毫米波雷达行业深度研究:国产替代拐点已至
(报告出品方:申万宏源研究)
1.毫米波雷达持续降本推动渗透至中低端车型
1.1 降本主因:核心芯片工艺改进,成本下降 70%
毫米波雷达核心元器件主要是 MMIC、毫米波雷达专用处理器、PCB,占 BOM 比重 分别为 20%、30%、10%。毫米波雷达 MMIC 芯片集成了锯齿波发生器、合成器、功率 放大器 PA、低噪声放大器 LNA、滤波器、模数转换器 ADC 等器件;主要作用是产生并放 大、接收毫米波信号,最后将毫米波信号转化为数字信号。毫米波雷达专用处理器集成了 CPU、雷达信号专用处理单元、存储(SRAM、Flash、DDR/LPDDR),其中雷达信号专 用处理单元可以是 FPGA、DSP、或者专用单元。
从毫米波雷达工作流程也可以看出,“MMIC”芯片和“雷达专用处理器”是毫米波 雷达最核心的两大元器件。以 77GHz 车载毫米波雷达为例,MMIC 芯片上的锯齿波发生器 和合成器生成 25.3-27GHz 周期性的 Chirp 信号,经过 3 倍频器将 Chirp 信号的频率变换 为 76-81 GHz,一部分信号被传输至混频器另一部分传输至移相器将信号的相位移动一定 角度,再经过功率放大器(PA)放大信号之后通过发射天线将 Chirp 信号发射到远方物体 上,经过物体反射由接收天线接收反射回来的信号。反射回来的信号经过低噪声放大器 (LNA)放大天线接收到的信号并且降低噪声干扰之后,传到混频器将 Rx 信号和 Tx 信号 进行混频得到 IF 中频信号,传输到低通滤波器(用于限制信号,仅允许频率之差的信号通 过),通过 ADC 进行采样和模数转换最终将中频信号转化为数字信号——以上所有过程由 MMIC 芯片器件完成处理。之后,数字信号再传输到集成了 DSP 和 MCU 的毫米波雷达专 用处理器上经过算法计算出距离、速度、方位角和俯仰角,并进行目标分类和识别。
MMIC 芯片工艺改进(GaAs-SiGe-CMOS)推动车载毫米波雷达系统成本持续下行 至初代工艺对应成本的 30%。(1)GaAs 工艺时代(1990-2007):早期 PCBA 上大部 分的器件都可以使用硅来制造,只有射频部分没有办法使用,主流都是采用砷化镓(GaAs) 的工艺来制造;由于砷化镓工艺所需要的材料比较稀缺,不管是材料成本和制造成本都比 较高,对于生产线的要求也很高。因此在 2009 年之前,毫米波雷达中的前端射频芯片最初 也是使用的 GaAs 工艺,而且集成度很低,一个毫米波雷达只需要 7-8 颗 MMICs、3-4 颗 BBICs,所以前端射频芯片成本非常高占毫米波雷达整体成本大约 40%左右。(2)SiGe 工艺时代(2007-2017):SiGe(锗硅)拥有硅工艺的集成度、良率和成本优势,从 2009 年开始 SiGe 工艺逐渐代替 GaAs 工艺,毫米波雷达前端射频芯片的集成度大幅提升,一个 毫米波雷达只需要 2-5 颗 MMICs、1-2 颗 BBICs,毫米波雷达整个系统成本降低 50%,其 中前端射频芯片 MMIC 占总成本比重从 40%下降至 36%。(3)CMOS 工艺时代(2017 年至今):最初 CMOS 工艺没法用在毫米波雷达芯片,是因为不能工作在高频中,以 180nm 为例,SiGe 可以工作在 180GHz 以上,而 CMOS 工作频率只能达到 40GHz;直到 2010 年工艺进步到 40nm,才使得 CMOS 用于 77GHz 毫米波雷达成为可能。由于 CMOS 晶圆价格非常便宜(SiGe 是 8 英寸晶圆,CMOS 是 12 英寸晶圆,1 个 12 英寸晶圆比 8 英寸 晶圆产出的芯片数量要多很多,SiGe 单颗芯片成本比 CMOS 高约 20%)而且集成度非常 高(可以把 MMIC 和数字处理芯片同时集成到一起),一个毫米波雷达只需要 1 颗 MMIC 芯片、1 颗 BBIC 芯片;CMOS 工艺与上一代 SiGe 相比,毫米波雷达整体系统成本进一步 下降了 40%,其中 MMIC 占系统总成本比重从 36%下降至 18%。(4)SoC 时代(2019 年至今):还会带来 30%的成本降低,而 CMOS AiP(封装天线)将会让成本进一步下降。
1.2 降本次因:国产突破,打破垄断利润
国内 77GHz 毫米波雷达启动是在 2015 年,国内最早量产国产 24GHz 毫米波雷达是 在 2018 年,国产厂商最早量产国产 77GHz 毫米波雷达是在 2019 年。2015 年左右,NXP 向国内少数本土企业开放 77GHz CMOS 毫米波雷达芯片,国产毫米波雷达的征程由此开 始。2016 年 TI 向任意客户全面开放 77GHz CMOS 毫米波雷达芯片,引发了第一波车载 毫米波雷达创业热潮。2018 年,以森思泰克、华域汽车为代表的国产毫米波雷达厂商率先 量产 24GHz 毫米波雷达。2019 年森思泰克、纳瓦电子率先量产 77GHz 毫米波雷达,随 后华域汽车、德赛西威、楚航科技等国产厂商也陆续量产 77GHz 雷达。从 2018 年以来毫米波雷达价格呈现持续下降趋势,主要由于雷达获得国产突破,国 内厂商将长期占据垄断地位的海外雷达厂商价格打了下来。目前角雷达单价大约 250 元, 普通 3D/4D 前雷达单价大约 500 元,4D 成像毫米波雷达单价大约 1500 元,而 4D 成像 雷达价格将从 1500 元下降至 1000 元左右。
1.3 降本次因:77GHz 全面替代 24GHz
