透过三家雷达供应商，解读恩智浦的毫米波成像雷达方案

恩智浦日前召开了一场很有趣的汽车77GHz毫米波产品线沟通会，其中一半内容都是由合作伙伴来介绍自己的方案，分别是南京隼眼、华域汽车以及为升科科技（CubTek）。而恩智浦参加的人员则包括恩智浦全球资深副总裁，大中华区主席李廷伟博士，恩智浦全球副总裁，ADAS产品线总经理Steffen Spannagel以及恩智浦全球市场与销售副总裁，大中华区汽车电子总经理刘芳，这也足见恩智浦从产品到市场，从总部到中国，从全面支持到生态构建，全方位对于毫米波雷达的重视。

正如李廷伟博士在开场白所说：“一方面L2+级别的乘用车自动驾驶规模量产不断猛增，并逐步向L3级过渡，另一方面高级自动驾驶的商业化应用也正在干线物流、港口、矿山等特定场合逐步展开。在自动驾驶多点开花的背后，作为感知层的重要组成——车载雷达，也从幕后站到了聚光灯下，成为备受关注的热点。”

始终坚持产业链共赢

恩智浦2020年选择行业老将李廷伟博士作为恩智浦大中华区主席，全面负责恩智浦中国的各项事务以及大中华区的相关对外事务等，正是看中其在行业内的丰富的产业合作经验。李廷伟博士曾在接受专访时表示：“合作共赢将是恩智浦的主基调，恩智浦与中国企业的合作主要兵分三路进行，包括加强深度、拓宽广度和协同创新。”

在此次发布会中，恩智浦与合作伙伴共同演示最新的雷达技术与产品，正是李廷伟博士“赋能更多前沿应用在中国落地”的实证。

恩智浦对于合作伙伴的共赢，是印在骨子里的。比如恩智浦在2019年就参与投资了南京隼眼，同年，时任恩智浦董事总经理的Kurt Sievers访华，并曾表示：“我个人对于恩智浦的愿景是希望我们公司在中国能够更加的中国化，更加的本土化，我相信通过和中国公司的紧密合作以及对于中国公司的投资，最终恩智浦可以变得越来越中国化。”

而借此沟通会之际，刘芳则仔细梳理了恩智浦选择合作伙伴的具体原则与方法论。首先是挑选具有领先技术及商业能力的企业，之后再根据产品的不同阶段、性质和定位去开拓各个领域的合作伙伴。

具体而言，针对新兴产品或领域，恩智浦首先会专注地寻找能补足产业链上痛点和缺口的合作伙伴，着重考核几方面的优势，包括：系统软件、设计模组、工艺能力、安全设计等。“恩智浦希望借助于合作伙伴的力量，实现长期的发展和共赢。我们并不热衷于追逐热点和明星企业的光环去获得市场高关注度，而是更看重具有技术能力、创新性，同时在商业上具备基础的合作伙伴，从而共同导入新产品，并展开深入地协作。”刘芳表示。目前，恩智浦与中国众多头部行业领军公司已经合作了超过15年之久。

继而，当产品进入发展期时，恩智浦则会加大范围和大规模开拓合作伙伴的产业池。会联合代理商及分销商，服务不同规模，不同类型的客户。刘芳说道：“恩智浦会跟新产品导入的合作伙伴一起，将成熟的应用作为参考设计，为技术设计服务、为商业模式配套。共同培养基础能力，一起给产业链输送新的市场方案、技术方案、推广方案，从而推动整个产业链发展。”

最终，当产品进入成熟期，恩智浦会完全开放技术能力平台，客户则可根据恩智浦开放的基础技术做更加多的创新性开发，从而脱颖而出。刘芳表示：“恩智浦完全开放地提供基础技术能力，通过培训、线上和线下交流，以及前期合作伙伴的导入，提升大范围产业群体的技术能力，与合作伙伴一道，将市场迅速培养和扶植起来。”

