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“更安全、更智能”加特蘭第二代CMOS毫米波雷達SoC-ALPS解析

2019-04-04來源: EEWORLD關鍵字:加特蘭  毫米波雷達

2019年3月,加特蘭微電子召開新品發布會,宣布推出第二代毫米波雷達SoC-ALPS系列產品,百余名媒體和合作伙伴一起見證了加特蘭的里程碑。

加特蘭微電子CEO陳嘉澍表示,加特蘭微電子的使命,是為全球用戶提供更高性能、更易使用和更低功耗的毫米波雷達技術,為社會創造一個更安全、更智能的環境。

2017年10月加特蘭發布的首款毫米波雷達芯片Yosemite,作為Yosemite產品的升級,ALPS的新品特色在哪?可以為產業帶來哪些益處?加特蘭微電子CEO陳嘉澍博士和公司運營商務副總裁呂昱昭一一給予解答。


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加特蘭微電子CEO陳嘉澍


加特蘭是一家怎樣的公司?

陳嘉澍表示,加特蘭這家公司的名稱是由英文Calterah而來,其中Cal代表著毫米波技術的來源地,加州大學伯克利分校,而Terah代表著太赫茲技術。

加特蘭微電子2014年成立于上海,創始團隊來自硅谷海歸,是CMOS毫米波技術的開創者。擁有毫米波雷達設計自主知識產權和經過驗證的完整車規級芯片開發流程,公司是全球第一家量產CMOS毫米波雷達收發單芯片的公司,是亞洲第一家通過車規認證的77GHz毫米波雷達芯片公司,而且也是全球第一家成功導入前裝車輛并量產的CMOS-77GHz毫米波雷達芯片公司。

陳嘉澍博士在毫米波技術領域2011年獲得加州伯克利大學電氣工程和計算機科學專業博士學位,博士所在實驗室—伯克利無線通信研究中心(BRWC)在雷達領域是學術權威,為業界最頂尖的產學研實驗室。在射頻學術界,陳嘉澍屢獲殊榮,榮獲美國國務院頒發的國際富布賴特科學技術獎,包括2013年IEEE國際固態電路大會Jack Kilby杰出學生論文獎,2011年國際射頻集成電路大會最佳學生論文獎,在毫米波CMOS設計領域發表超過15篇論文,超過400次引用,擁有多項美國和中國專利。

而在產業界,陳嘉澍同樣有著豐富經驗。2011-2014年在美國Tensorcom公司擔任首席工程師,Tensorcom是全球領先的超高速、極低功耗毫米波解決方案領域的領導者,成功開發出世界首款SoC 60GHz一體化單芯片方案( 40nm-CMOS工藝)并成功量產。

自2017年第一代77GHz CMOS毫米波雷達芯片發布后,加特蘭微電子與下游應用廠商開展了廣泛的合作,成功在汽車前裝市場量產,同時在交通、安防、安檢成像等領域也取得突破,在全球已與90多家客戶展開合作。

ALPS系列橫空出世

在Yosemite成功之后,加特蘭并沒有放松開發步伐,而是趁熱打鐵,不到兩年時間便推出了全新ALPS產品線。

作為加特蘭新一代主打產品,ALPS具備更快捷 (fast)、更靈活(flexible)、更友好(friendly)、更可靠(firm)的特點,將成為77/79GHz毫米波雷達市場最具競爭力的芯片解決方案。

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如圖所示,ALPS產品線目前有三大類產品,分別為4T4R、2T4R及天線單元集成到芯片封裝層(AiP)技術的4T4R產品,為用戶提供從長距、中距到短距、超短距的全方位完整解決方案。

和上代產品相比,ALPS系列的重要提升主要體現在射頻性能升級和增加更多的數字處理功能,包括完整的雷達信號處理baseband以及高性能的CPU核。

“我們沒有采用標準DSP內核,而是采用了硬件加速ASIC的方式實現更高的性能及更低的功耗。這就要求我們對毫米波雷達信號處理有充分的認知,同時也要對汽車場景有更多的理解。我們在這方面也投入了很多的精力,把整個雷達信號處理引擎集成到我們的單芯片上,并且和射頻前端無縫銜接、同步配合工作。”陳嘉澍說道。

具體來說,ALPS完整高效的雷達信號處理基帶實現經典雷達信號處理算法的硬件固化,大大節省開發資源,并具有低功耗、能效高的優勢;具備功能安全的ARC EM6 CPU核可為用戶提供300MHz主頻的強大數據處理單元來實現跟蹤算法、上層應用算法和控制軟件等程序。ALPS采用“V”型開發流程,在設計方案中加入了190多個功能安全監控模塊,涉及過億晶體管的檢測,并進行了多達1000多項失效模式的分析,并集成了檢測失效模塊的失效再檢測;最終Alps會達到ASIL-B的功能安全等級。

全新的ALPS系列產品的處理器更強大,同時支持SoC射頻前端的級聯,實現更長距離雷達應用,也支持搭配MIMO天線陣列實現高分辨率。陳嘉澍表示,在級聯時,數據量會非常大,對于單一的處理器要求非常高,對于固定處理器來說,運算、存儲等性能不方便擴展,而ALPS系列內部處理器可實現分布式處理,降低主處理器的負擔。