77GHz 毫米波雷达必然将完全取代 24GHz 毫米波雷达,一方面是因为性能上:77GHz 毫米波雷达的波长比 24GHz 更小,并且可用带宽比 24GHz 更大,从原理上来讲 就可以实现更好的性能。A.波长差异:77GHz 毫米波波长是 3.9mm,24GHz 毫米波波长 大约 12.5mm。B.可用带宽差异:76-77GHz 有 1G 频段可以用,而 77-81 有 4G 频段可 以用;而在 24GHz 这个频段只有 250M 可以用。上述两个原理上的差异会直接导致以下 性能指标上的差异:(1)距离分辨率:扫频带宽越宽,距离分辨率越小。77GHz 的扫频带宽是 24GHz 的 4 倍甚至 16 倍,77GHz 毫米波雷达能够实现更小的距离分辨率,性能更好。实际上,77GHz 雷达可实现的距离分辨率通常为 4cm,24GHz 雷达分辨率为 75cm。(2)速度分辨率:假设帧周期相同,和波长越小,速度分辨率越小。77GHz 的波长 是 24GHz 的 1/3,所以 77GHz 毫米波雷达的速度分辨率要比 24GHz 精细 3 倍以上。(3)角分辨率:假定 PCB 面积相当,那么角分辨率是和 PCB 天线阵的电尺寸大小是 正相关的。在相等的 PCB 面积下,波长越小,能够摆放的天线和天线阵就越大(因为天线 间距一般设为波长的一半),所以能够提升角分辨率。
另一方面是因为从成本上讲,77GHz 雷达工作波长变小,对应雷达天线尺寸和口径变 小能够让雷达尺寸变小进而成本降低。天线间隔一般取波长的一半,而 77GHz 的电磁波波 长是 24GHz 的 1/3,因此整体天线阵列尺寸也可以分别在长和宽上减小约 3 倍。
1.4 2025 年中国市场规模预计 204 亿
2021 年中国乘用车前雷达、后角雷达、前角雷达的前装渗透率分别为 34%、14%、 2%。2021 年中国乘用车前装毫米波雷达出货量总计 1360 万颗,同比+42.3%,其中:前 雷达 692 万颗,同比+27%,渗透率为 33.9%。角雷达 668 万颗,同比+63%,其中:后 角雷达 580 万颗,渗透率 14%;前角雷达 88 万颗,渗透率 2%。
预计行泊一体 5V5R 方案占比提升+ADAS 渗透率提升将带动中国乘用车毫米波雷达 市场规模从 2021 年的 52 亿升至 2025 年的 204 亿。2021 年,L1 级 ADAS 系统的主流 感知方案 1R1V 和 1R 的市场份额开始萎缩,3R1V 方案(1 个前雷达+2 个后角雷达)占比上升;L2 级 ADAS 系统感知方案中,1R1V 份额下滑,但仍然是市场主流,3R1V 占比 上升,5R1V 方案(1 个前雷达+2 个后角雷达+2 个前角雷达)逐步增长。根据下表中的假 设,我们计算得到 2021 年中国乘用车毫米波雷达市场规模为 52 亿,其中前雷达 35 亿, 后角雷达 14 亿,前角雷达 2 亿;我们预计 2025 年毫米波雷达市场规模为 204 亿,其中 前雷达 92 亿(4D 成像雷达占 48 亿),后角雷达 67 亿,前角雷达 45 亿。
2.雷达的两大难点:设计和量产
雷达设计能力核心体现在天线设计和软件算法两个环节。天线设计是各家雷达厂商能够做出差异化的关键环节之一,决定了方位角和俯仰角性 能(视场角、角分辨率、角度精度)。以天线布局设计为例:同样是 3 发 4 收雷达,大陆 集团、维宁尔、采埃孚在天线阵列设计上就很不一样,水平和垂直方向上的天线间隔和天 线数量不同,进一步影响了方位角和俯仰角性能(视场角、角度精度、角分辨率,具体关 系见最后一节附录中的公式)。例如大陆集团 3 发 4 收 MRR 虚拟阵列水平孔径有 31 个单 位,垂直孔径有 2 个单位;Veoneer 的 3 发 4 收 SRR 水平孔径有 13 个单位,垂直孔径有 2 个单位——这两款雷达物理天线数量都是相同的,但是对应虚拟阵列水平孔径不同,是 由天线布局上的差异带来的。
软件算法包括信号处理算法和数据处理算法,分别针对“信号处理”和“数据处理” 两个雷达计算环节,前者在 DSP 上计算,后者在 MCU 上计算。“信号处理”环节是将 ADC 采样后的原始数据计算处理转化为点云数据的过程;“数据处理”是对点云数据处理 的过程,包括追踪、目标分类、数据融合等环节以及更上层的 ACC/AEB/BSD 等应用算法。举例说明算法对雷达性能的影响:(1)案例 1-超分辨算法:如何提升雷达角分辨率 是各家雷达厂商最关注的问题之一,为了提升角分辨率最近超分辨算法开始从深度学习视 觉领域应用到雷达领域(超分辨算法主要作用是把低分辨率图像转化为高分辨率图像)。(2)案例 2-虚拟孔径成像算法:雷达初创公司傲酷利用虚拟孔径成像算法,其 6 发 8 收 的 2 片级联雷达 EAGLE 宣称可以达到 0.5°方位角分辨率,1°俯仰角分辨率,而大陆集团 12 发 16 收 4 片级联的雷达方位角分辨率为 1°,俯仰角分辨率为 2.3°,傲酷硬件配置更低 但通过软件算法将角分辨率等表观性能指标做到比硬件更强的雷达还要好的性能。毫米波雷达软件人员配置远大于硬件人员配置,由此可见软件算法对毫米波雷达的重 要性。凌波微步创始人于胜民认为在毫米波雷达总成本里算法大概占 70%,硬件占 30%。从毫米波雷达公司人员配置上来说,研发人员中软件人员:硬件人员大概是 5:1 的比例。由此可以看出软件算法在毫米波雷达研发中的重要程度。
量产主要是指生产制造能力,良率直接影响了产品成本,多家雷达厂商创始人都认为 如何把雷达良率做高、成本做到足够低是最难的环节。纳瓦电子总裁李建林提到过:“如果将供应商能力的满分数设置为一百的话,研发占 三十分,生产则占七十分”。产品的直通率(从物料加工到组装成品一次性成功合格品的 比率)和良率直接决定了产品的稳定性可靠性和成本的高低。从行业来看,目前业内的产 品直通率为 70-80%左右,纳瓦电子的直通率在 2020 年 10 月已经达到 97%。楚航科技创始人楚咏焱也在高工智能汽车会议上提到过“毫米波雷达的性能倒不是最 难的,其实如何把价格做到最便宜把良率做到最高是比较难的”。小批量的雷达产品样件 是容易的,但是实现量产是件门槛很高的事,不仅需要严格把控品质,将产线调试跑通, 还要做到快速标定,以保证产品品质的一致性。形成“产能上升-良率上升-BOM 成本下降 -销量上升”的正循环,可以使得雷达价格足够便宜,目前楚航能做到 97-98%的良率。森思泰克创始人秦屹也说过:“搞明白雷达怎么研发只是第一步,而后续的测试流程 和量产与质量管控体系才是重中之重(雷达的研发、测试和制造流程)”。
3.为什么此前国产替代进展缓慢?
