相較于激光雷達(dá)、攝像頭等傳感器，毫米波雷達(dá)由于具備全天候全天時(shí)的探測(cè)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(cè)量距離和速度，更容易實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)，正逐漸在越來越多的新車上搭載。

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

盡管如此，相較于整個(gè)汽車市場(chǎng)來說，毫米波雷達(dá)的裝配率仍然處于低位，如何進(jìn)一步推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)在汽車領(lǐng)域的普及是亟待解決的問題。對(duì)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(dá)芯片并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，帶動(dòng)了產(chǎn)業(yè)鏈的重大變革。陳嘉澍指出，要想讓毫米波雷達(dá)成為各級(jí)別車型都用得上的技術(shù)，還需要在性能、成本等多方面進(jìn)一步突破，這里面毫米波雷達(dá)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(dá)芯片，由于可以幫助毫米波雷達(dá)同時(shí)實(shí)現(xiàn)高性能、易開發(fā)、小型化、經(jīng)濟(jì)性等多重優(yōu)勢(shì)，正逐漸成為越來越多整車廠和零部件供應(yīng)商的選擇。

加特蘭微電子CEO 陳嘉澍博士

讓毫米波雷達(dá)真正普及，小型化和經(jīng)濟(jì)性是關(guān)鍵

毫米波雷達(dá)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用早已有之。不過早期毫米波雷達(dá)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(dá)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(dú)立單元，這使得雷達(dá)的設(shè)計(jì)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(jià)格昂貴，導(dǎo)致毫米波雷達(dá)整體價(jià)格也相對(duì)較高，特別是77GHz毫米波雷達(dá)。所以在過去相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，毫米波雷達(dá)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(yàn)，陳嘉澍認(rèn)為毫米波雷達(dá)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(gè)傳感器足夠小，足夠經(jīng)濟(jì)。彼時(shí)是2014年，用他自己的話形容，就是“那個(gè)時(shí)候自動(dòng)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(jí)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(dòng)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(jià)格相對(duì)較昂貴的化合物半導(dǎo)體工藝，從而降低毫米波雷達(dá)的價(jià)格?！癈MOS工藝在消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域已經(jīng)有了很成熟的應(yīng)用，例如手機(jī)里的WiFi、藍(lán)牙以及電腦中的處理器，都是用CMOS工藝實(shí)現(xiàn)的。相較于化合物半導(dǎo)體，這項(xiàng)技術(shù)具備更大體量的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，如果毫米波雷達(dá)芯片也能夠享受這種CMOS工藝所能帶來的規(guī)?；б?，價(jià)格是可以大幅下降的?！标惣武硎尽?/p>

不同工藝下的射頻前端模塊對(duì)比，圖片來源： 加特蘭微電子

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(jì)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(dá)在汽車和行業(yè)市場(chǎng)的普及。

“客戶拿到這款產(chǎn)品之后，連天線都不用設(shè)計(jì)了。因?yàn)槔走_(dá)里面除了電子部分，設(shè)計(jì)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(dāng)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(dá)模塊的體積方面，又有了進(jìn)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(jì)性還是集成度、可擴(kuò)展性等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但是要基于這項(xiàng)技術(shù)研發(fā)真正符合車規(guī)級(jí)需求的毫米波雷達(dá)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(shí)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?yàn)槲茨軐?shí)現(xiàn)技術(shù)上的突破，所以在77GHz毫米波雷達(dá)的普及方面，行業(yè)遲遲未有大的進(jìn)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(gè)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。”另外，功能安全也是很重要的一方面。功能安全最重要的作用是確保任一隨機(jī)故障、系統(tǒng)故障或共因失效，都不會(huì)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(cái)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(rèn)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(guó)萊茵TüV的ISO 26262功能安全流程管理認(rèn)證，可支持到ASIL D等級(jí)芯片開發(fā)。據(jù)悉，加特蘭是目前國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)唯二獲得該認(rèn)證證書的芯片設(shè)計(jì)公司。陳嘉澍表示后續(xù)加特蘭將繼續(xù)加大投入，強(qiáng)化產(chǎn)品的功能安全。

ISO 26262功能安全管理證書，圖片來源： 加特蘭微電子

從Transceiver、SoC到AiP的解決方案，多方面助力毫米波雷達(dá)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(shí)間?！八闶且粋€(gè)小小的里程碑，我們2017年推出第一代CMOS芯片的時(shí)候，也是全球首個(gè)汽車級(jí)CMOS工藝77GHz毫米波雷達(dá)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(shí)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(dá)到同樣的效果，如此一來體積也小了，毫米波雷達(dá)的價(jià)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(diǎn)監(jiān)測(cè)、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(dá)里面的模擬、數(shù)字和雷達(dá)算法等用單芯片實(shí)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(jìn)一步的改善。特別需要指出的是芯片之間的級(jí)聯(lián)，通過這項(xiàng)技術(shù)加特蘭可以實(shí)現(xiàn)多款芯片之間的同步信號(hào)發(fā)射和數(shù)字處理信號(hào)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(dú)創(chuàng)的技術(shù)。

