素纳入考量,为达到安全标准,车企将进一步关注毫米波雷达的性能提升。波段是毫米波雷达最直观的性能指标之一,目前24 GHZ雷达正在快速地被77 GHZ雷达取代,未来市场的增量也将来自于这部分。
单芯片方案将占据主流
在角雷达领域,恩智浦预计,2025年之后单芯片的方案将占据主流。行业的趋势是将所有的射频和工艺都在一颗芯片中集成。
如何在一颗指尖大小的芯片上实现复杂功能的整合?恩智浦在今年年初的CES展上发布的SAF85xx 单芯片系列是极具代表性的产品。与上一代一代产品相比,SAF85xx 的 RF 性能翻倍,信号处理速度提高 40%,可为角雷达和前向雷达提供 4D 传感功能,适用于如自动紧急制动、自适应巡航控制、盲点监测、横向交通警告和自动泊车等自动驾驶功能。
恩智浦的单芯片方案采取28nm工艺,配备4个发射天线和4个接收天线,一个带硬件加速的多核雷达处理器以及千兆以太网接口和存储器。
通过单芯片,恩智浦实现提高雷达分辨率,以及对物品的区分能力,并且拓展了毫米波雷达的探测距离,使其能够更出色地区分不同的物体。
谈及单芯片带来的技术难点时,Torsten Lehmann表示,关于单芯片的射频集成,要实现77GHz的波段是一大挑战,因为要在单芯片中布置天线,必须控制干扰,芯片中的模拟前端要保证高性能,在实现高性能的同时,其敏感性也非常高,处理器的噪声则是另一项要克服的因素。
毫米波雷达的发展已经经过7代产品,对于输出、噪声、探测距离和发射器、接收器的数量的市场需求其实一直处于不断变化中。恩智浦的对策是将处理器和MMIC分开,来满足市场对成熟度和稳定性的要求。
至于为何选择28nm,恩智浦认为,28nm无论在性能、工艺还是集成度方面都是最优的选择。对RFCMOS单芯片系统而言,28nm已经非常领先了。事实上,市场上还有不少40nm和45nm的方案,采取使用锗硅的MMIC芯片等上一代的制程工艺。综合考虑,28nm是目前兼具性能和性价比的最佳方案。
4D成像雷达加速商业化
传统的毫米波雷达测高能力不足,对于路边微小的目标或者路面静态目标的识别存在一定的局限性。而4D毫米波成像雷达之所以近年备受关注就是由于其增加了俯仰角度的信息感知能力,实现对纵向目标的高分辨率识别,使得毫米波雷达的感知性能接近激光雷达。
“恩智浦的4D雷达技术可以非常精准地实现4D维度对环境的映射,从而实现接近于激光雷达的分辨率。同时对周边的环境形成一个点云的阵图,感知能力更强。”Torsten Lehmann介绍道,恩智浦4D雷达技术的探测距离可以达到300米,角分辨率小于1°,俯仰分辨率为0.5°,帧率为20FPS。
恩智浦将雷达处理器和收发器芯片组相结合,通过高性能射频技术提供高效的雷达处理,从而为L2或更高级别自动驾驶提供更高的感知性能。日前,恩智浦官宣与蔚来将在4D成像雷达领域展开合作。
在4D成像雷达的合作中,除了能提供硬件产品,恩智浦也在软件方面赋能合作伙伴。恩智浦通过在Premium Radar SDK开发、软件工具包以及相应的其他软件和算法的支持,帮助客户在雷达的探测距离、分辨率等方面取得满意的效果。
制约4D成像雷达商业化的因素中,成本一定是首当其冲的。恩智浦认为,低端市场是由成本驱动的,高端市场则由性能驱动。高端的4D成像雷达的未来前景是非常光明的。恩智浦致力于降低成本,通过在设计和封装技术两方面不断创新,使单芯片方案不仅在性能上得到了大幅增强,还可实现传感器达到更低的功耗、更小的体积。此外,在天线架构的设计,原材料的选择等方面,恩智浦也能进一步优化成本。
4D成像雷达在中国市场的应用潜力相当广阔,恩智浦的竞争力还体现在其强大的本土团队,能够快速响应本土的需求。此外,恩智浦早在多年以前就投资了本土雷达企业南京隼眼科技,隼眼科技拥有完整的雷达传感器设计能力,为Tier 1和OEM提供亟需的设计层面的帮助。
写在最后
在单芯片方案和4D成像雷达两方面,恩智浦的产品线极为丰富,并且通过在性能、工艺、软件等方面的优化继续保持领先的市场地位,随着L2+及以上自动驾驶系统的渗透率不断攀升,新一代毫米波雷达的需求将愈发旺盛,恩智浦也将为行业带来更多先进的解决方案。
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