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“跳來(lái)跳去”的特斯拉，最終回歸雷達(dá)路線
在自動(dòng)駕駛流派中，特斯拉一直死磕攝像頭路線，堅(jiān)決反對(duì)激光雷達(dá)的多傳感器冗余路線。特斯拉創(chuàng)始人馬斯克認(rèn)為，激光雷達(dá)昂貴、丑陋，且沒(méi)有必要，它就像是人身上長(zhǎng)了一堆闌尾，闌尾本身的存在就基本是無(wú)意義的，如果還長(zhǎng)一堆就太可笑了。
筆者也在2021年寫(xiě)過(guò)一篇文章《尷尬了，純視覺(jué)路線特斯拉還能堅(jiān)持下去嗎？》討論過(guò)這個(gè)事。
這里引用一小段：“2020年11 月12日，馬斯克在答網(wǎng)友問(wèn)的時(shí)候提了兩個(gè)觀點(diǎn)，一是再一次澄清特斯拉并非出于任何主觀情緒不采用激光雷達(dá)，反例是SpaceX研發(fā)和應(yīng)用了激光雷達(dá)來(lái)使龍飛船和空間站對(duì)接；二是再次就攝像頭之外的自動(dòng)駕駛傳感器表態(tài)：波長(zhǎng)低于4 mm的高精度毫米波雷達(dá)才是更好的選擇。”
這里其實(shí)馬斯克表現(xiàn)出了對(duì)毫米波雷達(dá)的傾向性。不過(guò)到了2022年初，已經(jīng)有不少媒體宣布，從2022年2月中旬開(kāi)始，特斯拉投放在北美市場(chǎng)的Model S和Model X將不再配備毫米波雷達(dá)。至此，特斯拉傳感器方案從“8攝像頭+1毫米波雷達(dá)+12超聲波雷達(dá)”的多傳感器方案減為“8攝像頭”的純視覺(jué)方案。
于是一大波行業(yè)媒體開(kāi)始列出了這樣的標(biāo)題《徹底干掉毫米波雷達(dá)，特斯拉向行業(yè)宣戰(zhàn)》。一時(shí)間，在知乎，在各大技術(shù)論壇，討論特斯拉純視覺(jué)方案的帖子急劇增加，核心觀點(diǎn)就一個(gè)：特斯拉掌握核心科技，第一性原理牛逼，純視覺(jué)方案才是未來(lái)的趨勢(shì)，傳感器冗余才是邪路。被事實(shí)毒打的筆者，只得摸了摸自己紅腫的臉，低調(diào)做人。
不過(guò)到了2023年2月16日，推特博主Greetheonly公開(kāi)了特斯拉HW 4.0硬件拆解分析，推測(cè)“Phoenix”新增選項(xiàng)預(yù)計(jì)將接入Arbe的4D毫米波雷達(dá)Phoenix，其同時(shí)猜測(cè)，該雷達(dá)或?qū)⒋钶d于特斯拉Model X等量產(chǎn)車型上。于是業(yè)界開(kāi)始熱議，特斯拉又要回歸毫米波雷達(dá)路線。
針對(duì)這一新聞，筆者也找了業(yè)內(nèi)專家咨詢了一下，他們是雪湖科技的CEO張強(qiáng)以及研發(fā)總監(jiān)田志明。為什么找他們咨詢呢？因?yàn)檠┖萍家恢睅椭蛻魢@賽靈思的FPGA提供算法支持。
這一次FCC官網(wǎng)出現(xiàn)了特斯拉申報(bào)的新款毫米波雷達(dá)，從主板上看到了賽靈思的Zynq 系列AP SoC，這款方案的特點(diǎn)就是高度靈活的可編程性，由雙核ARM Cortex-A9 和1 個(gè)FPGA組成。不過(guò)雪湖科技CEO張強(qiáng)認(rèn)為，目前這個(gè)毫米波雷達(dá)似乎不完全是FPGA方案，而是由一家以色列公司Arbe提供的ASIC芯片，需要FPGA配合實(shí)現(xiàn)一些功能?！斑@塊芯片整體的研發(fā)的時(shí)間應(yīng)該是在三年之前。”
雪湖科技是入選賽靈思全球合作伙伴的中國(guó)企業(yè)，同時(shí)多年來(lái)一直幫助客戶在FPGA平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)算法的硬化。針對(duì)毫米波雷達(dá)客戶，雪湖科技幫助構(gòu)建一套毫米波雷達(dá)的算法仿真平臺(tái)，提高客戶的算法研發(fā)效率，也幫助他們快速實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)落地。
