4D 毫米波雷达:智驾普及的新路径(三)

5 4D 毫米波雷达产业链

        毫米波雷达产业链主要分为上游射频 MMIC 芯片、高频 PCB、处理芯片以及后端算法等相关企业,中游包括成品毫米波雷达的生产企业,下游则为主机厂。 1 MMIC 芯片目前主要来自恩智浦、英飞凌、德州仪器、 Mobileye 等海外芯片设计公司,我国国产实力相对薄弱,国内厂商有加特兰微电子、清能华波、矽杰微电子等。 2 )上游 PCB 方面,主要企业包括Rogers Isola 以及国内的沪电股份、生益电子、深南电路等。 3 )整机 /解决方案供应商方面,传统 Tier1 普遍采用级联技术在 4D 产品量产方面走在前列,主要为 Arbe、博世、大陆、海拉等,新进入厂商或依托专用芯片组和虚拟孔径方案实现换道超车,如 Arbe 产品通道数具备较强竞争力。国内主要整机厂商包括经纬恒润、威孚高科、华域汽车、森思泰克等。 
图表 25 : 毫米波雷达产业链梳理

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        传统毫米波雷达市场:主要被海外企业主导。毫米波雷达市场主要被海外企业主导,国外企业包括博世、大陆、电装 Denso、海拉、富士通、采埃孚等。根据高工智能汽车测算,2021 年仅博世、大陆两家企业就占据了国产乘用车市场超过 50% 的市场份额。
图表 26 : 毫米波雷达市场格局

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        4D 毫米波市场:国内上车量产快, MMIC 芯片和软件算法仍是稀缺标的。国内市场方面,4D 毫米波雷达已搭载于上汽集团旗下飞凡汽车、长安汽车旗下深蓝品牌等量产车型,产品量产速度领先。但是,在车载毫米波雷达中, MMIC 芯片和软件算法等关键部件仍被国外企业掌控,而如博世、恩智浦等企业在软件硬件层面具备双重优势,各类 MMIC DSP FPGA、CMOS 芯片产品也以过硬的品质成为业内首选。软件方面:国内目前急缺类似华为这种能够在软件算法软件有所突破的供应商;芯片供应商方面:开始有了一定的积累,如 CMOS供应商中国电科、加特兰、岸达科技等。

5.1 MMIC 芯片

5.1.1 英飞凌(IFX GR

        英飞凌科技公司于 1999 年在德国慕尼黑正式成立,是全球领先的半导体公司之一。公司和博世合作非常紧密,长期为博世定制雷达芯片。英飞凌在 2009 年推出了全球首款基于 SiGe技术的 77GHz 车用毫米波雷达芯片,迄今为止英飞凌在 77GHz 毫米波雷达 MMIC 市场占据 2/3 份额。 2017 年英飞凌发布了 RTN7735PL 3 4 收。 2020 年英飞凌发布 RXS816x,可以支持 4D 雷达级联, 3 4 收方案。 2022 11 月英飞凌发布新一代 CTRX8181 收发器, 4 4 收,这也是英飞凌发布的首款采用 28nmCMOS 工艺的 MMIC,此前英飞凌所有的 MMIC 都是 130nmSiGe 工艺, CTRX8181 的发布说明英飞凌直接跳过了 40/45nmCMOS工艺。
        在毫米波雷达专用 MCU 上,英飞凌主要有 TC3x TC4x TC4x 相比于 TC3x 升级了信号处理单元 SPU ,增加了可以运行机器学习算法的并行计算单元 PPU 。其中 TC3x 系列中可以用做毫米波雷达专用处理器的是 TC336 TC356/357 TC397 ,性能最强的 TC397 可以支持 3 /5 RXS8162 级联。而下一代 TC4x 系列基于台积电 28nm ,首批样品将于 2023年底提供给客户,将最快于 2024 年开启交付,其信号处理单元从上一代的 SPU2.0 升级为了 SPU3.0 ,使得 FFT 等信号处理运算延迟大幅减少;增加了并行计算单元 PPU,可以运行机器学习算法。
图表 27 : 英飞凌车载毫米波雷达解决方案

