汽車自動(dòng)駕駛傳感器芯片研究

前言

從2023年上海車展來看，“重感知，輕地圖”、“城市NOA”、“BEV+Transformer”被主機(jī)廠和Tier 1廣泛提及，各大廠商陸續(xù)轉(zhuǎn)向“重感知+輕地圖” 技術(shù)路線，以加快城市NOA部署，擺脫對(duì)高精度地圖的依賴。在“重感知”技術(shù)路線驅(qū)動(dòng)下，車用傳感器愈發(fā)重要，前向和補(bǔ)盲激光雷達(dá)、4D成像雷達(dá)、800萬像素CIS等新品快速上車應(yīng)用，帶動(dòng)傳感器芯片需求攀升，車用傳感器和芯片技術(shù)正進(jìn)入快速迭代演進(jìn)、快速降本發(fā)展新階段。

01

毫米波雷達(dá)芯片

車用毫米波雷達(dá)芯片市場(chǎng)主要被NXP、英飛凌、TI等公司占據(jù)；在國(guó)內(nèi)廠商中，加特蘭屬于起步較早的廠商，目前已與20余家車企達(dá)成合作，定點(diǎn)超70余款乘用車，累計(jì)芯片出貨量超過300萬片，其中1/3來自海外客戶。

國(guó)產(chǎn)毫米波雷達(dá)芯片供應(yīng)商產(chǎn)品布局

來源：佐思汽研《2023年汽車自動(dòng)駕駛傳感器芯片產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告》

4D毫米波雷達(dá)在中高端車型及自動(dòng)駕駛車型中快速滲透，寶馬、通用等主機(jī)廠，大陸、采埃孚等Tier 1 都完成了該領(lǐng)域的布局。理想、長(zhǎng)安、比亞迪、吉利等多個(gè)國(guó)產(chǎn)品牌已經(jīng)定點(diǎn)或量產(chǎn)搭載4D毫米波雷達(dá)，特斯拉下一代HW4.0自動(dòng)駕駛平臺(tái)搭載“ Phoenix” 4D成像雷達(dá)更是成為市場(chǎng)引爆點(diǎn)。

傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)芯片領(lǐng)域，英飛凌和NXP幾乎處于壟斷地位，而4D成像雷達(dá)作為毫米波雷達(dá)的主要發(fā)展方向，可以更好服務(wù)城區(qū)NOA等高階自動(dòng)駕駛功能，國(guó)產(chǎn)廠商也正加快部署4D毫米波雷達(dá)芯片。

加特蘭：2022年12月公布了下一代全新毫米波雷達(dá)SoC芯片系列——Andes，可實(shí)現(xiàn)4D成像雷達(dá)功能，促進(jìn)L3+級(jí)自動(dòng)駕駛發(fā)展，核心特點(diǎn)包括：

·采用22nm制程的4T4R SoC芯片

·多核CPU，含DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）與RSP（雷達(dá)信號(hào)處理器）

·帶RGMII/SGMII的千兆以太網(wǎng)

·支持靈活級(jí)聯(lián)

·滿足ASIL-B & AEC-Q100 Grade 1要求

牧野微：4D毫米波雷達(dá)芯片領(lǐng)域的初創(chuàng)公司，專注于4D高精度成像雷達(dá)領(lǐng)域。2022年12月，成功研發(fā)首款77G毫米波雷達(dá)芯片；2023年3月，獲得“1SO-26262功能安全體系最高等級(jí)ASIL-D認(rèn)證”；2023年4月，完成億元Pre-A輪融資，融資資金將用于芯片產(chǎn)品化的持續(xù)投入和Alpha客戶的量產(chǎn)交付。

02

激光雷達(dá)芯片

2022年以來，激光雷達(dá)上車數(shù)量大幅增長(zhǎng)，中國(guó)乘用車激光雷達(dá)裝車量約17萬顆，激光雷達(dá)主要應(yīng)用于L2+++（具備高速+城區(qū)NOA功能）乘用車及Robotaxi，多為25萬元+高端新能源車，預(yù)計(jì)2026年中國(guó)乘用車激光雷達(dá)裝車量將超過370萬顆。若激光雷達(dá)需配套至15萬元級(jí)別乘用車，仍然需要更大幅度的降本，短期來看可能難以實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)入2023年，激光雷達(dá)價(jià)格戰(zhàn)打響，出貨價(jià)格已大幅降至500美元上下，但相對(duì)4D毫米波雷達(dá)200-300美元的價(jià)格仍然偏貴。下一步，激光雷達(dá)將通過SoC芯片化以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步集成和持續(xù)降本。

收發(fā)芯片集成化

激光雷達(dá)要實(shí)現(xiàn)大批量裝車首先要控制成本，各廠商激光雷達(dá)路線不同導(dǎo)致成本也會(huì)有所差異，但是收發(fā)芯片是主要的成本構(gòu)成，將收發(fā)芯片集成化可以有效降低激光雷達(dá)的成本。

·發(fā)射芯片：將集成模組替代分立式模組，可大幅降低物料成本和調(diào)試成本，降本幅度達(dá) 70% 以上；

·接收芯片：SPAD方案尺寸小，利于和readout電路集成，可以進(jìn)一步降低成本。

禾賽科技：近些年一直致力于激光雷達(dá)的芯片化開發(fā)，禾賽科技從2018年開始研發(fā)激光雷達(dá)SoC芯片，規(guī)劃了V1.0、V1.5、V2.0、V3.0等多代核心收發(fā)單元芯片化的發(fā)展戰(zhàn)略。其中芯片化V2.0中接收端由SiPM升級(jí)為SPAD陣列，實(shí)現(xiàn)在CMOS工藝下的探測(cè)器和電路功能模塊的集成；V3.0架構(gòu)預(yù)計(jì)完成VCSEL面陣驅(qū)動(dòng)芯片以及基于SPAD探測(cè)器的面陣式SoC芯片開發(fā)。