不只是中国，恩智浦在全球范围内，也一直积极投入生态系统的建设中。比如恩智浦在其自动驾驶与雷达培训学院专题页面中，专门展示了其与Smartmicro合作开发的77-81GHz成像雷达。

恩智浦的雷达培训页面资料汇总

“对于OEM，恩智浦是值得信赖的顾问，目前全球前二十大供应商都采用了恩智浦的相关技术。”Spannagel说道，“对于Tier 1，恩智浦是首选供应商，可在应用级别进行深度合作与支持。而对于生态系统企业而言，恩智浦是优秀的技术合作伙伴。”

4D成像雷达的机会与机遇

目前，按照恩智浦的三个环节定义下，雷达技术已经经过二十年的发展，完全进入了成熟期，然而4D成像雷达尚处于从新兴领域过渡到快速发展期之间。正如Yole Développement在最新的《2022 年汽车雷达报告》中指出：“在芯片层面，恩智浦和英飞凌占据了大部分市场份额。尽管雷达市场已经成熟多年，但 Yole 的分析师看到了市场涌现出许多新玩家并获得了设计胜利，无论是在系统层面的包括麦格纳、摩比斯、威孚等，以及芯片层面的Arbe、Uhnder、和Vayyar等公司都在积极布局这一市场。此外，包括华为、高通、英特尔等大型科技公司也在积极投资这一领域。这给领先的Tier 1和半导体芯片商带来了巨大压力，他们需要比通常的时间周期更快地进行创新。因此，领先企业正在寻求协同效应，要么进行整合，要么转向垂直整合。”

为升科科技股份有限公司CTO蔡青翰解释道，4D成像雷达的四个维度分别为：Range（距离）、Velocity （速度）、Azimuth （水平角度）和Elevation （俯仰角度），借助4D成像雷达，汽车的感知系统得以飞跃式提升。

如图所示，相较于传统雷达，4D雷达增加了高度的辨识，同时距离更远，精度更高。

恩智浦则正在通过积极的协同合作，以便抓住雷达的这次转型机遇。实际上，此次出席沟通会的三家公司，都与恩智浦有着深远的合作关系，并且都有着独到的技术。南京隼眼自不必说，当初的合作意向就是为中国汽车市场创造基于恩智浦的参考设计。

而华域汽车在2020年上海车展发布的首款独立自主开发的4D成像毫米波雷达LRR30，也是采用了恩智浦彼时最先进的S32R294雷达处理器。

为升科科技（CubTEK）的4D雷达，更是被恩智浦带到了CES 2022展台上，向国际客户展示最新的基于S32R45 MPU以及第二代RFCMOS MMIC TEF8232 的Demo。

如上图，在CES 2022展会上，恩智浦CTO Lars Reger特别介绍了恩智浦与为升科联合展示的Demo，该Demo由多颗级联TEF82xx雷达射频芯片，并结合S32R45雷达处理器芯片所构建的4D成像雷达方案，可实现360度环绕感知，从而满足L2+级至L5级的自动驾驶需求。该方案最大的亮点在于率先提供了短距、中距、长距三合一的并发多模雷达感测，可实现对汽车周围宽广视场的同时感测。为了达到这个目标，恩智浦与为升科利用创新架构，通过配置低复杂度传感器实现了192个虚拟天线通道，来提高原始传感器硬件的性能。

隼眼科技CTO张慧博士表示，隼眼科技基于恩智浦毫米波雷达芯片做了大量专用设计，包括前向雷达、前角雷达、后角雷达和成像雷达等在内的不同方案，支持了国内外一些合作伙伴Tier 1的客户。

华域汽车系统股份有限公司电子分公司技术中心执行总监石磊也总结了借助恩智浦技术，华域4D雷达所实现的优势——高度探测（这是4D雷达自然多出的一个维度），超高灵敏度及高分辨率。石磊以华域的LRR30 4D成像雷达的实测数据，解读了该技术的优势。