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5.1.2 德州仪器(TXN US

        德州仪器于 1930 年在美国德克萨斯州成立,是一家全球性的半导体公司,致力于设计、制造、测试和销售模拟和嵌入式处理芯片。 TI 2018 年就开始提供基于 AWR2243 4 片级联方案,是最早布局 4D 成像毫米波雷达的厂商之一。 TI 现在已经推出了两代毫米波雷达芯片产品,第一代主要用来做角雷达,第二代用于前雷达和高端前角雷达, TI 是三家芯片大厂中唯一一家已经将 MMIC 和雷达 MCU 集成在一起打包售卖的厂商:其中第一代( AWR1XXX )一共发布了 5 款芯片;第二代( AWR2XXX )有 2 款芯片,第二代 MMIC射频性能比第一代整体高 50% ,另外 SoC 数字信号处理性能也比第一代好, DSP 、MCU核心、 HWA 等均进行了升级。 TI 的毫米波雷达芯片集成度越来越高,集成度提升的好处在于成本下降,节省 PCB 面积。第一代产品主要用来做角雷达,其中用 AWR1642 做后角雷达,用 AWR1843 4D 角雷达;第二代产品用来做前雷达和高端角雷达,其中 AWR2243用来做 4D 成像毫米波雷达,用 AWR2943 AWR2944 做高端前角雷达和前雷达。
图表 28 : 德州仪器汽车 4D 成像雷达芯片设计方案

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5.1.3 恩智浦(NXPI US

        恩智浦半导体创立于 2006 年,总部位于荷兰埃因霍温,是全球领先的嵌入式应用安全连接解决方案提供商。 NXP 目前主推的 MMIC 芯片一共有两代: TEF81XX TEF82XX 。NXP从飞思卡尔时代就和大陆集团有长期合作,为大陆集团 ARS300 ARS400 系列提供射频芯片和雷达 MCU ,但是为大陆提供的 MMIC 芯片不对中国销售,这一时期 NXP 提供的MMIC都是基于 SiGe 工艺。 2018 NXP 开始提供基于 40nmCMOS 工艺的 MMIC 也就是TEF810X 系列, TEF810X 系列包含 7 个型号,包括最低端的 1 3 收、中端 2 4 收、高端的 3 4 收。 2020 NXP 发布了新一代 MMIC 芯片 TEF82 系列, 3 4 收。
        NXP 针对 4D 成像毫米波雷达主要有两个芯片组:( 1 )第一个芯片组是 TEF82 系列,第二代 CMOS 射频芯片,预计最快 2022 年下半年量产;( 2 )后端信号处理芯片 S32R45 系列和 S32R41 系列: 45 系列已经在 2022 年初量产,支持 4 MMIC 级联; 41 系列新版本芯片在 2022 年底量产,支持 2 MMIC 级联。 S32R45 相比 S32R41 增加了 LAX 矩阵加速器,拥有 300GFLops 算力,可以支持超分辨算法计算。
图表 29 : 恩智浦 4D 成像雷达框图

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5.1.4 加特兰微电子(未上市)

        加特兰微电子科技创立于 2014 年,是 CMOS 工艺毫米波雷达芯片开发与设计的领导者。公司汇聚了射频毫米波电路设计、雷达系统算法研发、大规模数字电路实现、高频天线设计以及汽车级芯片量产运营等领域的顶尖人才,并于 2017 年成功量产了全球首个汽车级CMOS 工艺 77/79GHz 毫米波雷达射频前端芯片,率先实现了在汽车前装市场的突破。随着汽车自动驾驶和驾驶辅助技术的快速发展,高性能、易开发、小型化成为毫米波雷达发展的热点和趋势。加特兰率先推出了集成雷达基带处理的 SoC 芯片,为毫米波雷达传感器的开发实现带来了全新的变革。公司又进一步推出了 AiP 技术,通过在芯片封装内部集成天线阵列,减少用户天线设计和高频板材投入,并大幅缩短模块研发和生产周期,加速毫米波雷达在汽车和行业市场的普及。
        公司坚持汽车级可靠性和安全性的设计理念,通过了 ISO 9001 质量体系认证和 ISO 26262功能安全管理体系认证。产品满足 AEC-Q100 的可靠性规范,包含计算单元的 SoC 产品达到 ASIL-B 的功能安全等级。
        2022 年 12 20 日,加特兰举办“ Next Wave Calterah Day 活动,发布了下一代全新毫米波雷达 SoC 芯片系列—— Andes ,代表了目前毫米波雷达技术的前沿。 Andes 系列芯片可实现 4D 高端雷达以及成像雷达功能。加特兰 CEO 陈嘉澍博士在新品发布会上提到,车载毫米波雷达有三大发展趋势:小尺寸低功耗雷达、高性价比雷达和 4D 成像雷达。加特兰拥有全面的毫米波雷达芯片产品组合,可满足三大雷达发展趋势的需求。截至 2022 年 12月 20 日,加特兰已服务超 400 家客户,与 20 余家 OEM 车企达成合作,赋能 70 余款乘用车,累计汽车芯片出货量超过 300 万片。
图表 30 : 加特兰电子毫米波雷达产品矩阵