竞争格局:前雷达和角雷达前五都是海外 Tier1;而且前雷达集中度明显高于角雷达, 门槛更高,CR3 份额分别为 80%和 60%,CR5 份额分别为 98%和 85%。前雷达集中度 高于角雷达说明前雷达行业门槛和竞争难度明显高于角雷达。角雷达也成为国产厂商相对 而言容易突破的细分市场,森斯泰克在角雷达市场排名第 6(国内本土厂商中排名第 1), 但是在前雷达市场份额却几乎为 0。
由于 2015 年之前雷达芯片禁售,因此中国毫米波雷达起步时间比国外晚了近 17 年, ——这是导致目前国内雷达市场仍由国外 Tier1 主导的最根本原因。国外车载毫米波雷达起步于 1998 年,历经 24GHz、77GHz、4D 雷达、4D 成像雷 达四个阶段。(1)24GHz 雷达:1998 年 24GHz 毫米波雷达首次搭载在奔驰上,国外 24GHz 毫米波雷达由此起步。(2)77GHz 雷达:2010 年 77GHz 雷达 MMIC 问世,相较于 24GHz 毫米波雷达,77GHz 能够让雷达尺寸变小进而成本降低,另外能够多集成几个通道,性能 大幅提升,这是汽车雷达大规模量产装车的重要里程碑。(3)4D 雷达:在 2015 年之前 毫米波雷达只能获得 3D 信息(距离、速度、方位角)只能做水平探测,不能获得高度信息;到 2015 年大陆博世发布第四代雷达,整个雷达行业进入 4D 雷达时代,相比于 3D 雷达新 增俯仰角,从而能够获得高度维度信息。(4)4D 成像雷达:2020 年 9 月大陆发布成像 雷达大陆 ARS540,雷达开始进入 4D 成像时代,雷达从此可以生成相对密集的点云,毫米 波雷达作用也从对外输出目标变为对周围环境建模。
国内毫米波雷达起步于 2015 年,2018 年少数几家厂商开始量产 24GHz 雷达,2019 年量产 77GHz 雷达,在第五代成像雷达上仍然是追赶状态。相比之下,国内厂商从 2015 年才逐步拿到毫米波雷达芯片开始研发 24GHz 毫米波雷达,此时国外已经量产第四代 4D 雷达而且开始着手研发第五代 4D 成像毫米波雷达。在 4D 成像毫米波雷达上,2021 年大 陆集团已经量产 ARS540,采埃孚 4D 成像雷达 2022 年也已经搭载到上汽飞凡 R7,博世 进展稍慢在 2021 年 10 月首次展示了第五代雷达(至尊版),但是没有公布具体量产时间;而绝大多数国内 Tier1 仍在研发中,仅少数厂商拿到 4D 成像雷达定点(例如福瑞泰克拿到 吉利路特斯定点并预计 2022 年底量产,楚航科技也将在 2022 年底量产)。
另外,还需要特别说明的是:前雷达市场的国产替代难度比角雷达市场更高(因此前 雷达市场集中度更高),主要因为前雷达涉及到控制功能和功能安全。一个完整的 ADAS 系统涉及感知、决策规划、控制执行三大环节,角雷达更多是辅助功能,前雷达会涉及到 控制功能,所以前雷达漏报率和误报率要求比角雷达要求更高,前雷达的进入门槛也高于 角雷达。具体而言,角雷达提供的是 BSD(盲点监测)、LCA(变道辅助)、RCTA(后方 交通穿行提示)、DOW(开门预警)、RCW(后向碰撞预警)、FCTA(前方交通穿行提 示)、FCW(前防撞预警)等预警性功能,最终输出的结果是警告提示;而前雷达提供的 是 AEB(紧急刹车制动)、ACC(自适应巡航),最终输出的结果是进行刹车、加减速等 控制功能。因此国内本土毫米波雷达厂商通常是从“乘用车角雷达”市场开始切入,再切入“商 用车前雷达”市场(重卡和客车强制性安装),最后进入“乘用车前雷达”市场。
4.雷达国产替代时机已至
虽然此前毫米波雷达国产替代进展缓慢,但是我们认为从现在开始国产毫米波雷达厂 商替代国外厂商的时机已经成熟,主要因为:原因 1:行泊一体趋势已经确定,我们预计行泊一体渗透率将从 5%(2022 年)提升 至 45%(2025 年)。行泊一体是从 2022 年下半年兴起的行业趋势,之前行车系统和泊 车系统各自用一套独立的传感器和控制器,感知单元和算力都是独立的无法复用;行泊一 体就是把行车和泊车算法同时运行在一个 SoC 上,同时实现算力和传感器的深度复用,整 体成本相较于行车和泊车两套系统的形式可以节省 20-30%。
行泊一体对于雷达国产替代的意义在于:行泊一体趋势让国产系统厂商开始掌握行车 系统话语权;如果行车系统仍由海外 Tier1 把控,那么和系统一起搭售的毫米波雷达是不 可能用国产厂商的,必然会用海外 Tier1 自己的雷达。国外在行泊一体方案上比国内反应 慢,至今仍然没有 5V5R 行泊一体方案储备应对已经火起来的市场趋势。可以看到博世 5V5R 行泊一体方案预计于 2024 年量产。博世与文远知行合作开发的 L2+级别高阶智能驾 驶方案(覆盖城市、高架以及高速等应用场景)已获得定点,预计将于 2023 年量产,但是 是基于大算力域控制器(5R13VxL)而非 5V5R 低算力行泊一体方案。
原因 2:国内雷达性能已经和国外大厂接近。理想汽车已经搭载了森思泰克的前雷达 和角雷达。此前 2021 款理想 ONE 采用的是博世第五代毫米波雷达,但是由于芯片短缺, 理想汽车也找到国内头部毫米波雷达公司森思泰克进行补充。2019 年森思泰克在研车载雷 达项目 16 个,2021 年定点车型 100 多个。森思泰克全套 5R 毫米波雷达解决方案已经拿下两家国内排名前三的头部车企定点,并且分别在 2022 年底和 2023 年 Q2 末量产上市。楚航科技也已经获得长城汽车、长安、奇瑞、哪吒汽车、零跑汽车等 30 多家整车厂 50 多 款车型的前装定点(其中哪吒和零跑定点项目包括前雷达)。德赛西威毫米波雷达也已经 在奇瑞、通用五菱量产。国产雷达逐渐在一线自主品牌和新势力拿到定点并且量产,说明 国内雷达产品和国外同级别产品相比性能已经十分接近。
原因 3:海外厂商较为封闭,不开放雷达原始数据。大陆、博世的第四代和第五代毫 米波雷达既提供目标数据(Object 数据)也提供更原始的点迹数据(Cluster 数据)输出;其中 Cluster 数据是经过 CFAR 采样后得到的目标的原始信息(位置、速度、信号强度等), Object 数据是将 Cluster 数据经过识别算法、跟踪算法处理之后对目标的识别结果(车、 人、自行车等),因此输出 Object 数据需要消耗更多的算力。由于 Cluster 数据保留了更 多的原始信息,因此能够检测的目标数量也更多,以大陆集团 ARS408 为例,Cluster 模式 可以检测的目标数量最多可达 250 个,而 Object 模式可以检测与跟踪的目标最大数量为 100 个。蛮酷科技联合创始人朱旻提到:“外资企业与自主品牌车企合作过程中存在技术 壁垒。有些中国客户要求外资毫米波雷达提供更多的目标数据,但外资品牌不够开放,无 法提供更多的目标数据。但国产毫米波雷达厂商就可以满足自主品牌车企的这些需求。”
