与非网7月9日讯 学术研究人员利用格芯(GLOBALFOUNDRIES)技术促进汽车雷达系统在范围、分辨率和视觉上的进步,满足行业关键需求。

 

自1999年梅赛德斯-奔驰宣布“教会汽车看东西”以来,汽车雷达已经走过了一段漫长的道路。当时奔驰推出了首个基于雷达的自适应巡航控制(ACC)系统,即它的车距控制系统(DISTRONIC)并在商业上部署应用,汽车雷达才作为指定车型的一个配置选项首次面世。

 

当然,自适应巡航控制系统如今已经成为许多新车的标准配置,但它作为唯一的汽车雷达应用还远远不够,还有很长的一段路要走。现代化的车辆可能装有好几个不同的雷达,具有自动紧急刹车、盲区监控、车道变换辅助和其它先进的驾驶辅助系统 (ADAS) 功能。在不久的将来,雷达功能的增强将赋能更先进的安全系统和更自动化的车辆。

 

格芯作为世界领先的半导体制造商之一,提供功能丰富的解决方案,帮助客户针对汽车雷达等高增长市场细分领域开发普适芯片。格芯的汽车雷达应用系列平台有22FDX™、RF CMOS 和 SiGe BiCMOS,能提供出色的射频/毫米波性能、卓越的数字处理/集成能力以及超低功耗运行。这些平台享有全面的端到端服务,满足汽车行业在性能、可靠性、质量、包装和检测方面的严格要求。

 

格芯的汽车、工业和多市场战略业务部(AIM)是其汽车雷达解决方案的诞生之地,也是交通监控和工厂自动化等物联网和工业雷达应用的大本营。(手机的动作感测雷达是格芯移动和无线基础架构战略业务部的工作重心。)

 

鉴于汽车雷达的增长和重要性,博客部门与格芯汽车、工业和多市场战略业务部首席技术官Pirooz Parvarandeh以及他同部门的同事、负责雷达和毫米波系统的首席技术官Farzad Inanlou一起探讨了未来这一领域的技术要求。

 

格芯满足这些要求的战略包括通过格芯大学合作伙伴项目与重要的学术研究人员开展合作。我们最近介绍了该项目是如何推进 6G 无线通信技术的。现在,为了了解格芯解决方案是如何促进汽车雷达的发展,我们还与格芯的学术合作伙伴Sorin Voinigescu开展了对话,Sorin是多伦多大学教授,同时是高频电子领域的权威专家。

 

 

探测范围、分辨率和视野是关键

格芯的Inanlou博士认为,探测范围、分辨率和视野是汽车雷达系统的主要需求,所有这些方面都必须要有重大改进,才能满足行业目标。他表示:“探测范围也就是雷达在车前能看到的最远距离,是影响汽车速度的一个因素。本十年结束前,系统的探测范围需要从今天的150米左右增加到300米,才能满足未来ADAS系统的要求。”

 

 

“与此同时,我们还需要提高分辨率以更好地区分物体,差不多要达到激光雷达的效果。激光雷达是一个基于光学的辅助性系统,目前它的辨别能力远比雷达逼真,但在视觉环境不佳的情况下,比如暴雨或大雾天气,它的功能会大打折扣。将激光雷达换成雷达是有必要的,因为激光雷达技术更笨重、功率更低且代价更高昂。”他谈到。

 

“最后,为了能围绕汽车创建一个完整的保护区,我们需要有更好的视野,也就是能有从各个方向看到汽车周边环境。这可能需要在整辆车上安装多达10个不同的雷达。”

 

亟待提高集成水平

需要更多地与CMOS设备进行集成,才能打造出功能性更多且更可靠的高能效、小体积汽车雷达产品。

 


Parvarandeh认为,更深层次的集成将引领全新的能力,并为汽车制造商打开新的机会。“试想前车急停的情况。紧急刹车的下一个技术里程碑是能够观察四周并计算出汽车能否避开前车,这里要考虑可用时间和周围车况,或者其它障碍。这不仅关乎安全,也能为车企提供吸引客户的新功能。”

 

事实上,高度集成汽车雷达系统的重要性在格芯和一级汽车供应商博世近期公布的协议中有说明。博世选择与格芯合作开发新一代毫米波汽车雷达片上系统,格芯22FDXRF平台广泛的功能集成能力正是部分原因。

 

Parvarandeh表示:“目前汽车雷达的运行频率为80GHz,高于蜂窝频率,要想在同一个芯片上整合这些毫米波频率和高性能数字化CMOS功能,22FDX平台可以发挥作用。”

 

“低功耗运行也很关键,不光是因为追求能效,还因为功耗越高,设备温度越高,而这些设备在车辆上的位置对能否高效散热息息相关。”他说到。“温度会影响可靠性,我们预计未来车门和其它很难散热的位置会有更多的电子产品,因此22FDX这样的高能效解决方案不可或缺。”