固化在芯片內(nèi)部的雷達(dá)基帶處理引擎，是加特蘭區(qū)別于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的一個(gè)很重要的優(yōu)勢(shì)。這樣客戶只需通過寄存器的配置就能快速實(shí)現(xiàn)雷達(dá)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(gè)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(shí)間，但基于加特蘭的技術(shù)和解決方案，3年左右的時(shí)間就“上車”了，極大地縮短了毫米波雷達(dá)的量產(chǎn)進(jìn)程，甚至整車的上市周期也會(huì)隨之縮短。正因?yàn)槿绱?，雖然目前Alps還在小批量生產(chǎn)階段，采用這款芯片進(jìn)行毫米波雷達(dá)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(shí)際上打破了外資芯片巨頭在車載毫米波雷達(dá)領(lǐng)域的長(zhǎng)期壟斷，此前由于缺乏核心技術(shù)，國(guó)內(nèi)毫米波雷達(dá)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(huì)做完Alps的車規(guī)、可靠性、功能安全等方面的認(rèn)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?yán)走_(dá)應(yīng)用，毫米波雷達(dá)也將更多的被應(yīng)用在“車外場(chǎng)景”，比如通過Alps AiP實(shí)現(xiàn)輔助泊車，環(huán)車的超短距探測(cè)，其中后者在擁堵等復(fù)雜的交通場(chǎng)景中尤為適用，可極大地彌補(bǔ)現(xiàn)有中長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)相關(guān)的駕駛輔助功能。

“還有車內(nèi)生命體征探測(cè)，因?yàn)楹撩撞ɡ走_(dá)可以用來監(jiān)測(cè)呼吸心跳，現(xiàn)實(shí)生活中常有車主將兒童較長(zhǎng)時(shí)間‘遺忘’在座艙內(nèi)，在夏天這是非常危險(xiǎn)的，借助毫米波雷達(dá)傳感器可以很好地避免此類事故的發(fā)生。并且因?yàn)橛辛薃iP技術(shù)，毫米波雷達(dá)可以做得特別小，在車內(nèi)安裝也十分方便，還不會(huì)涉及任何隱私問題。” 陳嘉澍表示。由此甚至可以拓展另一項(xiàng)技術(shù)——DMS的功能，通過將毫米波雷達(dá)與攝像頭結(jié)合，對(duì)駕駛員的呼吸心跳等體征信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以對(duì)潛在危險(xiǎn)狀態(tài)及時(shí)預(yù)警?？梢哉f，加特蘭的AiP技術(shù)極大地拓展了毫米波的應(yīng)用場(chǎng)景。

基于毫米波雷達(dá)的車內(nèi)生命體征探測(cè)，圖片來源： 加特蘭微電子

迎接自動(dòng)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(dá)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(xiàng)技術(shù)，也推動(dòng)了CMOS工藝在毫米波雷達(dá)芯片領(lǐng)域的“走熱”，讓這項(xiàng)技術(shù)逐漸成為行業(yè)主流。那么在已有產(chǎn)品相繼市場(chǎng)化之后，更長(zhǎng)遠(yuǎn)的未來毫米波雷達(dá)還將呈現(xiàn)怎樣的發(fā)展趨勢(shì)呢？陳嘉澍指出主要有兩個(gè)方向：第一、高精度成像；第二、依舊是小型化和經(jīng)濟(jì)性。

其中在高精度成像方面，傳統(tǒng)的毫米波雷達(dá)雖然可以準(zhǔn)確探測(cè)目標(biāo)與雷達(dá)之間的距離、方位、速度等信息，但由于無法探測(cè)高度信息，所以無法成像，不能準(zhǔn)確識(shí)別目標(biāo)的形態(tài)，這也是毫米波雷達(dá)相較于攝像頭和激光雷達(dá)的短板所在?！钡珜?duì)于L3及以上級(jí)別的自動(dòng)駕駛汽車來說，這類高精度探測(cè)需求又十分迫切，如果毫米波雷達(dá)也可以實(shí)現(xiàn)高精度成像，不僅可以與其他傳感器進(jìn)行互補(bǔ)，甚至能在一定程度上取代昂貴的激光雷達(dá)?！?/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(dāng)前產(chǎn)品，第三代產(chǎn)品的內(nèi)部存儲(chǔ)空間更大，射頻、信號(hào)處理和CPU的性能會(huì)更好。

“至于經(jīng)濟(jì)性和小型化方面，雖然現(xiàn)在毫米波雷達(dá)已經(jīng)逐漸在新車上搭載，但整體的滲透率其實(shí)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(jìn)一步提升毫米波雷達(dá)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(shí)在車上安裝多個(gè)毫米波雷達(dá)?！?nbsp;

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(huì)進(jìn)一步遵循上述核心技術(shù)方向，不斷強(qiáng)化產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，將毫米波雷達(dá)芯片做到比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品更小、更便宜，同時(shí)性能更好、功耗更小?！霸诳梢灶A(yù)見的未來，低造價(jià)、小型化、低功耗的毫米波雷達(dá)的市場(chǎng)會(huì)長(zhǎng)期存在?！?/p>

為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，加特蘭也在持續(xù)不斷地?cái)U(kuò)充團(tuán)隊(duì)規(guī)模，強(qiáng)化整體研發(fā)實(shí)力。毫米波雷達(dá)作為汽車領(lǐng)域一個(gè)相對(duì)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(shí)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(guó)內(nèi)各個(gè)方向上的專家都很稀缺，我們的團(tuán)隊(duì)也是在不斷地摸索和學(xué)習(xí)的過程中逐步成長(zhǎng)起來?！?陳嘉澍表示。因?yàn)閷?duì)于創(chuàng)新型企業(yè)來說，只有團(tuán)隊(duì)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(shí)強(qiáng)調(diào)，要想真正推動(dòng)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(gè)行業(yè)投入的力度加大，好的芯片設(shè)計(jì)也將帶動(dòng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)環(huán)境、車企客戶的快速導(dǎo)入、ADAS的普及等因素，最終會(huì)相互促進(jìn)，從而更好地助力汽車產(chǎn)業(yè)加速邁向智能化時(shí)代。

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《Discovery 發(fā)現(xiàn)》作為蓋世汽車?yán)^“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(duì)具備新趨勢(shì)、行業(yè)關(guān)注度高、有創(chuàng)新理念且對(duì)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(dòng)產(chǎn)業(yè)未來 。