狙击TI 4D雷达处理器

虽然毫米波雷达芯片老大英飞凌还没有动静,恩智浦却早已坐不住了。6月初,恩智浦宣布推出基于台积电16nm工艺量产两款车用芯片——汽车网络处理器S32G2和雷达信号处理器S32R2949(雷达传感器芯片组),并表示为将来采用台积电5nm工艺铺路。

S32R294芯片

S32R294可以处理4D点云雷达信号,将为主机厂提供扩展性解决方案所需的效能,包括先进转角雷达、长距离前置雷达和先进多模式使用场景,如同步盲点侦测、变换车道辅助和仰角感测等。

S32R294应用级联框图

S32R294与恩智浦上一代芯片S32R274尺寸一致,芯片外观尺寸是7．5mm×7．5mm,但其性能提高了一倍。S32R294有两个Power Architecture e200z7 32-bit内核,用于雷达信号的后处理和任务调度,如超分辨算法、信号聚类、目标追踪等。它还有一对锁步z4内核,用于运行与功能安全相关的软件,如AUTOSAR OS、输出决策指令等。

S32R294框图

S32R294内置雷达信号加速单元,简称SPT2．8,对雷达中频信号的FFT、求模、峰值检测、直方图统计等最耗资源的运算进行硬件加速,是专门针对FMCW雷达的信号处理加速单元。

S32R294与上一代处理器的软件复用率高达80%。得益于16nm工艺,S32R294的功耗不到上一代55nm工艺处理器的一半,在0．9W左右,有助于客户开发高性、能低功耗的毫米波雷达产品。

S32R294处理器已获得ASIL D ISO26262认证。其专门的硬件加密引擎CSE(Cyptographic Services Engine)支持安全启动(security boot)等高阶加密算法。

S32R294的多种配置支持从入门到高端的全系应用开发,如一发三收、三发四收、六发八收等中频信号处理。中频信号处理主要是获得距离、速度和角度信息,其中基础距离、速度、角度信息由SPT2．8计算求得,后续数据交由Z7和Z4核实现超分辨算法、信号聚类、目标追踪、决策等功能。目标级数据和决策指令通过CAN FD接口输出到后端车身控制单元或ADAS域控制器。

六发八收毫米波雷达最多支持2片芯片级联,其两路MMIC是恩智浦TF82系列微波集成电路,通过LO相连实现芯片间同步。MMIC芯片的波形是由MCU通过SPI配置通道控制其波形发射。接收链路接收到的中频信号也是通过MIPI-CSI接口传输回MCU做后续处理。

这表明恩智浦的雷达芯片非常灵活,可以处理从低端到高端的所有应用。雷达接收的通道数越多,其视场角就越宽,可以实现横向防撞预警、代客泊车、4D点云成像等高级辅助驾驶功能。

S32R294目标雷达应用

与德州仪器如出一辙,恩智浦还为S32R29提供了开发汽车雷达应用的MCU评估板。评估板可以访问以太网和CAN、MIPI-CSI2等通信接口,与雷达收发器和GPIO接头连接访问其他MCU功能。

S32R29 EVB汽车雷达应用评估板

S32R29 EVB还有助于软件开发和评估信号处理工具包,提高雷达数学速度、S32R29 MCU的功能安全或信息安全。这样做无非是想帮助雷达厂商采用这款芯片做出产品,尽快实现量产。

做贴合国情的4D成像雷达

中国路况复杂程度尽人皆知,要不特斯拉也不会水土不服。为此,不做整车的华为也是不遗余力在研发各种感知技术,高分辨4D成像雷达便是其中之一。

华为认为,近年来自动驾驶事故中感知不足是重要原因之一是不能有效识别静止车辆或事故车辆,对隔离桩或护栏判断不准,这些都会导致严重事故。高分辨4D成像雷达可以检测目标的4个维度,包括速度、距离、水平角度和垂直角度,解决传统雷达水平分辨能力不足、不支持垂直分辨、导致看不清和看不准的问题。4D成像雷达满足全目标、全覆盖和多工况感知要求,逐步接近了理想传感器目标,将与摄像头、激光雷达形成有效融合和冗余。

在大幅提升分辨率、目标检测的置信度和检测范围(如距离和视场角(FOV))的同时,4D成像雷达进化出像激光雷达一样的高密度点云,实现丰富的感知增强应用,如环境刻画、雷达构图、定位等,还可通过多雷达点云级融合,更好地实现车周360°检测。

华为高分辨率4D成像雷达能力的提升体现在3个方面:

大阵列高分辨率。12个发射通道,24个接收通道,比常规毫米波3发4收天线配置提升了24倍,比典型成像雷达多50%接收通道。据说这是短期可量产最多天线配置的成像雷达。

大视场无模糊。水平视场从90°提升到120°,垂直视场从18°提升到30°(与傲酷相当),纵向探测距离从200米提升到300米以上。

4D高密度点云。4D点云包括速度、距离、水平角度和垂直角度,相比激光雷达点云多了一个速度维度对目标进行解析。

在实测中,华为高分辨率4D成像雷达展示了一些特色:

在前方拥堵时,实现130km/h下舒适性刹停;

锥桶探测距离达110米,可分辨护栏旁的静止车辆;

被遮挡或部分遮挡目标感知,可以看到前车、前前车和前前前车,甚至可以看到前前车的大致底盘轮廓,通过对前前车感知,可以提前预判前车急减速等动作,减少连环追尾风险。

非视距前前车感知

华为智能汽车解决方案BU Marketing与销售服务部总裁迟林春在介绍智能驾驶业务进展情况时表示:“华为的天线已经做到128发128收,非常先进,华为的毫米波雷达是在通信技术的基础上开发出来的。”

性能之争变本加厉

TI的AWR2243是3发4收,可以4片级联,实现12发16收;采用TI AWR2243的傲酷Eagle是双芯片6发8收,由于有软件帮助,可以实现24发32收;恩智浦S32R294最多支持6发8收,支持2片级联,就是12发16收(与TI相当);华为目前是12发24收。可以看出雷达厂商如果有自己独到的软件技术,可以将芯片(硬件)的性能再度提升。

还有一家国内毫米波雷达厂商使用恩智浦2020年12月推出的TEF82xx MMIC做出了4D成像雷达,据说比国外某厂商的产品性能提高两倍,比国内2022H2 SOP的产品性能提升一倍,且早18个月量产。其技术细节尚未拿到,之后再予以介绍。