因為智慧駕駛的火熱，4D成像雷達正成為風口浪尖。一方面，曾在2019年豪言使用純視覺來實現FSD的特斯拉在去年年底宣布，將在第4代自駕車平台重新納入一顆4D毫米波雷達；另一方面，作為雷射雷達的潛在競爭對手，4D成像雷達的性能正在提升，在提供更高性價比的同時，進一步擠壓了雷射雷達的空間。

雖然圍繞著這個技術的爭論不斷，但各大主機廠、Tier 1和晶片公司卻毫不掩飾地圍繞著4D成像雷達推陳出新。根據Yole統計顯示，2022年，4D成像雷達的市場規模僅2億美元。到2028年，這個數字將提高到22億美元，期間的年複合成長率高達49%。

由此可見，4D成像雷達，大有可為。

4D成像雷達，不輸光達

其實毫米波雷達並不是什麼新技術，早在上世紀四、五十年代就被研發出來並付諸應用了。但在過去20多年裡，我們所說的毫米波雷達是指能測量距離、速度和水平角度三個方面的數據的傳統3D雷達。在一般的ADAS應用中，這樣的雷達應用也足夠。

但現在，隨著智慧駕駛的普及加速，傳統雷達的分辨率差、行人反射率低和噪音，以及只能用於探測移動目標，很難分辨其他靜止物體（如道路、柵欄、標誌等）等天然缺點被無限放大。但毫米波雷達的一些天然特性又讓他們成為汽車智慧化方案的選擇。

為此，整個產業就對毫米波雷達提出了新的要求。

例如原來雷達要求探測距離100米左右就夠了，但現在很多項目都需要150米，前雷達方面甚至要求達到300米以上；同時，在要求雷達能看得遠的時候，近距離的弱目標也要求能很好地探測出來；來到點雲數方面，過去，一般雷達要求是一幀要有300左右的點雲數，但現在，這個數據要達到1000甚至2000。

為了解決上述問題，4D成像雷達－一種在傳統雷達基礎上加上一個垂直角度來偵測、提高了輸出點密度且具備更高分辨能力的雷達迅速走紅。

4D雷達工作原理展示（圖片來源：IoT Automotive News）

因為在解析度、辨識距離和點雲數方面都有了大幅度的提升，4D成像雷達能偵測到相對速度、距離、方位角和高度等資料。同時，4D成像雷達也具有足夠高的動態範圍，以區分遠距離的較小障礙物。進而能夠辨識出如路標、靜態物體和較遠距離以外的物體，這是傳統的毫米波雷達無法做到的。

加特蘭微電子科技公司（以下簡稱「加特蘭」）創辦人兼CEO陳嘉澍博士也告訴半導體產業觀察，4D成像雷達和傳統ADAS雷達的差異主要體現在兩方面：一是角度分辨能力是後者的一倍以上，二是點雲的數量，也較之後者提升一個數量級。 「因此4D成像雷達需要更多的MIMO通道，更強的運算能力和更多的儲存資源。」陳嘉澍博士強調。他進一步指出，在許多場景下，4D成像雷達甚至擁有多項光達所沒有的優勢。

「首先，作為一種光學雷達，光達光學感測器跟人眼一樣有天生缺點，那就是在雨霧天氣，強光天氣，有乾擾情況下都不工作。但毫米波雷達卻是唯一全天候、不受天氣、不受光線影響的感測器；其次，毫米波雷達對速度測量更加精確，也比光學感測器在處理複雜場景上更具優勢；再者，主動安全的普及，包括最近美國NHTSA推出的2029年所有車子都要標配AEB系統，這就必須要毫米波雷達配合；此外，從成本來講，現在光達確實也變得越來越便宜。毫米波雷達貴幾倍，兩者之間會維持在5到10倍的差距。

加特蘭創辦人兼CEO陳嘉澍博士

值得一提的是，在去年年中，全球領先的Tier 1供應商博世就宣布退出高端自動駕駛汽車光達感測器的開發，並將資源重新分配到毫米波雷達和其他感測技術上，足以印證毫米波雷達技術的大有可為。

在進入4D成像雷達時代，這些優勢表現得特別明顯。特別是在毫米波雷達從過去的砷化鎵、矽鍺製造，進入到了CMOS製造時代以後，供應商能夠提供集成度更高、性能更好且成本更優的方案，進一步鞏固了4D成像雷達在智慧駕駛中的地位。

龐大的市場前景，就吸引了傳統和新興的毫米波雷達新貴，投身這個市場。

群雄逐鹿，本土廠商突圍

我們不得不承認的是，和許多其他晶片一樣，毫米波雷達的這個市場，一直都是被海外巨頭壟斷的市場。

根據Yole統計，大陸集團、博世、海拉、安波福、電裝和Veoneer這六大公司掌控毫米波雷達市場。具體到晶片方面，18億美元的市場主要由NXP、英飛凌等廠商瓜分。而進入4D成像雷達市場以後，整體競爭格局變化不大。毫米波領先的晶片廠商基本上還是領先的4D成像雷達晶片供應商，但有不少新的競爭對手湧現。