賽靈思車規(guī)級(jí)產(chǎn)品路線圖
據(jù)介紹，面向汽車市場(chǎng)，賽靈思可以提供從28nm工藝的FPGA、Zynq SoC，16nm的Zynq UltraScale+ MPSoC 7EV 和11 EG，以及7nm工藝的Versal ACAP，可以應(yīng)用于智能網(wǎng)聯(lián)汽車的艙內(nèi)體驗(yàn)（DMS、3D環(huán)視等）、ADAS（ICMS、前端攝像頭、自動(dòng)泊車、域控制器）以及高級(jí)自動(dòng)駕駛（中央計(jì)算、下一代前端攝像頭）等各個(gè)領(lǐng)域。而本次曝光的Zynq系列AP SoC就是Zynq xa7020。
毫米波雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈，來(lái)源：ITTbank
作為毫米波雷達(dá)的核心器件——雷達(dá)芯片，一般主要分為射頻的發(fā)射、接收芯片和基帶處理芯片。雷達(dá)芯片在整個(gè)雷達(dá)產(chǎn)品中不僅成本占比大（目前占到毫米波雷達(dá)總成本的70%），同時(shí)由于在雷達(dá)中屬于上游技術(shù)，毫米波雷達(dá)芯片向來(lái)是巨頭的戰(zhàn)場(chǎng)。站在這些毫米波雷達(dá)巨頭背后的，是英飛凌、恩智浦NXP、飛思卡爾、意法半導(dǎo)體、德州儀器等芯片巨頭。
從技術(shù)上來(lái)講，4D成像毫米波雷達(dá)是必然趨勢(shì)，有能力做4D毫米波雷達(dá)的廠商基本都在做4D成像毫米波雷達(dá)。即便是博世這樣的巨頭，也在日前急忙推出了第五代至尊版毫米波雷達(dá)，試水4D賽道。
4D毫米波雷達(dá)兩大方向：DSP路線和FPGA路線
目前汽車毫米波雷達(dá)行業(yè)主要有兩種方式實(shí)現(xiàn)4D雷達(dá)量產(chǎn)（還有超材料技術(shù)的路徑，但量產(chǎn)難度較大），一種是基于NXP、TI等傳統(tǒng)雷達(dá)天線及芯片方案商提供的標(biāo)準(zhǔn)方案。一種是類似Arbe、Mobileye自研芯片。從公開(kāi)信息看，目前可選芯片方案主要有TI、恩智浦、賽靈思、Arbe等少數(shù)幾家。其中按芯片種類可以分為DSP路線和FPGA路線兩種。
DSP路線的代表者是TI。在傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)芯片領(lǐng)域，NXP和英飛凌幾乎壟斷了這個(gè)市場(chǎng)。但是在4D成像雷達(dá)市場(chǎng)，TI則成為了推動(dòng)者。德州儀器于2016年曾推出基于CMOS工藝的高集成度77GHz毫米波雷達(dá)傳感器AWR1642系列，欲打破恩智浦和英飛凌兩家企業(yè)對(duì)傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)芯片的壟斷格局，但事與愿違。在洞悉到毫米波雷達(dá)要獲得更高角分辨率，就要增加天線數(shù)量這一需求后，德州儀器于2018年推出基于AWR2243FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）單芯片收發(fā)器的4片級(jí)聯(lián)4D毫米波雷達(dá)全套設(shè)計(jì)方案。歷經(jīng)AWR1642、AWR2243兩代產(chǎn)品后，TI已站穩(wěn)了成像雷達(dá)的腳跟。除德國(guó)大陸汽車，中國(guó)乃至全球大部分的4D成像毫米波雷達(dá)基本都是基于TI的級(jí)聯(lián)方案，有追求低成本的2片級(jí)聯(lián)，有追求性能的4片級(jí)聯(lián)。還有家以色列的初創(chuàng)公司Vayyar自己開(kāi)發(fā)關(guān)鍵的收發(fā)器芯片，華為的12發(fā)24收4D成像毫米波雷達(dá)似乎是采用自己做的芯片，應(yīng)該是4片3發(fā)6收的收發(fā)器級(jí)聯(lián)而成，但也有說(shuō)法可能是德州儀器的AWR1642六片級(jí)聯(lián)而成。
