2019年04月04日 | “更安全、更智能”加特兰第二代CMOS毫米波雷达SoC-ALPS解析

2019年3月，加特兰微电子召开新品发布会，宣布推出第二代毫米波雷达SoC-ALPS系列产品，百余名媒体和合作伙伴一起见证了加特兰的里程碑。

加特兰微电子CEO陈嘉澍表示，加特兰微电子的使命，是为全球用户提供更高性能、更易使用和更低功耗的毫米波雷达技术，为社会创造一个更安全、更智能的环境。

2017年10月加特兰发布的首款毫米波雷达芯片Yosemite，作为Yosemite产品的升级，ALPS的新品特色在哪？可以为产业带来哪些益处？加特兰微电子CEO陈嘉澍博士和公司运营商务副总裁吕昱昭一一给予解答。

加特兰微电子CEO陈嘉澍

加特兰是一家怎样的公司？

陈嘉澍表示，加特兰这家公司的名称是由英文Calterah而来，其中Cal代表着毫米波技术的来源地，加州大学伯克利分校，而Terah代表着太赫兹技术。

加特兰微电子2014年成立于上海，创始团队来自硅谷海归，是CMOS毫米波技术的开创者。拥有毫米波雷达设计自主知识产权和经过验证的完整车规级芯片开发流程，公司是全球第一家量产CMOS毫米波雷达收发单芯片的公司，是亚洲第一家通过车规认证的77GHz毫米波雷达芯片公司，而且也是全球第一家成功导入前装车辆并量产的CMOS-77GHz毫米波雷达芯片公司。

陈嘉澍博士在毫米波技术领域2011年获得加州伯克利大学电气工程和计算机科学专业博士学位，博士所在实验室—伯克利无线通信研究中心（BRWC）在雷达领域是学术权威，为业界最顶尖的产学研实验室。在射频学术界，陈嘉澍屡获殊荣，荣获美国国务院颁发的国际富布赖特科学技术奖，包括2013年IEEE国际固态电路大会Jack Kilby杰出学生论文奖，2011年国际射频集成电路大会最佳学生论文奖，在毫米波CMOS设计领域发表超过15篇论文，超过400次引用，拥有多项美国和中国专利。

而在产业界，陈嘉澍同样有着丰富经验。2011-2014年在美国Tensorcom公司担任首席工程师，Tensorcom是全球领先的超高速、极低功耗毫米波解决方案领域的领导者，成功开发出世界首款SoC 60GHz一体化单芯片方案（ 40nm-CMOS工艺）并成功量产。

自2017年第一代77GHz CMOS毫米波雷达芯片发布后，加特兰微电子与下游应用厂商开展了广泛的合作，成功在汽车前装市场量产，同时在交通、安防、安检成像等领域也取得突破，在全球已与90多家客户展开合作。

ALPS系列横空出世

在Yosemite成功之后，加特兰并没有放松开发步伐，而是趁热打铁，不到两年时间便推出了全新ALPS产品线。

作为加特兰新一代主打产品，ALPS具备更快捷 （fast）、更灵活（flexible)、更友好（friendly）、更可靠（firm)的特点，将成为77/79GHz毫米波雷达市场最具竞争力的芯片解决方案。



如图所示，ALPS产品线目前有三大类产品，分别为4T4R、2T4R及天线单元集成到芯片封装层（AiP）技术的4T4R产品，为用户提供从长距、中距到短距、超短距的全方位完整解决方案。

和上代产品相比，ALPS系列的重要提升主要体现在射频性能升级和增加更多的数字处理功能，包括完整的雷达信号处理baseband以及高性能的CPU核。

“我们没有采用标准DSP内核，而是采用了硬件加速ASIC的方式实现更高的性能及更低的功耗。这就要求我们对毫米波雷达信号处理有充分的认知，同时也要对汽车场景有更多的理解。我们在这方面也投入了很多的精力，把整个雷达信号处理引擎集成到我们的单芯片上，并且和射频前端无缝衔接、同步配合工作。”陈嘉澍说道。

具体来说，ALPS完整高效的雷达信号处理基带实现经典雷达信号处理算法的硬件固化，大大节省开发资源，并具有低功耗、能效高的优势；具备功能安全的ARC EM6 CPU核可为用户提供300MHz主频的强大数据处理单元来实现跟踪算法、上层应用算法和控制软件等程序。ALPS采用“V”型开发流程，在设计方案中加入了190多个功能安全监控模块，涉及过亿晶体管的检测，并进行了多达1000多项失效模式的分析，并集成了检测失效模块的失效再检测；最终Alps会达到ASIL-B的功能安全等级。

全新的ALPS系列产品的处理器更强大，同时支持SoC射频前端的级联，实现更长距离雷达应用，也支持搭配MIMO天线阵列实现高分辨率。陈嘉澍表示，在级联时，数据量会非常大，对于单一的处理器要求非常高，对于固定处理器来说，运算、存储等性能不方便扩展，而ALPS系列内部处理器可实现分布式处理，降低主处理器的负担。