如瑞薩透過收購Steradian 以擴大其在雷達市場的影響力；Arbe早在2019年推出車載4D毫米波雷達產品；擅長做ADAS晶片的Mobileye也在這個領域異軍突起；Altos Radar 在2024 CES上推出了其突破性的4D 成像雷達。加特蘭也在近日推出了基於Andes平台打造的雙片級聯的成像雷達解決方案，加入了日益火熱的4D成像雷達市場。

在新能源車快速崛起的當下，加特蘭的這個方案的發布，顯得特別重要。

「在產品上，我們跟競爭對手打一些差異化競爭。透過差異化的架構和創新來實現雷達系統性能的飛躍。」加特蘭技術總監劉洪泉在談到公司在4D成像雷達市場上的佈局時說道。 「與目前市面上的方案比較來看，Andes解決方案基本上代表了目前毫米波雷達技術的最前沿，集眾多強大功能於一身，可實現4D高端雷達以及成像雷達功能。」劉洪泉補充說。

從技術上來看，4D成像雷達的創新解決方案旨在提高解析度以及其他性能指標，以滿足ADAS/AD 應用的要求。而要實現更高的解析度需要更大的孔徑，這與發射和接收通道的數量以及天線陣列設計有關。因此在射頻模組方面，Andes方案包含了基於傳輸線設計的7 位元移相器以實現更好的MIMO 性能、優化的佈局，有助於實現更好的隔離度；多級波形加載架構能支援靈活生成各種波形，精確的數位補償單元等功能；整合的JTAG、Aurora 的多種介面、多個資料通道以及分析模組，能讓方案在調試的時候游刃有餘。

對於4D成像雷達而言，還有另一個關注點，那就是如何在單一系統中整合更多TX/RX 通道，以提高其解析度。針對這個問題，加特蘭在Andes方案上引入基於全自研C2C（chip to chip）接口的靈活級聯技術（Flex-Cascading），靈活級聯多顆晶片，潛在地降低硬體設計的複雜性並優化雷達感測器的整體尺寸及其功耗。來到軟體開發方面，開發者也可以在多個晶片級聯的時候，復用和單晶片時候一樣的軟體，這進一步降低了開發者的開發成本。值得一提的是，這些級聯SoC不僅射頻類比能做到同步，組成更大的收發陣列，還能實現資料的交換與同步。

Andes SoC晶片以及Andes SoC兩片級聯參考設計方案

為了因應資料量大增帶來的處理需求，加特蘭為Andes提供了更為強大的性能和算力，當中不僅包含了能實現雷達訊號超快速處理的RSP（Radar Signal Processor），運算速度高達23G MACs的DSP核，也提供了擁有超過2500 DMIPS運算能力的四核心CPU，讓Andes在處理資料時更從容。

「Andes的RSP還可以透過指令，用軟體程式碼去改變資料流程，改變加速器配置，實現新的演算法，增加方案的靈活性。這和過去BBA固定資料流的設計方式有著天壤之別，符合目前軟體定義汽車的大潮流”，劉洪泉強調。

同時，在客戶和消費者都非常關注的網路安全方面，Andes晶片採用「安全島」設計，支援常用加解密演算法的硬體加速器，為用戶的隱私保護和網路安全提供了技術保障。此外，針對4D成像雷達方案面臨的開發複雜、落地週期長和成本高等問題，加特蘭也支援「Ready-to-deploy」的交鑰匙方案，為加速4D成像雷達在智慧汽車上的廣泛應用提供便利性。

「系統整合度的提升會帶來可靠性方面的挑戰，設計難度也會增加，能做到這種程度的公司不多，這也正是加特蘭的強項之一，也是我們的技術優勢所在。 「這也讓公司成為全球為數不多能提供SoC單晶片解決方案的供應商。」劉洪泉接著說。

過去十年的積累，讓加特蘭截止今年Q1，累計出貨800萬顆雷達晶片，公司的產品也已經進入到20餘家車企，實現了超200款車型搭載。展望下一個十年，加特蘭志在成為毫米波雷達晶片的全球領導者，推動毫米波雷達成為真正的普惠技術。

朝著這個目標，加特蘭一方面針對汽車主動安全的應用程式推出產品。同時，加特蘭也會針對智慧家庭、智慧養老、工業自動化和智慧城市這些方面的應用做產品佈局，旨在讓毫米波感知技術更好地服務人們的日常生活。

寫在最後

雖然被一致看好，但從業界目前的現狀看來，4D成像雷達仍面臨不小的挑戰。

例如，為了提高雷達的分辨性，我們可以選擇增加其工作頻率。然而，由於雷達的頻率受到法規限制，這不是可以輕易改變的。當然，我們也可以選擇透過增加孔徑大小的方式，獲得更高的分辨率，但這樣設計很容易會帶來產品尺寸過大，難以散熱且不易於整合於在保險桿上等的挑戰。伴之而來的軟體複雜性，也是4D成像雷達玩家必須面對的另一個難題。

再疊加上應用本身對元件的高規格，4D成像雷達在汽車市場的普及不會是簡單的事。

但在陳嘉澍博士看來，在L2+部署的需求下，疊加市場上有車廠希望用4D成像雷達取代光達的趨勢，4D成像雷達在未來必然有巨大的成長空間。為此，供應商需要進一步降低雷達的成本，同時也需要提高4D成像雷達的偵測能力。

這不但是加特蘭的發展方向，也是所有4D成像雷達的共同目標。