5.份额终局的关键:竞争策略的不同
5.1 芯片选型是前提
普通的 3D/4D 毫米波雷达大家芯片选型几乎没有什么差异,大部分厂商都是用的英飞 凌、NXP、TI 等大厂的芯片;但是在 4D 成像雷达上中游厂商的芯片选型出现了分化,对 中游厂商 4D 成像毫米波雷达的产品竞争力有至关重要的影响。因此先就主流的芯片厂商产 品做简单介绍,方便阐述中游厂商竞争力。英飞凌、NXP、TI 三家雷达芯片中,英飞凌和 NXP 于 2020 年发布 4D 成像雷达方案, TI 在 2018 年就开始提供基于 AWR2243 的 4 片级联方案,是三家中最早布局 4D 成像毫 米波雷达的厂商。
英飞凌 MMIC 有 RXS8156、RXS8157、RXS8161、RXS8162,都是基于 SiGe 工 艺;今年新发布 CTRX8181,基于 28nmCMOS 工艺。英飞凌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 77 GHz 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 发 4 收。2020 年英飞凌发布 RXS816x,可以支持 4D 雷 达级联,3 发 4 收方案。2022 年 11 月英飞凌发布新一代 CTRX8181 收发器,4 发 4 收, 这也是英飞凌发布的首款采用 28nm CMOS 工艺的 MMIC,此前英飞凌所有的 MMIC 都 是 130nm SiGe 工艺,CTRX8181 的发布说明英飞凌直接跳过了 40/45nm CMOS 工艺 。
在毫米波雷达专用 MCU 上,英飞凌主要有 TC3x 和 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 片/5 片 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。但是英飞凌在 4D 成像毫米波雷达领域布局缓慢,导致英飞凌在这一市场落后于 TI 和 NXP。2019 年 12 月 19 日,英飞凌和傲酷达成战略合作,英飞凌准备使用傲酷虚拟孔径 成像软件提升 77GHz 单芯片毫米波雷达的角分辨率性能。
NXP 目前主推的 MMIC 芯片一共有两代:TEF81XX 和 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 和 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 年 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 发 3 收、中端 2 发 4 收、高端的 3 发 4 收。2020 年 NXP 发布了新一代 MMIC 芯片 TEF82 系列,3 发 4 收。
NXP 在毫米波雷达专用处理器的市场份额高达 50%,先后推出了 MPC5775K、 S32R27x、S32R37x、S32R29x、S32R45、S32R41 等产品。S32R27 单价为 14-17 美元/颗,S32R37 单价 10-12 美元/颗。在 S32R 出来之前,毫米波雷达的系统设计是非 常复杂的,需要中游雷达厂商自己把 ADC、DAC 和做信号处理的 FPGA、存储大量雷达数 据的 SRAM、用于安全的 MCU 贴在一个 PCB 板上,恩智浦的 S32R 的出现解决了这个问 题,把信号处理器、安全 MCU、SRAM 都集成为一片,毫米波雷达处理器的集成度大幅提 升。整个 S32R 系列的雷达专用处理器最核心的在于 SPT 计算单元,专门用于雷达信号处 理加速。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 片 MMIC 级联;41 系列新 版本芯片在 2022 年底量产,支持 2 片 MMIC 级联。S32R45 相比 S32R41 增加了 LAX 矩 阵加速器,拥有 300 GFLops 算力,可以支持超分辨算法计算。
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。沿着横轴从左到右 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 做 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(2018 年 TI 就开始提供基于 AWR2243 的 4 片级联方案),用 AWR2943 和 AWR2944 做高端前 角雷达和前雷达(2022 年 1 月发布)。
TI 芯片出现“弱化 DSP 加强 HWA”的趋势,信号处理环节有可能变为标准品,存在 中游雷达厂商能够进行差异化竞争的环节之一被上游剥夺的风险。在 TI 的第一代产品中, 信号处理和数据处理的计算任务几乎都是由 DSP 承担,MCU 只是承担简单的配置、控制 和管理任务;但是到了 TI 的第二代产品,DSP 的作用被弱化(由上一代的 C674 核心换成 了 C66 的核心,处理频率从 600MHz 变为 360MHz),信号处理部分计算任务几乎都由 HWA 承担,另外 ARM 被加强(不仅用于配置和控制,还可以用于数据处理),进一步削 弱了 DSP 的作用。TI 毫米波雷达芯片上的 HWA 实际上是将许多先进信号处理算法固定下 来,将信号处理环节逐渐变为“标准品”。
Arbe 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 达芯片组 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 发 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 发 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。