 

尽管格芯的22FDX解决方案系列已经实现了高性能、低功耗,但Inanlou认为,格芯在技术路线图中将追求更高的性能、运行频率和集成水平,通过SiGe技术尽可能提高Ft和Fmax性能。

 

这也是Voinigescu教授及其他人合作的主要方向。Inanlou表示:“目前我们正与全球八位从事新一代雷达技术重要研究的教授开展合作。这些合作意义重大,因为它们为我们的技术带来了全面的参考设计和佐证点,完善了格芯内部团队正在完成的工作。格芯内部团队的毫米波参考设计工作专为行业需求和规格量身打造。”

 

高频电子产品的世界专家

Voinigescu教授自上世纪八十年初便投身高频电子行业,当时他还是罗马尼亚理工学院的一名本科生,帮助教授完成了一个项目,开发出远距离连接电脑的10GHz无线电。“当时,我们用的是微波导管和离散二极管,没有集成电路电子产品。我们将三米宽的巨大天线安装在楼顶,以便发射和接受信号,我要一直不停地调整方向。”

 


他继续讲到:“我对无线和光纤技术一直很感兴趣,因为我认为,它们将不可阻挡地影响人类的生活方式。事实上,我的看法是技术还会进步,就像摩尔定律一样,不同的是,不断进步会带来永无止境的技术和经济优势。”

 

Voinigescu从多伦多大学获得博士学位后便加入北电网络公司,期间利用SiGe等新兴半导体技术为无线和宽带光纤收发器设计出先进建模方式。离开北电后,他参与创办了Quake Technologies Inc.,这家公司于2001年推出世界首个商业化10GB以太网收发器。

 

作为IEEE成员,他多次获得业界和加拿大奖项,近二十年来一直在多伦多做教授,专注于毫米波和100+GB/s集成电路、原子级半导体技术,最近专攻量子计算,利用22FDX技术将量子比特提高到200GHz。

 

他的十几个博士生都因为工作出色而备受赞誉。他还有一个装备精良的实验室,可对频率高达750GHz的设备和电路进行测试和表征。

 

“没有硅,我们什么也做不了。”

多年来,Voinigescu一直与IBM合作研究SiGe技术。几年前格芯收购了IBM半导体业务,这一合作不仅没有中断,还进一步深化。

 

对格芯来说,一大好处就是Voinigescu还与格芯的22FDX平台合作伙伴博世保持着长期的合作关系。他表示:“我的团队与博世的研究小组在80-240GHz收发器SiGe BiCMOS设备等方面有长期合作,直到今天还在继续。”

 

Voinigescu表示,他负责的大多数传感器项目,如汽车雷达应用,频率都在60-160GHz之间,他现在几乎只专攻22FDX技术。“FDX拥有一项独特功能,能让我们在做事时不费力或者不会消耗过多的能量。它有一个背栅,不仅能整合新的功能,还能提高电路速度,无需增加功率负荷,而且减少了散热问题,使设备的使用寿命更长。”

 

“随着一切变得数字化,大量的信号处理需要在单个芯片上完成。如果你拥有22FDX这样的CMOS解决方案,摒弃GaAs、InP或其它技术,你会得到更数字化的功能和控制能力、功率优势,即使迁移至更高频率也能继续保持这些优势。”

 

他举了一例,即利用22FDX平台开发的汽车雷达系统。这是一个80/160GHz双极化收发器,性能优于竞争产品,相位噪声高6-10 dB。

 

他表示:“没有硅,我们什么都做不了。”

 

丰硕的合作成果

Voinigescu表示,与格芯在22FDX平台上的合作令人愉快。格芯让他有机会研究22FDX技术,并为他提供了必要的支持和引导。他和学生们描绘了100GHz以上应用的技术,并与格芯分享了这些成果。

 

他表示:“这项工作做起来并不容易,但我们已经对高于100GHz的模型进行了验证。人们看到我们的工作,就会知道22FDX平台是一项很有吸引力的技术。对我的研究团队、格芯及其客户,乃至整个行业而言,这是共赢局面。”

 

格芯在全球芯片行业排行前五,但在今年第一季度全球市场中的份额仅为5%。台积电(中国台湾)以55%的市场份额占据了主导地位;三星其次,市场占比为17%,联华电子(中国台湾)则为7%。Caulfield在会议中表示:“当你想到全球70%的芯片生产都位于中国台湾……这对于全球经济来说是一个巨大的风险。”格芯预计,随着疫情使芯片需求快速增长,芯片供应低于需求的情况将延续到2022年或更久。

 

因格芯的工厂遍布亚洲、欧洲和北美,Caulfield表示,该公司的全球足迹为其供应链提供了平衡和保障。“因此,我们的目标是继续基于这种足迹发展,不是使一个地区的业务多于另一个地区,而是继续建厂、发展和扩建。”