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激光雷達(dá)風(fēng)口已至，技術(shù)漸趨成熟，“小作坊”如何適應(yīng)大規(guī)模量產(chǎn)訂單？

發(fā)布時(shí)間：2022-10-08 點(diǎn)擊次數(shù)：1557

近三個(gè)月來(lái)，全球的激光雷達(dá)公司聚得最齊的一次是在拉斯維加斯。

無(wú)論是Velodyne、Luminar、Valeo（法雷奧）、Ibeo等國(guó)外公司，還是速騰聚創(chuàng)、禾賽科技、Innovusion（圖達(dá)通）等中國(guó)公司，都在1月初來(lái)到了美國(guó)賭城，帶著自己的新產(chǎn)品，參加全球最受矚目的電子技術(shù)展之一——2022美國(guó)電子消費(fèi)展（CES）。

當(dāng)自動(dòng)駕駛功能逐漸成為汽車(chē)的標(biāo)配，自動(dòng)駕駛背后的硬件激光雷達(dá)也從幕后站到了聚光燈前。參展CES的激光雷達(dá)公司，既有像Velodyne一樣上世紀(jì)就成立的元老，也有像禾賽科技一樣幾年前誕生的新秀。

“激光雷達(dá)上車(chē)元年”——業(yè)內(nèi)如此形容激光雷達(dá)市場(chǎng)的2022年。隨著高性能車(chē)規(guī)級(jí)激光雷達(dá)在性能、成本、可靠性等方面均已成熟，有能力滿足汽車(chē)量產(chǎn)需求，激光雷達(dá)的市場(chǎng)認(rèn)知和應(yīng)用規(guī)模在2021年開(kāi)始呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)。據(jù)記者不完全統(tǒng)計(jì)，2022年搭載激光雷達(dá)上市的車(chē)型達(dá)17款。

近期搭載激光雷達(dá)的車(chē)型及其供應(yīng)商數(shù)據(jù)來(lái)源：中金公司研報(bào)、互聯(lián)網(wǎng)綜合

咨詢機(jī)構(gòu)Yole預(yù)測(cè)，到2026年，車(chē)載激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)57億美元。法雷奧中國(guó)區(qū)CTO顧劍民向《財(cái)經(jīng)》記者預(yù)計(jì)，到2030年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)500億美元，中國(guó)將在其中發(fā)揮重要作用。

一場(chǎng)激光雷達(dá)江湖鏖戰(zhàn)正在上演。Innovusion聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO鮑君威告訴《財(cái)經(jīng)》記者，眼下全球范圍內(nèi)的頭部激光雷達(dá)企業(yè)是有定點(diǎn)且有量產(chǎn)能力的四家：Innovusion、Luminar、禾賽科技、速騰聚創(chuàng)，“其他還沒(méi)拿到真正定點(diǎn)項(xiàng)目或者沒(méi)有量產(chǎn)規(guī)劃的廠家基本已經(jīng)在這一輪競(jìng)爭(zhēng)中落伍。”

格局還有改寫(xiě)的空間。上車(chē)之后的激光雷達(dá)是否真如宣傳的好用？激光雷達(dá)公司選擇的主機(jī)廠是否爭(zhēng)氣，賣(mài)出足夠多的相關(guān)車(chē)型？尤其是缺芯還在持續(xù)的情況下?，F(xiàn)在的激光雷達(dá)技術(shù)路線是否是車(chē)企的最終選擇？奧緯咨詢董事合伙人張君毅認(rèn)為，那些還未上車(chē)的激光雷達(dá)公司還有兩三年的窗口期，“如果那時(shí)候還不能量產(chǎn)，基本上就放棄了?！?/span>

與之共存的還有泡沫和迷茫。多位業(yè)內(nèi)人士向記者表示，激光雷達(dá)市場(chǎng)正在變成一個(gè)堆料市場(chǎng)。張君毅認(rèn)為，不同廠家的激光雷達(dá)性能、成本、精度是不一樣的，不能單純以數(shù)量論好壞。

這個(gè)行業(yè)到底是一個(gè)怎么樣的風(fēng)口？有哪些成熟的技術(shù)？“小作坊”如何適應(yīng)大規(guī)模量產(chǎn)訂單？

風(fēng)口來(lái)了

“好開(kāi)心，基金和個(gè)人投資的第一個(gè)激光雷達(dá)項(xiàng)目量產(chǎn)就緒?！?月26日中午，張君毅在朋友圈發(fā)了這條消息，并附上了Innovusion的相關(guān)視頻。此刻距離他投資Innovusion已經(jīng)過(guò)去了三年多。