相對(duì)TI而言，NXP在2022年初才在CES上宣布量產(chǎn)S32R45成像雷達(dá)芯片，同時(shí)推出了S32R41新產(chǎn)品。S32R41處理器的推出為業(yè)界帶來(lái)了首款專為L(zhǎng)2+自動(dòng)駕駛應(yīng)用量身定制的16nm雷達(dá)處理器。
2022年初，全球知名毫米波雷達(dá)芯片提供商恩智浦在CES上宣布S32R45成像雷達(dá)芯片量產(chǎn)，同時(shí)推出了S32R41新產(chǎn)品。S32R41處理器的推出為業(yè)界帶來(lái)了首款專為L(zhǎng)2+自動(dòng)駕駛應(yīng)用量身定制的16nm雷達(dá)處理器。這兩款處理器可滿足L2+級(jí)至L5級(jí)的自動(dòng)駕駛需求，用于構(gòu)建4D成像雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)360度環(huán)繞感知。
FPGA路線的代表者是賽靈思。德國(guó)大陸采用FPGA來(lái)作為4D雷達(dá)的芯片方案。德國(guó)大陸在2016年開(kāi)始研發(fā)4D成像毫米波雷達(dá)時(shí)，選用的芯片方案為恩智浦的S32R274，但該芯片無(wú)法讓雷達(dá)小型化，最后選用賽靈思的Zynq UltraScale+RFSoC系列FPGA。
該芯片方案發(fā)布于2019年2月21日，專為射頻領(lǐng)域設(shè)計(jì)，第二、三代Zynq UltraScale+RFSoC具有更高的射頻性能及更強(qiáng)的可擴(kuò)展能力，分別最高支持到5GHz和6GHz，從而滿足新—代5G部署的關(guān)鍵需求。同時(shí)，還可支持針對(duì)采樣率高達(dá)5GS/S的14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和10GS/S的14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）進(jìn)行直接RF采樣，二者的模擬帶寬均高達(dá)6GHz。
為什么4D毫米波雷達(dá)要用FPGA方案呢？
雪湖科技跟國(guó)內(nèi)很多4D毫米波雷達(dá)廠商進(jìn)行過(guò)交流或合作。雪湖科技CEO張強(qiáng)表示，當(dāng)毫米波雷達(dá)從3D轉(zhuǎn)為4D后，帶來(lái)顯著變化，是射頻前段后的數(shù)字信號(hào)處理部分算力需求大大增加，而算力的增加就導(dǎo)致原本用DSP方案來(lái)做的廠商，如TI、NXP等算力不夠用。這種情況下，雷達(dá)廠商為了快速進(jìn)行算法驗(yàn)證，就會(huì)選擇在FPGA芯片來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，而FPGA的算力可以支持4D毫米波雷達(dá)的量產(chǎn)。比如德國(guó)大陸最早就是用NXP的芯片，后來(lái)發(fā)現(xiàn)算力不夠才轉(zhuǎn)到賽靈思的FPGA。