具体而言，4D雷达的通道数更多，因此可以增加高度这一维度。传统的雷达受限于通道数，在垂直维度布置的通道相对有限，易受到道路上地面多径干扰的影响，因此难以探测出高度信息。“在一个融合的驾驶系统里，传统毫米波雷达对于静止障碍物给出的置信度是很低的。”石磊介绍道。“传统雷达会把地面的井盖、减速带、路牌等目标误报为前方障碍物，从而影响传感器的准确融合感知。而成像雷达则可以通过高度数据检测解决这一问题。”

对于高度灵敏的优势，石磊以华域LRR30两片级联的实测数据为例，在完全没有滤波的情况下，可以识别180米远的易拉罐，或者190米远的地方识别出橡胶轮胎。不过石磊也坦言，基于高灵敏度，目前还需要与OEM一起探讨更多的实际价值。

对于高分辨率的优势，成像雷达通过更多的通道数，以及系统架构的先进设计，实现更高的角分辨率，这也是传统雷达的固有弱点之一。石磊同样以实测数据为例，在2度角分辨率的情况下，可以分辨出50米之外相距1.8米的两个人。

“实测表明，4D雷达可同时支持距离维、速度维和角度维三个维度的高分辨率，可以得到停车场的准确轮廓，从而实现基于毫米波和环视的自动泊车和代客泊车系统。”石磊举例道。

蔡青翰也表示，成立于2016年的为升科，从2018至今，营业额年复合增长率超过了50%，目前已经成为中国最大的商用车前向中距离雷达（MRR）供应商，而在角雷达方面，目前公司在大陆和日本共计导入11个车型。目前为升科在全球拥有超过100项专利，涵盖雷达算法，天线以及模组架构等方面。同时，公司还在涉足60GHz生命体征雷达、4D成像雷达以及自动驾驶的系统部分。

蔡青翰以实用性角度解释了4D雷达的必要性，比如在ACC（自适应巡航）过程中，如果要准确分辨出300米之外的两辆车，水平角分辨率一定要达到1度以下，传统雷达或两片级联也无法实现，只能依靠4D雷达。其次，比如在150米的前方有一个6.5米高的红绿灯，如果准确判断出红绿灯是在空中还是在地上，需要达到2度的垂直角分辨率，这也是传统雷达无法实现的。第三则是围绕着传感器融合而言，传统雷达点云密度稀疏，无法做到具体的物体分类。诚然物体分类主要依靠摄像头执行，但如果图像传感器失效的话，4D雷达还可以进行物体分类，从而为整个ADAS和自动驾驶提供足够的系统冗余。第四，是与激光雷达的融合，在恶劣气候环境中，激光雷达的能见度迅速降低，比如在大雨环境中，激光雷达的侦测距离会衰减50%，而成像雷达实测还是可以到达300米。

Steffen Spannagel对此也预言道：“我们认为摄像头和雷达会共存，因为它们的优缺点互补性非常强。而对于激光雷达而言，恩智浦认为成像雷达极大可能降低或取代激光雷达。尽管目前成像雷达还位于发展的早期，但随着性能的大大提升，在理想情况下最终能够取代激光雷达。”

成像雷达市场无限美好

根据Yole的数据显示，全球毫米波雷达市场规模预计将由2019年的205亿美元增长至2025年的280亿美元，年复合增长率为5%。车载毫米波雷达市场规模预计将由2019年的55亿美元增长至2025年的105亿美元，年复合增长率达到11%。

Yole特别指出，成像雷达将推动下一波增长浪潮，到 2027 年达到43亿美元，占整个汽车雷达市场的30%。

而根据Strategy Analysis和恩智浦的预计，未来随着自动驾驶级别的不断前进，对于77GHz雷达数量的需求不断增长，从数量到价值都将不断提高。Spannagel表示，预计到2030年，L2+的汽车销量将占全部汽车销量的43%，L3-L5级别的汽车销量将占4%，也就是说约有一半左右的汽车将采用4D成像雷达技术，这不光给恩智浦，也给其合作伙伴带来了更多的机会。