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5.2 4D 毫米波雷达整机/解决方案

5.2.1 ArbeARBE US

        ArbeRobotics 是新一代 4D 成像雷达解决方案的头部企业,总部位于以色列特拉维夫,于2021 10 月通过 SPAC 的方式在纳斯达克上市,是第一家在美国公开上市的汽车成像雷达公司。 ArbeRobotics 公司自主开发的雷达芯片组解决方案凤凰,适用于 L2.5/L3/L4/L5场景的 4D 点云高清成像雷达,四个维度分别为 Azimuth (水平夹角), Elevation(高程),Range (距离)和 Speed(本车速度矢量),优点是支持全天候测量,易车规,测速准,成本低,并且可以高清点云成像,达到高角分辨率,特别是高程角分辨率。 Arbe 2022 年全年营收 350 万美元,同比增长 59.1% 2022 年全年的新订单营收为 160 万美元,截至 2022年 12 31 日,积压订单金额为 20 万美元。 2022 年全年的毛利润为 63.5%,上年同期为36.0% ,主要与规模经济、收入构成和 Arbe 逐步实现生产而降低单位成本有关。公司 2023年的预期营收将在 500 万美元至 700 万美元之间,同比增长大约 71%
        Arbe 目前一共发布了 2 款产品:48 发 48 收毫米波雷达芯片组 Phoenix,作为前雷达;以及 24 发 12 收毫米波雷达芯片 Lynx,作为角雷达。(1)Phoenix:Arbe 的毫米波雷达芯片 Phoenix 由发射器(单颗 12 发)、接收器(单颗 24 收)、处理器三部分构成, Arbe 在2018 年发布的 RF 射频芯片,在 2020 年发布雷达处理器。雷达处理器最多可以支持 4 颗发射器和 2 颗接收器,也就是 48 48 收射频信号的处理,采用格罗方德半导体公司 22nm射频 CMOS 工艺,帧率约 30Hz 。( 2 Lynx Lynx 发布于 2022Q1 Lynx 也是由发射器、接收器、专用处理芯片三部分构成,但是由于是 24 12 收的方案,因此虚拟通道数为 288个,成本和性能较 Phoenix 更低,适合用做角雷达和更低价位车型前雷达。
图表 31 Arbe 的雷达解决方案

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图表 32 Phoenix 雷达

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5.2.2 博世(RBOS GR

        博世集团从事汽车与智能交通技术、工业技术、消费品和能源及建筑技术相关产业,总部设在德国南部斯图尔加市,是全球领先的技术和服务供应商。 2023 4 4 日,博世首次在中国市场推出了其第五代雷达极致版—— 4D 成像雷达,采用 76-77GHz 频段,最远探测距离可达 302 米,水平视场可达 120 度,垂直视场可达 24 度。今年 3 月,博世宣布与芯片代工厂 GlobalFoundries 达成合作协议,开发用于自动驾驶功能的雷达芯片,其德国工厂将开始生产高频雷达芯片。根据计划,博世基于新解决方案的首个雷达 SoC 将于今年下半年交付,用于新一代汽车雷达的进一步测试和验证。
        在公司经营方面,2022 年公司营业收入为 961.6 亿美元,同比增长 12.0% ,集团息税前利润为 40.3 亿美元,同比增长 15.6%。其中,集团汽车与智能交通技术业务取得了 17% 的销售额增长,达到了 572.2 亿美元。
图表 33 : 博世 4D 成像雷达传感器

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5.2.3 大陆(CON GR

        大陆集团是德国运输行业制造商,主要产品为轮胎,制动系统,车身稳定控制系统,发动机喷射系统,转速表,以及其他汽车和运输行业零部件,总部设在德国汉诺威。大陆集团深耕车载毫米波雷达数十年,自 2016 年推出划时代的 ARS4XX77GHz 毫米波前向雷达和BSD3XX24GHz 毫米波盲区检测雷达,目前前向雷达和角雷达产品已更迭至第五代,客户包括了戴姆勒、宝马、大众、丰田等知名主机厂。 2020 年大陆推出了 4D 成像雷达 ARS540,采用 4 颗射频芯片级联的方式,实现 12 发射通道, 16 接收通道高分辨率雷达,采用赛灵思 Xillinx ZynqUltraScale+MPSoC 处理雷达信号,支持 300 米的探测距离和的视场角。
        在公司经营方面,2022 年公司营业收入为 428.6 亿美元,同比增长 16.7%,集团息税前利润为 21.8 亿美元,同比增长 5.2%
图表 34 : 大陆 ARS540 雷达