Arbe 已经确定了 5 家 Tier1 和车厂客户:维宁尔、法雷奥、经纬恒润、威孚高科,北 汽集团的 L2+车型将搭载基于 Arbe 芯片的雷达;另外还有 2 家非汽车前装客户,即中国 L4 无人出租车公司 AutoX 和瑞典公司 Qamcom。其中:维宁尔选用 Arbe 的 Phoenix 芯片组做前雷达、用 Lynx 芯片做角雷达,预计将于 2023 年年中进入预生产阶段;经纬恒 润和威孚高科的毫米波雷达将在 2023 年中量产,其中经纬恒润向 Arbe 订购了 34 万个芯 片组;AutoX 预计将在 5 年内将 40 万个基于 Arbe 芯片的雷达集成到 L4 无人出租车队中。公司预计上述客户能够在未来带来每年 40-100 万片的需求量。之前媒体报导特斯拉曾经 想选用 Arbe 的 Phoenix 芯片来做毫米波雷达,但是之后特斯拉又放弃了这一方案,改为 自研的 6 发 8 收 4D 成像毫米波雷达方案。
我们认为 Arbe 单芯片实现超大规模虚拟阵列的路线优势在于可以形成致密点云,但 是关键在于价格是否能控制在比多芯片级联方案更低的水平,这主要取决于 Arbe 芯片销 量,Arbe 预计 3 年内芯片单价将从 260 美元降低至 111 美元。根据 Arbe 披露的基于 Phoenix 芯片的毫米波雷达性能参数,Arbe 的 48 发 48 收方案和大陆集团 ARS540 用 4 芯片级联所实现的 12 发 16 收方案相比,在探测距离、视场角、角分辨率等指标上性能相当;而虚拟通道数量就好比是摄像头生成图像的像素数量,Arbe 虚拟通道数量 2304 个明 显要比大陆 192 个虚拟通道更多,因此点云更密集,前者大约是后者的 10 倍。Arbe 的硬 件设计已经决定了其性能比多芯片级联方案更有优势,但关键是性价比上如何超越多芯片 级联方案,如果 Arbe 能够在成本和价格上做到和大陆 ARS540 相当甚至更低,从逻辑上 推测 Arbe 是很有希望提升市占率替代多芯片级联方案的。根据 Arbe 在 2021 年 3 月投资 者日 PPT 上的数据,Arbe 预计远期基于 Phoenix 设计的前雷达价格能降到 150 美金/个, 基于 Lynx 设计的角雷达价格能降到 100 美金/个,2021 年大陆 ARS540 单价大约 200 美 元/个;并且预计当 2022 年雷达芯片销量在 5 万片时对应芯片单价 260 美元,当 2025 年 芯片销量 281 万片时对应芯片单价可降至 111 美元。
中国国产毫米波雷达芯片厂商走在最前面的是加特兰微电子。截止至 2022 年底加特兰 定点车型已经超过 50 款,车厂客户包括奇瑞、比亚迪、上汽、东风、智己、飞凡、蔚来、 赛力斯、极氪、通用等,2022 年全年出货量大于 250 万片,2021 年出货量 103 万片。针对车载毫米波雷达领域,加特兰微电子一共推出了 Alps 系列和 Andes 系列两个平 台,前者用于普通 3D/4D 雷达和舱内活体检测雷达,后者用于 4D 成像毫米波雷达。(1) Alps 系列:主要有 Alps、Alps-Mini、Alps-Pro 三类,Alps 用于普通单芯片 3D/4D 雷达, 有 2 发 4 收、4 发 4 收两类,另外还推出了 AiP 版 60GHz 和 77GHz 产品用于舱内活体检测;Alps-mini 是 AiP 版 60GHz 和 77GHz 舱内活体检测雷达,相比于 Alps 系列同类产品, 区别主要在于收发通道变为 2 发 2 收,因此尺寸功耗也相应减小;Alps-Pro 是 2022 年 12 月最新发布的新品,预计 2023 年 2 月送样,模拟、基带、数字三方面性能都较上一代 Alps 显著提升,探测距离更远、精度更高、分辨率更好,雷达点云数量大幅提升。(2)Andes 系列:Andes 是加特兰第三代雷达平台,专门针对高端 4D 成像雷达市场,预计 2023 年 Q2 送样,22nm 制程的 4 发 4 收 SoC 芯片,包含 MMIC(射频前端)、DSP(数字信号 处理器)与 RSP(雷达信号处理器)。
5.2 普通 3D/4D 雷达不同厂商的竞争策略
普通 3D/4D 毫米波雷达和 4D 成像毫米波雷达这两个市场不一样,所以分别来分析。首先是 3D/4D 毫米波雷达市场:策略 1:“价格优势+本地化服务优势”的打法(典型代表:绝大多数本土雷达厂商)。这是几乎所有国产毫米波雷达厂商都会采取的策略以及自带的优势。以目前获得国内角雷 达市场本土厂商第一的森思泰克为例,创始人秦屹在接受车东西采访时提到:“在角雷达 领域,其 BSD 雷达较 Tier1 巨头的产品能有 20%的价格优势,因此用价格优势率先突破 BSD 等提醒类 ADAS 功能的雷达市场”。承泰科技创始人陈承文曾经提到在 2018 年后装 预警雷达实现出货 3000 多颗之后,开始进入前装市场,这个时候,承泰再以低于对手 30% 左右的价格和更好的配套服务体系来抢占车企客户(资料来源:车东西)。凌波微步创始 人于胜民也提到“在产品性能上,客户直接拿我们和国外的品牌作对比,最后认可我们的 性能。同样性能产品,我们的价格可以降低 30%到 40%”。另外,承泰科技表示“基于国产加特兰雷达芯片方案,应用于商用车 FCW 前向雷达的方案,价格还可以继续下探 10% 左右。”
策略 2:前融合/中融合(典型代表:德赛西威、纵目科技、华为)。德赛西威的 L2+ 行泊一体方案 IPU04,其自研的毫米波雷达只输出点云数据,通过前/中融合的方式,做到 传感器和算力深度复用,从而提升系统整体性价比,以此路径实现毫米波雷达国产替代。在低速泊车领域,纵目科技推出的 HPP&AVP 产品基于 4 颗环视摄像头+12 颗超声波雷达 +4 颗自研的 4D 角雷达,纵目科技副总经理李旭阳提到“因为纵目毫米波雷达自研,因此 可以获得原始数据,从而可以通过将视觉数据和点云数据融合,把融合的结果做数据标记, 再利用特殊算法可以将识别精度做到 10cm 以下的水平,得到更好的物体识别”。华为在 2020 年 9 月北京车展期间提到华为“拥有自主研发的毫米波雷达,因此可以拿到毫米波雷 达最原始的点云数据,将三种传感器同时进行像素级前融合”。虽然大陆博世等国外 Tier1 的毫米波雷达也能同时输出 Cluster 点云数据和 Object 目 标数据,但是从点云数据到生成目标数据所需要经过的识别算法、跟踪算法是在 MCU 上 运行的,因此对于只需要 Cluster 点云数据的 L2+系统而言,带 MCU 的毫米波雷达实则浪 费了一片 MCU 的成本。这种情况下,ADAS 系统厂商出于智能驾驶系统算法特点的角度 自研不带 MCU 的毫米波雷达,可以节省系统整体成本,还可以提升系统性能。
