毫米波雷达行业深度研究

毫米波雷达行业深度研究：国产替代拐点已至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76-81GHz，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CMOSAiP（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77GHzCMOS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77GHzCMOS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24GHz77GHz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。1.42025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300GFLops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，TI2016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。5.34D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AiPAiP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。6.34D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24G