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5.2.4 经纬恒润(688326 CH

        经纬恒润成立于 2003 年,专注于为汽车、无人运输等领域的客户提供电子产品、研发服务和高级别智能驾驶整体解决方案。经纬恒润基于 Arbe 雷达芯片组开发的 4D 毫米波雷达具有 48 路发射和 48 路接收通道,探测距离达 350m ,并可实现方位向 1°和俯仰向 1.5°的真实孔径分辨率,相比传统毫米波雷达,成像雷达分辨率提升一个数量级。通过定制专用雷达处理芯片,增加信号处理能力和数据处理能力,可提供市场上其他毫米波雷达解决方案无法实现的致密点云,媲美激光雷达的成像效果,可以满足 L3 及以上级别的智能驾驶系统的需求。根据公司官网,公司 4D 毫米波雷达研发进展顺利,且预计将于今年实现量产应用。公司已于 2022 11 月向 Arbe 订购 34 万个雷达芯片组,计划应用于 2023 年和 2024年的 4D 毫米波雷达量产产品。
图表 35 : 经纬恒润 4D 毫米波雷达探测效果

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5.2.5 威孚高科(000581 CH

        无锡威孚高科技集团股份有限公司,始建于 1958 年,是国内汽车零部件的著名生产厂商,中国汽车零部件三十强企业。威乎高科与 Arbe 展开合作,其 4D 毫米波雷达已获得干线物流定点项目。威孚高科同样基于 Arbe 雷达芯片组,开发集成芯片方案的 4D 毫米波雷达产品。公司官网显示,公司于 2021 年实现 4D 毫米波雷达的首批原型样件试制和交付,目前处于技术研发和市场应用快速发展阶段,并已获得干线物流项目定点。
图表 36 : 威孚高科 4D 毫米波雷达
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5.2.6 森思泰克(未上市)

        森思泰克注册于 2015 年,是一家专业从事毫米波与激光雷达传感器智能产品研发、生产与销售的高科技企业。森思泰克在 2018 年就已经开始研发毫米波雷达 4D 成像技术。2021年, 4D 成像雷达发展势头强劲,森思泰克率先与长安基于 4D 成像前向雷达定制与开发合作,拿下新一代平台的多款车型的项目定点。 2022 年森思泰克继续保持行业领先,拿下理想、红旗、吉利、长安等 4D 成像前向雷达的项目定点,也拿到了红旗的 4D 成像角雷达的项目顶点。目前,森思泰克的 4D 毫米波雷达产品包括 4 级联的 STA77-8 2 级联的 STA77-6,两款产品目前均已量产,森思泰克也是国内少有的实现 4D 毫米波雷达量产的企业。
图表 37 : 森思泰克车载毫米波雷达产品

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5.3 PCB

5.3.1 沪电股份(002463 CH

        沪电股份有限公司于 1992 年在江苏省昆山市成立,专注于各类印制电路板的生产、销售及相关售后服务,产品可广泛应用于通讯设备、汽车、工业设备、微波射频等多个领域。公司紧跟汽车行业的发展趋势,提升技术能力和适用性,增强与客户在技术上的准确支持以及在业务上的长期合作,夯实在 ADAS(高级驾驶辅助系统)、动力系统电气化、汽车电子功能架构等领域高端 PCB 的竞争优势。在具体产品方面,应用于 4D 车载雷达,自动驾驶域控制器,智能座舱域控制器,车载网关等领域的产品已实现量产。沪电股份是大陆和博世的 PCB 板材供应商,目前已就 24GHz 77GHz 高频雷达用 PCB 产品与国际顶尖厂商Schweizer 开展合作。

5.3.2 深南电路(002916 CH

        深南电路成立于 1984 年,总部坐落于中国广东省深圳市,公司经营范围包括印刷电路板、封装基板产品、模块模组封装产品等,下游应用领域广泛,覆盖通信、数据中心、工控医疗、汽车电子等领域。根据公司公告,汽车电子是公司 PCB 业务重点拓展领域之一,以新能源和 ADAS 为主要聚焦方向,主要生产高频、 HDI、刚挠、厚铜等产品,应用于摄像头、雷达、电池、电控等设备。

5.3.3 生益电子(688183 CH

        生益电子成立于 1985 年,总部位于广东省东莞市。生益电子自成立以来始终专注于各类 PCB
的研发、生产与销售业务,是专业制作高精度、高密度、高品质印制电路板的高新技术企业。公司产品应用领域覆盖通信设备板、网络设备板、计算机服务器板、消费电子板、工控医疗板、汽车电子板等,产品行销北美、欧洲、亚太等国家及地区。根据公司公告,生益电子已经向客户提供包含 4D 雷达产品在内的多种高级辅助智能驾驶产品,目前业务发展整体向好。未来,公司将持续加大在汽车专线的投入,以应对日益增长的汽车 PCB 订单需求。

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