毫米波雷达和视觉数据的融合分为三个层次:数据级融合、特征级融合、目标级融合;上述排序越靠前数据损失越少,但算力消耗越高。(1)数据级融合(前融合):指将雷达 点云和图像像素匹配。(2)特征级融合(中融合):指各类传感器仅完成障碍物的特征提 取但不进行跟踪,由融合算法来完成聚类和跟踪。(3)目标级融合(后融合):将摄像头 和毫米波雷达各自经特征提取后的障碍物结果(各传感器独立完成对目标的检测和跟踪) 再由融合算法输出一个最合适的属性进行输出,毫米波雷达提供的数据是一个目标物体列 表,每个目标物体都有对应的速度、距离、角度信息。对于 Tier1 而言,后融合便于做标 准模块化开发,只需要把接口封装好提供给车厂就可以实现即插即用。华为的毫米波雷达也针对不同算力域控制器支持 3 种架构:对接小算力域控,雷达仅 输出目标;对接大算力域控,所有跟踪处理在域控完成,仅输出 4D 点云;或点云+目标混 合输出模式。
除了上述商业策略上的差异,“先发优势”和“战略决策的前瞻性”也是在竞争中能 够突围的关键原因,典型如目前国内本土毫米波雷达 Tier1 中份额排名第一的森思泰克。森思泰克总经理秦屹表示,TI 2016 年在行业内率先推出高度集成的 AWR1642,是第一家 采用 CMOS 工艺,将雷达前端和处理器集成在单芯片中。从 2017 年起,森思泰克就采用 德州仪器第一代车载毫米波雷达 AWR1642,基于 1642 芯片,2019 年森思泰克在国内 实现了第一个前装 77G 车载毫米波雷达的量产上市。也正因此当森思泰克推出采用单芯片 的 77GHz 毫米波雷达时,“大部分竞争对手还采用 24GHz”,无论性能、成本等方面都 具有明显代差优势,也使得森思泰克作为新入局者可以迅速抢占市场。2018 年,森思泰克 在北京车展上推出了第一个 4D 成像角雷达产品。到了 2021 年,森思泰克与长安汽车达成 了 4D 成像前向雷达定制与开发合作,此后的 2022 年又陆续与理想(前雷达和角雷达)、 红旗、吉利等公司达成多项合作,其中包括 4D 成像前向雷达,也包括了 4D 成像角雷达项 目。
5.3 4D 成像雷达不同厂商的技术路线之争
4D 成像毫米波雷达由于价格偏贵(目前 1500 元,未来 800-1000 元),因此目前主 要应用在 30 万价位及以上高级智能驾驶车型中,这种车型一般还会搭载激光雷达,大算力 域控制器、10+颗摄像头;待未来价格下降再往中端车型渗透去替代普通 4D 雷达。根据目前中游雷达厂商芯片选型方案,可以概括出 4D 成像雷达分为两条路线:
路线一:多芯片级联。将多颗 MMIC 级联形成大规模虚拟阵列,这是目前最主流的路 线,大陆(4 片级联)、博世(4 片级联)、采埃孚(4 片级联)、安波福、华为、森思泰 克、德赛西威、楚航科技、华域汽车、纳瓦电子等都是采用的多芯片级联方案,其中森思泰克、华域汽车既推出了 2 片级联又有 4 片级联雷达,纳瓦电子是 6 片级联 18 发 24 收方 案。多芯片级联方案优点在于前期开发难度低上市周期短,缺点在于成本偏高且量产门槛 高(量产难度体现在例如“中频同步”问题导致良品率偏低)。
路线二:单芯片超大规模虚拟阵列。在单颗 ASIC 芯片上实现超大规模虚拟阵列,这种 路线的典型代表是 Arbe 和 Mobileye 两家厂商,目前 Arbe 的产品已经可以商用,但是 Mobileye 仍在研发中预计最早 2025 年量产,而且 Mobileye 更有可能作为 Tier1 直接提 供雷达而非定位 Tier2 向雷达厂商提供雷达芯片(2023 年 1 月 Mobileye 宣布和台湾启碁 科技合作生产毫米波雷达)。九章智驾有文章指出这种路线的挑战主要在于“如何在极小 的密闭空间里布置那么多天线”、“天线之间干扰问题”、“ASIC 芯片之上算法固化问题” 等。还有一家厂商 Unhder 也是这种路线,Unhder 由麦格纳支持,单片 16 发 12 收,但 是其波形调制方式比较特殊,是 PMCW(调相连续波)方式,而非主流 FMCW(调频连 续波)方式,缺点在于系统设计复杂、增加成本、损失动态范围等。
路线二相较于路线一最大优势在于点云数量更加密集,但主要障碍在于价格偏高(约 $550 元 VS ¥1500 元),2025 年价格若能下降到 150 美金一颗,则路线二是更有性价 比优势的方案。从 Arbe 的 Phoenix 和大陆集团 ARS540、博世第五代至尊版这三款 4D 成像雷达性能来看,以 Arbe 为代表的单芯片超大规模虚拟阵列路线的雷达方位角和俯仰角 分辨率、视场角和大陆博世为代表的多芯片级联方案性能其实差不多,但是前者相较于后 者最大的优势在于点云数量更加密集,在帧率相同的情况下,具有 2304 个虚拟通道的雷达 其每秒产生的点云数量是具有 192 个虚拟通道雷达的 12 倍。从性能的角度上说,路线二 (单芯片超大阵列)确实比路线一(多芯片级联)更有优势,但是目前价格也更贵,Arbe 预计单芯片价格在 2023 年大约降到 192 美元/片,如果按雷达芯片占 BOM 一半计算,整 体物料成本约 384 美金,不算软件价值量,假设雷达毛利率为 30%,对应售价约为 550美金/颗,现在大陆、博世等多芯片级联 4D 成像雷达价格大约 1500 元人民币,以速腾聚 创 M1 为代表的激光雷达价格大约 4000 元。
除了上述两种芯片选型上的两种不同主要路线,还有一些厂商在 4D 成像雷达某些技术 细节点上做了创新,这些创新点可以使用在上述两种不同芯片路线的雷达上,因此我们不 作单独分类,仅做说明:软件算法创新:虚拟孔径成像。虚拟孔径成像算法通过改变雷达电磁波的幅度、相位、 频率来增加天线数,主要是傲酷在推。这种方法的缺陷在于通过软件算法做出的虚拟阵列 效果比通过硬件多芯片级联做出的虚拟阵列效果要差,优势就是在于通过挖掘软件算法潜 力这种低成本方式提升角分辨率性能。2021 年 10 月安霸收购傲酷之后,将傲酷虚拟孔径 成像算法搭载到安霸大算力芯片 CV3 上,可以把毫米波雷达原始点云数据去和摄像头数据 做前融合,可以提升雷达点云密度和角分辨率。天线材料创新:超材料。例如 Metawave、Lunewave、Echodyne 等厂商。Echodyne 设计的超材料天线阵列是在速度分辨率、角分辨率、帧率三者之间做权衡,而且由于使用 特殊的超材料因此成本高昂,更有可能在国防车辆、无人驾驶车上应用,而非前装量产乘 用车。