由于ASIC的算法是固化的，沒(méi)辦法根據(jù)算法變化來(lái)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)然有人說(shuō)，我為什么不等到算法固化以后，直接做ASIC呢？那是因?yàn)槟壳昂芏嗟膽?yīng)用場(chǎng)景，需要經(jīng)過(guò)5年、10年甚至更長(zhǎng)時(shí)間的迭代，才能真正把算法的潛力研究透徹。在這種情況下，F(xiàn)GPA的窗口期和生命周期會(huì)變得更長(zhǎng)。張強(qiáng)認(rèn)為目前至少在4D毫米波雷達(dá)領(lǐng)域，還是處在一個(gè)野蠻生長(zhǎng)的階段，不同的廠商對(duì)于算法有不同的需求，短時(shí)間內(nèi)ASIC可能沒(méi)辦法滿足所有客戶的差異化需求。
當(dāng)然，國(guó)內(nèi)FPGA的開(kāi)發(fā)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小眾，門(mén)檻也較高，因此需要一個(gè)中間的生態(tài)位來(lái)幫助客戶將算法硬化到FPGA上，雪湖科技就充當(dāng)了這樣一個(gè)中間角色。
點(diǎn)評(píng)：特斯拉“打臉”行為對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的影響？
如果把毫米波雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈拆開(kāi)來(lái)看。在射頻數(shù)字前段部分，目前仍然是TI、NXP主導(dǎo)。但也開(kāi)始出現(xiàn)很多的創(chuàng)業(yè)公司，開(kāi)始使用自己的射頻數(shù)字前段方案。比如國(guó)內(nèi)出貨TOP3內(nèi)的一家新能源車廠，他們的4D毫米波雷達(dá)產(chǎn)品就開(kāi)始選擇國(guó)產(chǎn)的射頻前段與TINXP進(jìn)行對(duì)比，并同步進(jìn)行研發(fā)。這一部分開(kāi)始逐漸的出現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，有可能未來(lái)國(guó)內(nèi)的車企都有一定的國(guó)產(chǎn)化率的要求。據(jù)了解，類似于加特蘭、蘇州毫米波這樣的公司性價(jià)比都很不錯(cuò)。
雪湖科技CEO張強(qiáng)認(rèn)為，未來(lái)兩年國(guó)內(nèi)的4D毫米波雷達(dá)主流配置將集中在4級(jí)聯(lián)，12發(fā)16收的配置；或者2級(jí)聯(lián)，6發(fā)8收的配置。至于毫米波雷達(dá)是否最終取代激光雷達(dá)，需要考慮最終雙方的成本相差情況，以及車廠的定位。
“我的理解馬斯克之前說(shuō)不要雷達(dá)，應(yīng)該特指的是激光雷達(dá)。”張強(qiáng)認(rèn)為，按照特斯拉的體量和能力來(lái)說(shuō)，它需要4D毫米波雷達(dá)的成本不能太高。與其說(shuō)是特斯拉在切換技術(shù)路線，不如說(shuō)是在進(jìn)一步增強(qiáng)原有的技術(shù)路線。在4D毫米波雷達(dá)的輔助下，以往一些極端天氣情況下，可以幫助純視覺(jué)方案更好的進(jìn)行精確的操控。
不管怎么說(shuō)，特斯拉這次的“打臉”行為對(duì)整個(gè)雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)說(shuō)也算是皆大歡喜的事情。張強(qiáng)認(rèn)為，國(guó)內(nèi)的主機(jī)廠和tier1針對(duì)毫米波雷達(dá)，特別是4D毫米波雷達(dá)的開(kāi)發(fā)進(jìn)度和節(jié)奏一定會(huì)明顯加快。雪湖科技研發(fā)總監(jiān)田志明也表示，目前越來(lái)越多的客戶在內(nèi)部加快推動(dòng)4D毫米波雷達(dá)的量產(chǎn)，同時(shí)對(duì)于下一代4D毫米波雷達(dá)的預(yù)研，不管是投入速度還是力度，都更加堅(jiān)決。