·禾賽科技遠(yuǎn)距離半固態(tài)激光雷達(dá)AT128，搭載了自研車規(guī)級(jí)芯片，單個(gè)電路板集成了128個(gè)掃描通道，實(shí)現(xiàn)了芯片化固態(tài)電子掃描。

·禾賽科技新一代全固態(tài)補(bǔ)盲雷達(dá)FT120，單個(gè)芯片集成了由數(shù)萬個(gè)激光接收通道組成的面陣，實(shí)現(xiàn)了激光發(fā)射與接收????完全通過芯片完成，總元器件數(shù)量相比傳統(tǒng)激光雷達(dá)大大減少，相比AT系列更具性價(jià)比。

·禾賽科技新一代艙內(nèi)激光雷達(dá)ET25，采用禾賽自研的新一代的自研收發(fā)芯片，更先進(jìn)的激光收發(fā)模塊使ET25接收芯片靈敏度有數(shù)倍的提升，從而針對(duì) 10% 反射率的物體，將905nm激光雷達(dá)的測(cè)距能力提升到250m以上。

禾賽科技FT120

單芯片激光雷達(dá)方案

激光雷達(dá)降本需要利用光子集成工藝對(duì)各光電器件進(jìn)行集成，且正在從異質(zhì)材料集成向單芯片集成演進(jìn)。單芯片集成就是對(duì)制作好的硅晶圓開槽，直至單晶硅襯底，而后使用選取外延的方式在單晶硅襯底上生長(zhǎng) III-V 族材料，雖然生產(chǎn)工藝難度大，但具有損耗低、易于封裝、可靠性強(qiáng)、集成度高等諸多優(yōu)點(diǎn)。

2023年初，Mobileye首次對(duì)外展示了下一代FMCW激光雷達(dá)，準(zhǔn)確來說是激光雷達(dá)單芯片SoC，1320nm波長(zhǎng)，產(chǎn)品基于英特爾的芯片級(jí)硅光子技術(shù)工藝生產(chǎn)，可以同時(shí)測(cè)量距離和速度。

芯片化的硅光FMCW固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)路線可能成為未來激光雷達(dá)發(fā)展的優(yōu)選方向，其關(guān)鍵技術(shù)包括FMCW、固態(tài)色散掃描和硅光技術(shù)等。作為新技術(shù)路線，F(xiàn)MCW激光雷達(dá)仍然有大量技術(shù)難題需要克服，除了國(guó)外的Mobileye、Aeva、Aurora等廠商外，國(guó)內(nèi)已有映訊芯光、洛微科技等廠商布局。

CIS向著高像素發(fā)展

隨著高級(jí)別自動(dòng)駕駛的發(fā)展，對(duì)車載攝像頭的成像質(zhì)量要求也越來越高。一般來說，攝像頭的像素越高，成像質(zhì)量就越好，整車廠商/自動(dòng)駕駛方案商就可以得到更多的有用信息。800萬像素?cái)z像頭上車速度加快，2023年初上市的小鵬P7i在智能輔助駕駛方案中，就搭載了800萬像素的輔助駕駛攝像頭。

對(duì)800萬像素高分辨率攝像頭需求最迫切的應(yīng)用場(chǎng)景是前視，目前車載CIS主流供應(yīng)商都已成功部署800萬像素的CIS產(chǎn)品。

主要廠商800萬像素CIS產(chǎn)品

來源：佐思汽研《2023年汽車自動(dòng)駕駛傳感器芯片產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告》

思特威：2022年11月推出SC850AT，支持830萬像素分辨率，采用思特威創(chuàng)新的SmartClarity-2成像技術(shù)架構(gòu)，升級(jí)的自研Raw域算法能有效地保護(hù)圖像細(xì)節(jié)信息，從整體上提升圖像效果，除支持Staggered HDR外，還支持思特威特有的PixGain HDR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)140dB高動(dòng)態(tài)范圍，能夠捕捉更為準(zhǔn)確的圖像信息，保障了其在復(fù)雜的光照條件下仍然擁有準(zhǔn)確捕捉亮部和暗部細(xì)節(jié)的能力。

ISP：向著集成化演進(jìn)

ISP有獨(dú)立和集成兩種方案。其中獨(dú)立的ISP芯片性能強(qiáng)大，但成本高，而集成型的ISP具有成本低、面積小、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，但處理能力相對(duì)較弱。近年來各大廠商除了布局集成ISP的CIS，也在積極布局集成ISP的SoC。

集成ISP的CIS：將ISP集成到CIS中可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約空間、降低功耗的目的。主要是一些CIS頭部企業(yè)推出相關(guān)方案。豪威科技2023年1月發(fā)布了360度環(huán)視系統(tǒng)（SVS）和后視攝像頭（RVC）的全新130萬像素OX01E20系統(tǒng)級(jí)芯片（具備業(yè)界領(lǐng)先的140dB HDR和LFM），搭載了3微米圖像傳感器、高級(jí)圖像信號(hào)處理器（ISP）以及全功能失真校正/透視校正（DC/PC）和屏幕顯示（OSD）。

來源：豪威科技

集成ISP的SoC：將ISP從CIS中移除，直接集成到自動(dòng)駕駛主控SoC中，可顯著降低感知硬件的成本，而攝像頭取消 ISP 既可以解決高像素?cái)z像頭帶來的嚴(yán)重散熱問題，也可以幫助車載攝像頭進(jìn)一步縮小電路板尺寸、降低功耗。自動(dòng)駕駛域控SoC基本都集成了ISP模塊。

編輯：黃飛

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