6.变数:几个重要的雷达行业趋势补充
6.1 天线趋势:从 AoB 发展为 AiP
AiP 在近场毫米波雷达领域(特别是 60GHz 舱内活体检测雷达)将成为确定性趋势, 但是前雷达和角雷达将仍然以 AoB 板载天线为主。现在毫米波雷达天线与芯片的集成主要 有两种方式:(1)AoB(板载天线):将天线贴在高频 PCB 板上。(2)AiP(封装天线):将天线、MMIC、雷达专用处理芯片集成封装到一起。高性能、小型化易安装、低成本等 是 AiP 芯片的核心竞争优势。AiP 相比于 AoB 主要有以下好处:(1)带有天线封装的雷达传感器比 PCB 传感器的 天线小约 30%。(2)减少高频 PCB 基板面积,可以降低 BOM 成本。(3)由毫米波雷 达芯片厂商做了天线设计部分,中游毫米波雷达系统厂商无需做天线设计和开发降低工程 成本。(4)由于从硅芯片到天线的路径更短,因此可以实现更高的效率和更低的功耗。
AiP 相比于 AoB 也存在劣势:由于 AiP 采用了小型天线,因此降低了雷达增益,进而 导致探测距离下降,所以 AiP 毫米波雷达主要用于近距离感知;除此之外,AiP 天线孔径 过小,还会导致空间角分辨率能力减弱。
AiP 不会降低前雷达和角雷达的市场进入门槛,不会对现有格局造成破坏。按照产业 规律,上游往中游模组环节越做越多,会造成中游进入门槛降低(例如山寨机)。AiP 意味 着芯片厂商把天线设计的环节也做了(天线设计原本是中游雷达厂商核心能力之一),会 打击中游竞争格局。但是由于 AiP 只能用在舱内和泊车等短距离场景,而角雷达前雷达所 在的 ADAS 场景往往要求探测距离 100-350m,不适用 AiP 技术。因此暂时不用担心 AiP 技术会大幅降低车外前雷达和角雷达的市场进入门槛,使得雷达厂商盈利能力受损,竞争 格局变得分散。
6.2 算力趋势:更多计算任务从雷达转移到域控
普通的 4D/3D 毫米波雷达升级为 4D 成像毫米波雷达之后,对后端毫米波雷达处理芯 片的算力要求大幅提高——所以全球第一款 4D 成像毫米波雷达大陆集团的 ARS540 选择 了 FPGA 来做计算;毫米波雷达数字处理芯片大厂 NXP 看到 4D 成像毫米波雷达对算力需 求的转变,随即开发了适用于 4D 成像毫米波雷达的后端信号处理芯片 S32R45 系列和 S32R41 系列:其中 S32R45 已经在 2022 年初量产,支持 12 发 16 收(即支持 4 片前端 MMIC 芯片级联);S32R41 在 2022 年底量产,支持 6 发 8 收或者 8 发 8 收(支持 2 片 MMIC 级联)。24GHz 雷达算力要求一般在 1GFlops 以下,77GHz 普通 3D/4D 雷达算 力要求 15-20GFlops,4D 成像毫米波雷达算力要求在 350GFlops 以上。
多传感器前融合将使得毫米波雷达 MCU 有“被去掉”的风险,目前 MCU 负责的计 算任务将被转移到智能驾驶域控制器上计算。毫米波雷达与其他传感器融合主要有三种形 式:后融合、中融合、前融合。多传感器融合越偏底层,毫米波雷达后端专用处理器越多 的计算任务将被转移到智能驾驶域控制器上。2021 年底安霸收购的傲酷在毫米波雷达软件 算法上具有独特优势,傲酷有 70%以上的工程师都是算法及软件相关开发人员,安霸收购的主要目的在于把毫米波雷达和摄像头的前融合放到域控制器上进行计算,其大算力智能 驾驶芯片 CV3 集成了傲酷的毫米波雷达处理算法(VAI 软件),支持视频像素和雷达点云 做原始数据级融合——安霸收购傲酷,已经证明毫米波雷达 MCU“被去掉“的趋势已经正 在发生。
6.3 4D 成像毫米波雷达替代激光雷达?
以 Arbe 和 Mobileye 为代表的单芯片超大虚拟阵列毫米波雷达厂商,其竞争策略就 是想凭借 4D 成像毫米波雷达的相对密集点云替代激光雷达。根据 Mobileye 在招股书上披 露的信息,在自研的 4D 成像毫米波雷达和激光雷达开发出来之前,“真正冗余”方案将采 用第三方厂商的激光雷达和毫米波雷达;但是 2025 年自研 4D 成像雷达上车之后,可以将 激光雷达数量由 3 颗减配到 1 颗,显著降低智能化成本。而 Mobileye 的 4D 成像毫米波 雷达技术路线是和 Arbe 一样通过单芯片实现超大规模虚拟阵列,优势在于点云数量相比级 联方案更加密集,从而可以在一定程度上替代激光雷达。
但是由于目前性能最强的 4D 成像毫米波雷达角分辨率才做到 1°,相比于激光雷达 0.1-0.2°角分辨率仍然偏低;另外 4D 成像毫米波雷达的点云数量和激光雷达相比也仍然有 很大差距——因此 4D 成像毫米波雷达短期还无法替代激光雷达。车自动驾驶需要判断 40 米之外的涵洞能不能通过,这时候要求垂直向角分辨率是 1.4°,水平线要求在 100 米之外 区分两个车道上的两辆车,这要求水平角分辨率是 1.7°,也就是说 4D 成像毫米波雷达要 求水平和垂直都是 1°左右角分辨率,目前 4D 成像雷达刚刚达到这个水平;而前装量产的 激光雷达前雷达角分辨率普遍在 0.1-0.2°。速腾聚创 M1 每秒能够输出 150 万个点,禾赛 AT128 也是每秒 153 万个点,而现在 4D 成像毫米波雷达点云数量才几千个(楚航 4D 成 像毫米波雷达是 6000 个点云;大陆集团 ARS548 最大输出点云数量为 800 个,实测下来 350 个左右;纵目SDR1 每帧点云数512;几何伙伴4D成像毫米波雷达单帧6000 个点云)。
激光雷达目前也无法替代毫米波雷达,其一是因为极端天气毫米波雷达必不可少,其 二是因为激光雷达价格偏贵。首先,针对 30 万价位以上高端车型,激光雷达在雨雪雾等极 端天气条件下感知效果会大幅降低,而毫米波雷达仍然能够较为可靠地工作。另外对于 30 万以下中低价位车型,现在最便宜的前向激光雷达价格大约 4000 元,相比于毫米波雷达前 雷达价格 500 元仍然有很大差距,最便宜的补盲激光雷达价格大约 1000-1500 元,相比 于毫米波雷达角雷达 200 元单价也仍然贵很多,因此激光雷达还无法渗透到中低端价位, 30 万以下中低价位仍然会以配置毫米波雷达和摄像头为主。
7.产业链重点公司分析
