4D成像雷达，到底是不是汽车的未来
刚过完“五一”小长假，蔚来汽车宣布与恩智浦达成合作，将在新车上搭载恩智浦的4D毫米波雷达，相关车型可能会在2024年量产交付。
此前的4月，蔚来和小米刚投了赛恩领动，融资规模超过亿元，主要用于4D成像雷达量产研发与工业化落地。几乎同时，4D高精度成像雷达企业牧野微电子，也宣布完成亿元Pre-A轮融资。
今年以来，至少有6家4D毫米波雷达企业拿到融资，总额达10亿元。
继特斯拉 HW4.0 平台硬件上加入 4D 毫米波雷达之后，被伊隆･马斯克看中的4D毫米波雷达之赛道又来了一波热度。
据Yole预测，到2027年，全球毫米波雷达的市场规模将达到128亿美元，其中4D成像毫米波雷达的市场规模为78亿美元，占据毫米波雷达市场的61%。
高工智能汽车研究院预计，2023年中国乘用车市场前装4D毫米波雷达将突破百万颗，到2025年4D成像雷达占全部前向毫米波雷达的比重有望超过40%。
预计到2030年，全球车载4D毫米波雷达市场规模将达到161.56亿美元。
德邦电子研报显示，毫米波雷达结构可分为射频前端，信息处理系统以及后端算法。射频部分占比约40%，其中MMIC（25%）、PCB（10%）、控制电路（5%）；信息处理系统DSP占比10%，后端算法占比最高达50%。
在产业链里，上游是提供射频前端MMIC芯片、数字信号处理器、高频PCB、后端算法等企业；中游是组装生产厂商；下游是各类主机厂。
上游，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，国内厂商有加特兰微电子、清能华波、矽杰微电子等；PCB方面，有Rogers、Isola以及国内的沪电股份、生益电子、深南电路等。
中游，在整机/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，比如博世、大陆、采埃孚、海拉等，国内主要供应商包括经纬恒润、威孚高科、华为、经纬恒润、联合光电、华域汽车、森思泰克、福瑞泰克、雷克防务、木牛科技、承泰科技、纵目科技、联合光电、几何伙伴、楚航科技、行易道、赛恩领动等。
在下游，宝马iX搭载了大陆集团的ARS540；飞凡R7搭载了采埃孚Premium雷达；深蓝SL03、理想L7搭载了森思泰克的产品；问界M5搭载了纵目科技的4D毫米波成像雷达。
4D毫米波成像雷达赛道为什么能这么火热？这主要是由它的特性决定的。
3D毫米波雷达是一种使用波长1-10mm电磁波的雷达传感器，它根据多普勒效应，能获得距离、移动速度、水平角度三个维度的信息，但分辨率差、行人反射率低，还有噪声和多径效应等短板，不能很好地识别静止物体、物体高度或者区分相邻障碍物，容易导致驾驶系统误判。
而4D毫米波成像雷达，在传统毫米波雷达基础上，增加了高度（俯仰角）维度的感知信息，具有纵向空间的感知能力，低角度分辨率可以提升至1度甚至0.5度，能识别障碍物的轮廓、类别和行为。
Arbe Phoenix 4D毫米波雷达点云
因此，4D毫米波成像雷达有更高的分辨率，能产生类似激光雷达的目标点云，可以形成点云成像级的输出，并能随着时间的变化跟踪这些数据。
禾赛AT128激光雷达点云
和激光雷达相比，4D毫米波成像雷达未来或可在分辨率上逼近 16-64 线的激光雷达，与主流车载激光雷达128线、256线的探测能力存在非常大的差别。
但高频毫米波穿透力强，能全天候运行，在恶劣天气下也能保证检测效果，而且其探测距离也更远，最远可达到300m以上（超过大部分激光雷达）。
那么，4D毫米波成像雷达未来有没有可能在自动驾驶系统中替代激光雷达呢？
从业界反应来看，完全替代是不可能的，但某些领域有可能，比如在ADAS辅助驾驶领域。
恩智浦半导体执行副总裁兼射频处理业务部总经理Torsten Lehmann表示：“随着4D毫米波雷达的发展，不仅可实现高达300米到350米的探测距离，且可非常精准地4D映射环境，达到接近于激光雷达的高分辨率，同时对周边环境也可形成清晰的点云阵图，提供全面的清晰感知。”
但对高级别自动驾驶来说，他不认为成像雷达可以替代激光雷达，对L3以上的自动驾驶车辆体系应该是有雷达、摄像头、激光雷达三种不同的感知体系，实现互相补充、冗余的功能从而确保最高的安全性。
他表示，4D雷达可能会蚕食一部分激光雷达的市场，主要是针对L1到L2+这种体量较大、相对来说自动驾驶级别比较低的市场。在这部分的市场中，恩智浦会有摄像头加雷达的组合，但是最终的取舍还是要取决于厂商的不同理念。
作为全球最早使用CMOS来设计毫米波雷达芯片的公司之一，加特兰微电子科技公司技术总监刘洪泉告诉汽车商业评论：“4D毫米波雷达和激光雷达不太适合直接比较，从探测距离来讲，通常长距离激光雷达探测距离在200多米，但主流4片级联4D毫米波成像雷达，都能看到300米以上，而且在200米左右的距离上，还能比较清晰地把道路边缘描绘出来。”