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Yosemite和ALPS系列對比


獨特的技術實力讓加特蘭傲立群雄

隨著自動駕駛技術的不斷演進,有眾多國內外公司宣布進軍CMOS毫米波雷達市場,不過陳嘉澍表示,目前市面上大多數毫米波雷達公司都專注于毫米波雷達模塊,這些模塊廠商有90%以上是加特蘭的客戶。“有一些芯片公司的確在做77GHz CMOS毫米波雷達,但到今天為止我們是中國范圍內唯一一家全面量產,并且進入汽車前裝市場的芯片供應商。進入前裝市場對加特蘭來說是一個巨大的里程碑,這代表著我們不光擁有批量供應的能力,還有滿足車規的能力。”

陳嘉澍強調道,加特蘭的一大強項就是在標準的數字CMOS工藝實現毫米波頻段的電路。除了陳嘉澍本身在CMOS射頻領域具有頗多經驗之外,公司大部分開發人員也都是來自國內外頂級高校。“我們所構建的是一個完整的系統,包括鎖相環、發射機、接收機、混頻器等等,并且確保其工作在汽車要求的-40至120度工作溫度范圍內,這對于CMOS工藝來說是很困難的。CMOS工藝盡管是成熟的半導體工藝,但它本身不是為了高頻電路應用去設計的。我們是充分了解CMOS工藝的半導體特性,能夠把它潛在的高頻能力激發出來,并且做到符合車規要求,在整個開發過程中,我們使用了大量的數字電路去保護或者改進模擬電路的短板和缺陷,讓整套系統工作得比用一個簡單的工藝要更好。”陳嘉澍解釋道。

憑借著在技術上的強勁實力,即使面對國際芯片巨頭競爭,陳嘉澍也是滿懷信心,對此他表示:“我們團隊是全球最早從事這方面研究的,在基于CMOS的毫米波雷達芯片方面不亞于任何一個海外的半導體公司。同時,這一領域也是新興領域,沒有說哪一家已經擁有了豐厚的經驗積累,沒有一家構建了不可逾越的護城河,反而我們的潛力是最強的。”

毫米波雷達廣闊的想象空間需要從客戶角度出發

正如陳嘉澍和呂昱昭反復強調的,加特蘭始終從用戶角度出發,無論是產品定義,或者是開發工具等方方面面。

“由于毫米波雷達市場是一個新興并且快速成長的市場,所以我們的使命是讓毫米波雷達傳感器變得更便宜,更易于設計,可以驅動更多客戶進入毫米波雷達應用領域。”陳嘉澍說道。

正如陳嘉澍此前所言,毫米波雷達應用在車上已有將近30年歷史,最初是采用砷化鎵工藝,造價非常昂貴。而在2009年開始,毫米波雷達開始引入硅鍺工藝,成本下降了一半,市場滲透率有了較大提升。

陳嘉澍指出,目前L2級別的車需要3顆雷達,其中2顆后向,一顆前向。而到了L3以上級別,至少需要5-8顆毫米波雷達。“雷達更多,覆蓋范圍越廣越全面,但唯一的問題就在于成本上是不是能被主機廠接受,所以我們的CMOS毫米波雷達傳感器憑借著高集成度和優異性能,相比砷化鎵,成本有了進一步降低,讓市場有不斷壯大的可能。”

除了汽車市場擁有確定性的需求之外,工業領域同樣需求全新的CMOS毫米波雷達技術。包括安檢成像、手勢識別、心率識別、防撞檢測、手勢識別等領域都將有其發揮空間。

在發布第一代Yosemite之時,加特蘭就已針對工業應用推出了60GHz Yellowstone系列處理器,而根據ALPS系列架構,也將會推出工業用60GHz SoC產品系列。

呂昱昭也表示,ALPS系列并不是加特蘭的工程師空想出來的,而是充分從客戶處進行調研,了解他們的痛點。比如開發固化的算法節省客戶底層開發時間,包括內置硬件處理器,集成天線,集成更多通道等特性,都是以客戶為出發點。

與此同時,為了配合ALPS系列產品的推廣及用戶開發,加特蘭微電子還同步推出了RDP雷達開發平臺及GUI用戶界面等工具,并且兼容完整的軟件集合開發環境與工具鏈。

陳嘉澍表示:“我們希望在這些領域繼續深耕耘,通過提供性能更好、體積更小,并且客戶非常易使用的毫米波雷達芯片級系統,能夠培養出更多圍繞我們的車載和工業消費客戶。任何一個半導體巨頭都是從初創中走過來的,他們一定是在某一個細分方向上發揮最大的優勢,通過聚焦細分方向不斷成長。”

陳嘉澍總結道,客戶選擇加特蘭的原因有很多,但絕對不會單純是因為我們是國產芯片才會選我們。“盡管市場上有很多友商提供相類似的產品,但是我們很自豪地說無論在時間節點、產品性能、性價比、易用度等方面我們都走在了前面。所以即便我們是一家初創公司,但客戶仍然信任我們,愿意嘗試我們的產品。所以為了幫助客戶的產品快速上市,我們會給予他們全方位的、完整的、非常友好的支持和直接的參考平臺,客戶采用我們的芯片實現樣機的開發周期遠小于其他任何一家供應商。”

關鍵字:加特蘭  毫米波雷達

編輯:冀凱 引用地址:http://www.bp0.com.cn/qcdz/2019/ic-news040425505.html
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