Yosemite和ALPS系列对比

独特的技术实力让加特兰傲立群雄

随着自动驾驶技术的不断演进，有众多国内外公司宣布进军CMOS毫米波雷达市场，不过陈嘉澍表示，目前市面上大多数毫米波雷达公司都专注于毫米波雷达模块，这些模块厂商有90%以上是加特兰的客户。“有一些芯片公司的确在做77GHz CMOS毫米波雷达，但到今天为止我们是中国范围内唯一一家全面量产，并且进入汽车前装市场的芯片供应商。进入前装市场对加特兰来说是一个巨大的里程碑，这代表着我们不光拥有批量供应的能力，还有满足车规的能力。”

陈嘉澍强调道，加特兰的一大强项就是在标准的数字CMOS工艺实现毫米波频段的电路。除了陈嘉澍本身在CMOS射频领域具有颇多经验之外，公司大部分开发人员也都是来自国内外顶级高校。“我们所构建的是一个完整的系统，包括锁相环、发射机、接收机、混频器等等，并且确保其工作在汽车要求的-40至120度工作温度范围内，这对于CMOS工艺来说是很困难的。CMOS工艺尽管是成熟的半导体工艺，但它本身不是为了高频电路应用去设计的。我们是充分了解CMOS工艺的半导体特性，能够把它潜在的高频能力激发出来，并且做到符合车规要求，在整个开发过程中，我们使用了大量的数字电路去保护或者改进模拟电路的短板和缺陷，让整套系统工作得比用一个简单的工艺要更好。”陈嘉澍解释道。

凭借着在技术上的强劲实力，即使面对国际芯片巨头竞争，陈嘉澍也是满怀信心，对此他表示：“我们团队是全球最早从事这方面研究的，在基于CMOS的毫米波雷达芯片方面不亚于任何一个海外的半导体公司。同时，这一领域也是新兴领域，没有说哪一家已经拥有了丰厚的经验积累，没有一家构建了不可逾越的护城河，反而我们的潜力是最强的。”

毫米波雷达广阔的想象空间需要从客户角度出发

正如陈嘉澍和吕昱昭反复强调的，加特兰始终从用户角度出发，无论是产品定义，或者是开发工具等方方面面。

“由于毫米波雷达市场是一个新兴并且快速成长的市场，所以我们的使命是让毫米波雷达传感器变得更便宜，更易于设计，可以驱动更多客户进入毫米波雷达应用领域。”陈嘉澍说道。

正如陈嘉澍此前所言，毫米波雷达应用在车上已有将近30年历史，最初是采用砷化镓工艺，造价非常昂贵。而在2009年开始，毫米波雷达开始引入硅锗工艺，成本下降了一半，市场渗透率有了较大提升。

陈嘉澍指出，目前L2级别的车需要3颗雷达，其中2颗后向，一颗前向。而到了L3以上级别，至少需要5-8颗毫米波雷达。“雷达更多，覆盖范围越广越全面，但唯一的问题就在于成本上是不是能被主机厂接受，所以我们的CMOS毫米波雷达传感器凭借着高集成度和优异性能，相比砷化镓，成本有了进一步降低，让市场有不断壮大的可能。”

除了汽车市场拥有确定性的需求之外，工业领域同样需求全新的CMOS毫米波雷达技术。包括安检成像、手势识别、心率识别、防撞检测、手势识别等领域都将有其发挥空间。

在发布第一代Yosemite之时，加特兰就已针对工业应用推出了60GHz Yellowstone系列处理器，而根据ALPS系列架构，也将会推出工业用60GHz SoC产品系列。

吕昱昭也表示，ALPS系列并不是加特兰的工程师空想出来的，而是充分从客户处进行调研，了解他们的痛点。比如开发固化的算法节省客户底层开发时间，包括内置硬件处理器，集成天线，集成更多通道等特性，都是以客户为出发点。

与此同时，为了配合ALPS系列产品的推广及用户开发，加特兰微电子还同步推出了RDP雷达开发平台及GUI用户界面等工具，并且兼容完整的软件集合开发环境与工具链。

陈嘉澍表示：“我们希望在这些领域继续深耕耘，通过提供性能更好、体积更小，并且客户非常易使用的毫米波雷达芯片级系统，能够培养出更多围绕我们的车载和工业消费客户。任何一个半导体巨头都是从初创中走过来的，他们一定是在某一个细分方向上发挥最大的优势，通过聚焦细分方向不断成长。”

陈嘉澍总结道，客户选择加特兰的原因有很多，但绝对不会单纯是因为我们是国产芯片才会选我们。“尽管市场上有很多友商提供相类似的产品，但是我们很自豪地说无论在时间节点、产品性能、性价比、易用度等方面我们都走在了前面。所以即便我们是一家初创公司，但客户仍然信任我们，愿意尝试我们的产品。所以为了帮助客户的产品快速上市，我们会给予他们全方位的、完整的、非常友好的支持和直接的参考平台，客户采用我们的芯片实现样机的开发周期远小于其他任何一家供应商。”