激光雷达的点云更密、更直观，类似于摄像头采集图像，基本上从激光雷达回波的点，就能看出检测的物体是一辆车。如果是4D成像雷达，即使在点云非常密的情况下，也只能看出是车的轮廓，还得通过特定的算法，判断出这些点是否属于同一个反射物，才能确定它是不是这辆车。
因此，激光雷达和毫米波雷达不是一个简单替代的关系，但是在某些场合，比如在L2辅助驾驶上，就可以采用4D毫米雷达加摄像头形成系统，而不用激光雷达。一方面是要考虑成本，这个系统肯定比激光雷达要经济；另一方面要考虑使用情况，这种系统已能满足L2辅助驾驶绝大多数场景的需求。
刘洪泉认为，如果是L3以上自动驾驶，对传感器冗余的要求会更高，可能激光雷达、毫米波雷达和摄像头等所有传感器都会参与感知，而且传感器都要是最高端的，因为它要做融合，增加安全冗余，这时可能就不能只考虑成本，还要考虑使用安全。
上海车展上，彼欧集团（Plastic Omnium）创新事务执行副总裁Alexandre Corjon在接受汽车商业评论采访时表示：“我们坚信市场上不会只有一种类型的车辆传感器。我们将带来一些非常创新的4D毫米波雷达产品和解决方案，它们将取代一部分传感器，而不是所有的传统传感器。”
成本还能大降吗据中银证券研报，4D毫米波雷达价格在1500-2000元左右，短期内远低于激光雷达。那么4D 毫米波成像雷达未来会不会像3D毫米波雷达一样，出现数量级幅度的大降价呢？
刘洪泉认为，4D毫米波雷达基本上很难复刻3D毫米波雷达的降价节奏。MMIC 芯片与天线是构成成本的重要组成部分，而芯片材料更新和工艺改进是毫米波雷达成本下降的最重要因素。
最早的毫米波雷达，射频部分只能用砷化镓（GaAs）的工艺来制造，不管是材料成本和制造成本都比较高，对于生产线要求也很高，而且集成度很低，设计工艺比较复杂，整体良率也比较低，所以特别贵。
从2009年开始，锗硅（SiGe）工艺逐渐代替砷化镓工艺，材料成本比砷化镓便宜了一大截了，同时毫米波雷达前端射频芯片集成度也大幅提升，导致整个系统成本降低 50%。
到2017年以后，锗硅工艺切换到了CMOS工艺，CMOS晶圆价格便宜且集成度更高。以此工艺生产的单芯片雷达既包含收发机，也包含处理器，导致毫米波雷达成本进一步下降。现在3D毫米波雷达中只需要配备1颗射频芯片，成本降低至 30 美元左右。
但这种降价的历史在4D毫米波雷达上基本上不可能重演了，因为现在半导体工艺基本上已经固定在CMOS工艺上了，不太可能出现之前由于半导体工艺变化导致的突变式价格下降。
不过4D毫米波雷达肯定还会降，一是因为随着时间往前推移，半导体材料价格会持续下降；二是因为随着规模效益带来的成本摊薄，整机成本也会下降。
福瑞泰克已经实现量产的4D成像雷达——FVR40
对于4D成像雷达的价格趋势，Torsten Lehmann认为，成本和性能之间是有一个取舍的并且需要一个平衡，在不同的细分市场有着不同的关注点，比如对低端的市场来说可能是成本驱动的，对高端市场来说则是性能驱动，所以并没有一刀切的答案。而降本不仅仅是在芯片本身，还在系统层面的创新。比如在天线架构的设计上有很多的巧思，在使用原材料方面控制成本，提升天线、封装技术等等很多节约成本的创新举措。
而彼欧集团智能外饰系统事业部高级技术总监Mathieu Bancelin则认为，传统的三维雷达是成熟产品，其成本下降的曲线已经建立起来。4D成像雷达在开始时成本会很高，但随着时间的推移，它们将迅速进入与传统3D雷达相同的成本下降曲线。
他认为，4D成像雷达的降价主要取决于两个因素。首先，它取决于部件（雷达芯片组、微控制器等）的价格，这些部件的价格总体趋势上是下降的；其次，涉及到规模，随着产量的增加，价格也会相应下降。
毫米波雷达测速和测距性能进步主要取决于MMIC芯片和射频天线性能的提升，而4D毫米波雷达未来将向着高集成化、低成本和小体积方向发展，单芯片内的部件排布更为紧密，减小毫米波雷达体积，也降低功率损耗，提高信息传输效率，减少开发难度和成本。
目前4D 毫米波雷达发展的技术路线主要有级联、级联+虚拟孔径成像技术以及集成芯片三条。
特斯拉采用TI 芯片的双级联 4D 成像雷达
4D毫米波雷达主流产品是采用级联方案，通过级联多个MMIC芯片来排布纵向天线，同时增加实体天线MIMO（虚拟通道数），从而达到提升分辨率和获取高度信息的目的。
级联方案通常应用德州仪器、英飞凌、恩智浦等公司的标准雷达芯片，四片级联，就是将4个芯片联在一起，组成12发16收，形成192个虚拟
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