上游-芯片环节(2025 年中国市场规模预计 102 亿):英飞凌、NXP、TI 三家占据 了毫米波雷达芯片行业近 90%份额,国内加特兰微电子随着中游国产雷达厂商崛起正加速 替代海外份额。四家厂商最新进展已经在第 5.1 节详细说明,在此不再赘述。上游-高频 PCB 环节(2025 年中国市场规模预计 20 亿):高频 PCB 是电磁频率较高 的特种电路板,高频的频率在 1GHz 以上;高频 PCB 的主要原材料是高频覆铜板,一般覆 铜板约占 PCB 成本 40%。
上游-雷达专用塑料环节(2025 年中国市场规模预计):主要厂商有 laird(美国)、 巴斯夫 BASF、帝斯曼 DSM、SABIC(沙特基础工业公司)、宝理(日本)、东丽(日本)、 南京聚隆(300644.SZ)、沃特股份(002886.SZ)、朗盛化学。毫米波雷达要用到塑料 的结构有天线罩(前盖)、底板(后盖)、电磁屏蔽材料(吸波罩):天线罩主要用于保 护内部高频 PCB 天线、芯片的强度,以及让电磁波穿透的作用,理想的天线罩应对电磁波 透明;吸波板用来吸收天线附近的电磁噪音,从而提高雷达信噪比。透波材料用于天线罩、 吸波材料用于吸波罩。2020 年以来南京聚隆开发了 24GHz 和 77GHz 两个频段热塑性吸波、透波材料, 24GHz 雷达吸波罩材料,实现了国内首家毫米波雷达吸波罩量产,产品已用于多款系列车 型。公司根据客户需求开发了多款 77GHz 吸波、透波材料,并得到多家雷达厂或主机厂的 认可,已在 2022 年实现量产。
德赛西威 77GHz 角雷达已经迭代到第二代、前雷达已经推出第一代,4D 成像毫米波 雷达目前正在研发中;西威角雷达市占率仅次于森思泰克。德赛西威初代角雷达是 24GHz 雷达,2019 年已经量产;第一代 77GHz 角雷达在 2020 年量产,第二代 77GHz 角雷达在 2022 年已经量产;第一代前雷达已经有定点预计将于 2023 年量产。主要客户包括奇瑞、 通用五菱、长城汽车等。目前西威角雷达前装市场份额仅次于森思泰克,是本土雷达 Tier1 里量产规模排名第二的厂商。德赛西威作为智能驾驶系统厂商,差异化竞争策略在于自研雷达可以获得 Raw Data 点云数据,去配合域控制器去做前/中融合方案。这样可以带来两个好处:其一是雷达成本 下降(虽然系统通信成本会有一定上升会抵消一部分雷达降低的成本,雷达成本下降主要 来自于可以去掉 MCU),其二是中融合方案使得感知精度明显上升,整体 ADAS 系统效 果会比业内通常采取的后融合方式好很多。目前西威 IPU02 定点项目里已经有一定比例是 搭配自研雷达一起售卖。
楚航科技创始团队背景深厚,虽然成立时间偏晚,但是发展速度很快,目前已经获得 了大量乘用车雷达定点项目,估值 15 亿,员工 300 人。楚航科技 CEO 楚詠焱在博世拥有 13 年研发管理经验,是博世认证的可靠性 DRBFM 专家(备注:DRBFM 中文名称是基于 失效模式的设计评估,DRBFM 有助于企业在产品设计初期发现设计问题并加以控制和预防, 从而保证产品质量);2015 年他参与到博世集团第五代毫米波雷达的开发,担任团队的系 统架构专家和功能安全经理,直到 2018 年产品量产,他完整参与了毫米波雷达从研发到落 地的全过程;同时也是南德认证的为数不多的拥有十年以上工作经验的功能安全专家,参 与做了很多博世乃至欧洲的功能安全等技术标准的制定。公司另一位联合创始人兼 CTO 张 我弓是一名资深的射频专家,曾在德国工作 15 年,期间一直从事毫米波雷达的研发工作, 并在博世主导第三代雷达天线设计。
华域汽车是国内最早实现 24GHz 毫米波雷达量产的公司之一,基本上和森思泰克同步, 于 2018 年率先量产;主要供上汽体系下的上汽乘用车、上汽大通、上汽通用五菱,以及 金龙客车等商用车客户。华域汽车毫米波雷达由旗下华域汽车电子分公司负责研发制造, 除了毫米波雷达还有摄像头、激光雷达、域控制器等产品。华域已经推出了 77GHz 多模毫 米波雷达 MMR10,79GHz 近场毫米波雷达 NFR10;4D 成像雷达包括 2 芯片级联的前雷 达和角雷达 LRR30(基于 NXP MCU,可输出 1024 点点云和 64 个跟踪目标,2021Q4 量 产)、4 芯片级联的前雷达 LRR40(基于 NXP S32R45,可输出 3072 点点云和 128 个跟 踪目标)。华域汽车电子分公司 24GHz 后向毫米波雷达实现对上汽乘用车、上汽大通等客 户的稳定供货;AEB 功能的 77GHz 前向毫米波雷达已实现对金龙客车的批产供货。
纵目科技已经分别推出前雷达和角雷达,其中角雷达 SDR1 已经在问界 M5 上量产, 并获得长安、奇瑞新能源定点。纵目已经发布角雷达 SDR1,使用 NXP 芯片平台,角分辨 率为 6°,2020Q4 量产,兼具高速 ADAS 角雷达功能和低速泊车功能。纵目第一代毫米波 雷达单线年产能约 50 万颗。2017 年纵目发布了 AVP1.0 产品,2019 年 11 月纵目发布 AVP2.0 产品,相比于上一代主要是多了 4 个 SDR1 毫米波雷达。纵目基于毫米波雷达的 AVP2.0 系统已经定点长安汽车和一汽集团,角雷达已经在赛力斯问界 M5 等车型上量产。纵目 2023 年 1 月获得新定点,将为多款奇瑞新能源车型提供包括智能摄像头和毫米波雷 达在内的 ADAS 产品。
纳瓦电子 2018 年首次实现雷达量产,新一代角雷达 2022 年在北汽新能源和 PSA 量 产。纳瓦电子获得上市公司吴通控股(300292.SZ)战略投资,持股比例 4.61%。纳瓦电 子推出的 4D 成像毫米波雷达两款成像雷达产品:一款是 6 发 8 收,既可作为角雷达也可 以作为前向雷达;一款是 12 发 16 收,作为前雷达。前雷达 NOVA77GF-B PLUS 和角雷 达 NOVA77GB-C Pro 在 2022 年 2 月正式实现批量量产。客户覆盖一汽解放、北汽新能 源、法国标致 PSA、卡特彼勒。纳瓦电子除了毫米波雷达产品,还布局 5G C-V2X OBU 和 RSU 产品、Wi-Fi 和蓝牙产品。
苏州豪米波雷达有 24G 和 77G、79G 三条雷达产品线,已经定点江铃、江淮、雷诺。24GHz 有长距和中距两款,其中中距角雷达已经在 2018 年量产;77GHz 也有长距和中短 距(双模)两款、以及 4D 成像毫米波雷达。已经获得江铃新能源汽车,宇通客车,东风雷 诺,江淮汽车等车厂定点。
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