Spannagel说道，中国汽车半导体市场去年增长了45%，ADAS和雷达市场增长更加强劲，在成像雷达领域，中国的企业甚至都是领先于海外的，也正因此“恩智浦把中国市场看成恩智浦非常关键和重点的雷达市场。”

挑战与机遇并存

伴随着雷达市场的强势增长，一方面对企业带来了更多的动力，然而与此同时，挑战也不断增加。

一个例子是市场细分化对产品可扩展性带来的挑战。“随着雷达市场的强势增长，其细分市场也越来越发达并且有不同的用例，对市场提出了不同的半导体解决方案需求。”Spannagel举例道，“角雷达和前向雷达的需求就是不同的，角雷达领域已经出现了单芯片集成的方案，而对于成像雷达，需要更多的射频通道数以及更多数字处理要求，所以还是会采取芯片组的形式呈现。”目前射频MMIC大多数是45/40nm RFCMOS工艺，而对于数字处理而言，则可以选择更先进的16nm FinFET制程工艺。也正因此，为了兼顾集成度与高性能，恩智浦推出了多种产品灵活组合方案，以便满足不同用户的需求。

如图所示，根据不同应用需求，恩智浦推出了包括TRX82xx、81xx的模拟前端，以及S32R29x、S32R45、S32R41在内的不同性能的MCU，以满足不同应用场景。

射频前端差异具体如上图，TEF82xx相比TEF810x，增加了Expansion I/F级联通道，无需主芯片便可最多实现4个芯片级联，12发/16收。而在其他包括射频收发器、带宽、ADC等指标上，同样有了较大提升，以满足成像雷达的需求。

对于处理器端，恩智浦则通过集成了众多专用及通用硬件加速器IP，以加快雷达的处理性能。更重要的是，恩智浦S32R（R代表Radar）是平台化的产品，可以方便的进行软件的复用与重构。比如已经投入量产的恩智浦S32R45和今年年初推出的S32R41，这两款处理器可满足L2+级至L5级的自动驾驶需求，用于构建4D成像雷达，实现360度环绕感知。

S32R45框图

从S32R45框图可见，特别是相比S32R41增加的Linear Algebra Accelerator（LAX）矩阵加速器，可以实现大于300 GFLOPS算力。

除了毫米波雷达的射频MMIC与MCU等关键器件之外，恩智浦还利用其广泛的产品组合，为客户提供完整的系统，包括以太网PHY和CANPHY以及电源管理等组件，从而实现完整的硬件系统。

第二个挑战则是不断涌现的新技术对开发带来的挑战。Spannagel说道，随着雷达数量的不断增加，对于汽车本身以及相邻汽车之间会带来很多信号干扰问题。此外，Yole射频设备和技术团队首席分析师 Cédric Malaquin也曾表示，雷达从模拟波束成形和机械转向控制，转变为数字波束形成时代，引入了MIMO缩放技术来实现低于1度的角分辨率。

为此，恩智浦在2022年4月推出了Premium Radar SDK开发套件，以及雷达信号处理算法集，利用恩智浦先进软件算法与其全新S32R4x雷达处理器系列的紧密耦合，提高安全性和差异化优势，目前提供的三个软件算法包可分别实现干扰抑制、MIMO波形优化、角度分辨率增强。该专有雷达算法库允许将经过验证的算法快速集成到雷达传感器应用中，有助于加快雷达传感器的开发并减少研发投资。

并且，恩智浦也承诺该产品计划随时间持续演进，通过定期发布更新扩展算法列表，以便满足新兴的雷达要求和恩智浦的未来雷达路线图。

恩智浦的雷达软件开发相关生态，特别是可直接对接MATLAB

雷达系统厂商应如何应对挑战

除了Spannagel的介绍之外，三家客户也从不同角度，解读了成像雷达的挑战及应对方式。

张慧认为，雷达涉及到成像技术后，要引入深度学习和人工智能等算法，除此之外，为了满足高分辨率要求，射频前端的通道数越来越多，这两方面都对MCU的算力有了更多要求。S32R45单芯片算力就可以满足4片MMIC级联，也正因此业界正在大量从FPGA迁移至MCU，从而实现更高的性价比以及更简单的开发。

而对于射频前端而言，级联给天线阵列的馈电网络设计带来了新挑战。NXP最新的TEF82xx系列MMIC除了支持底部散热之外，还支持顶部散热设计，因此可以采用背馈天线，从而在尺寸、馈线损耗、馈线辐射、角分辨，稳健性和精度方面得到大幅度的优化。

设计方法学的革新方面，为此隼眼科技联合了合作伙伴，采用了数字孪生的计算平台，实现更好的车路协同的虚拟验证。

对于电子系统而言，高集成度可以带来最直接的好处，石磊表示，得益于恩智浦的S32R41 MCU，LRR30最多可以输出1024点4D点云并追踪多达64个目标，同时方案尺寸小巧，既可以满足前向雷达需求，同时也可以满足空间要求苛刻的角雷达应用。

目前，华域汽车正在研发的LRR40采用了恩智浦的S32R45，最多可输出3072点4D点云及128个目标。S32R45强大的处理能力，除了可支持前向雷达的点云之外，还刻意融合全车的点云数据，实现基于雷达的SLAM和FREESPACE等功能，同时还可以执行伪随机混合数字调制解调编码，从而获得更高的抗干扰能力。

蔡青翰则强调了算法在毫米波雷达领域的重要性。他表示，为升科和恩智浦共同开发了包括针对MIMO虚拟通道的滤波算法、天线干扰抑制算法、高精度AOA（到达角测量）算法等。最终实现水平角分辨率小于一度，垂直角分辨率小于两度的成像雷达，最终实现300米测距，20FPS数据速率输出，每秒可生成8万个点云。而针对海量数据的处理，为升科也在利用AI技术实现目标分类。

不止于此的成像雷达

尽管2022年，S32R45为代表的成像雷达技术将成功量产，但成像雷达技术的发展还远不止于此。张慧表示：“传统纯雷达信号处理正在向深度学习、人工智能方面的处理发展，这将对雷达和计算平台的算力提出更高的要求，一方面是需要前端雷达算力的继续提升，另外则是可通过分布式架构，与计算平台实现有机整合。同时，随着人工智能的发展，雷达也可以像摄像头一样以OTA或自学习的方式自我进化。除此之外，未来随着毫米波雷达的普及，除了汽车之外，交通设施也可以集成更多的传感器，从而实现感知协同，而不只是通过类似V2X的通信标准获得协同。”

石磊则补充表示：“随着成像雷达实现了更高分辨率，摄像头与雷达的融合策略正在从目标机融合转向特征级融合或原始点云融合，从而更多的保留原始信息；此外，此前毫米波雷达饱受诟病的分辨率问题，已经通过四片级联方式解决，如今更突出的问题是动态范围不足，市场对其有着强烈的提升需求。”

这些挑战，都将是恩智浦和众合作伙伴携手发展的方向。

同时，恩智浦的发展方向也不止于毫米波雷达。

根据公告显示，恩智浦2021年110亿美元的营收中，汽车终端市场收入为54.93亿美元，同比增长43.6%，占比近一半，是恩智浦的第一大业务收入来源。强劲增长的首要原因是受益于需求反弹，其次则是汽车市场对于智能化、电气化的需求不断增长所致。

恩智浦官方公布的合作伙伴市场计划中，汽车电子领域的合作伙伴涵盖IDH、ODM、安全、云以及测试认证服务在内的全产业流程，为最终客户提供包括软硬件及系统在内的各类服务。刘芳也总结道：“不只是毫米波，恩智浦在整个汽车电子行业都一直致力于培养和开拓合作伙伴，持续在整个产业链更多地赋能和合作、推动行业和客户的发展是我们的重要使命。”