Innovusion成立于2016年11月，在美國(guó)硅谷和中國(guó)蘇州、上海設(shè)有研發(fā)中心。據(jù)了解，Innovusion已和蔚來(lái)汽車(chē)達(dá)成合作，激光雷達(dá)將搭載在蔚來(lái)ET7和ET5上，兩款車(chē)型分別于2022年第一季度和第三季度上市。

張君毅介紹，投資激光雷達(dá)這樣的零部件項(xiàng)目比較有挑戰(zhàn)，既要考慮技術(shù)，也要考慮未來(lái)大規(guī)模量產(chǎn)的可能性，成本的可控性等等。綜合再三，當(dāng)時(shí)他和幾個(gè)合伙人自己也增額跟投了項(xiàng)目，證明對(duì)這個(gè)領(lǐng)域有高度的信心。

“一個(gè)公司哪怕有10個(gè)缺點(diǎn)，但有1點(diǎn)說(shuō)服了你，而你又沒(méi)有太好選擇的情況下，可能也會(huì)去投它。”一位科技賽道投資人告訴《財(cái)經(jīng)》記者，一級(jí)市場(chǎng)上的投資很多時(shí)候是概率性問(wèn)題。如果碰到特別火的賽道，先投進(jìn)去甚至比先考察公司靠不靠譜更重要。

正在上車(chē)的激光雷達(dá)就是這樣一個(gè)賽道。只要賽道持續(xù)火爆，就意味著一直有人接盤(pán)，退出就能賺一筆?！爸劣谀阃兜墓臼遣皇亲詈蟪闪祟^部，大部分投資人現(xiàn)在都不太會(huì)關(guān)注。你看他們一共才裝了幾萬(wàn)輛車(chē)，就要你幾十億上百億的估值。這些公司看起來(lái)比二級(jí)市場(chǎng)上還貴。”

三年多過(guò)去，張君毅的身份從蔚來(lái)資本的聯(lián)合創(chuàng)始人變成了奧緯咨詢董事合伙人，而現(xiàn)在再想投出一家Innovusion希望渺茫?！坝忻募す饫走_(dá)公司現(xiàn)在很難投進(jìn)去了，現(xiàn)在投一些比較早期的公司也沒(méi)有太大價(jià)值，最穩(wěn)妥是投一些有產(chǎn)業(yè)企業(yè)背書(shū)的項(xiàng)目?！睆埦阆颉敦?cái)經(jīng)》記者說(shuō)道。

不可否認(rèn)的是，激光雷達(dá)的技術(shù)發(fā)明雖然源自海外，但中國(guó)的這些公司是將其工程化、量產(chǎn)化做的最好的。

2004年至2007年間，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）發(fā)起了三屆無(wú)人駕駛挑戰(zhàn)賽（DARPA Grand Challenge），Velodyne的多線束機(jī)械式激光雷達(dá)就此誕生。一時(shí)間，Velodyne幾乎是激光雷達(dá)的代名詞，也是全無(wú)人駕駛技術(shù)公司的唯一選擇，占據(jù)了車(chē)載激光雷達(dá)大部分的市場(chǎng)份額。

如今，最初的發(fā)明者Velodyne不再獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，激光雷達(dá)的體積也因?yàn)榧夹g(shù)路線的變化，經(jīng)歷了從大個(gè)頭到小盒子的更迭。買(mǎi)方也變了，激光雷達(dá)的買(mǎi)家不再只有自動(dòng)駕駛公司，還有車(chē)企。據(jù)《財(cái)經(jīng)》記者不完全統(tǒng)計(jì)，2022年搭載激光雷達(dá)上市的車(chē)型達(dá)17款。

“我們確實(shí)是捉到了中國(guó)新能源和自動(dòng)駕駛的這波紅利，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求明顯會(huì)比海外來(lái)得更快、更猛烈?！彼衮v聚創(chuàng)聯(lián)合創(chuàng)始人、執(zhí)行總裁邱純潮向《財(cái)經(jīng)》記者坦言，雖然機(jī)器人領(lǐng)域的需求也在每年一個(gè)數(shù)量級(jí)地增長(zhǎng)，但和汽車(chē)領(lǐng)域的需求根本不是一個(gè)量級(jí)。

據(jù)《財(cái)經(jīng)》記者不完全統(tǒng)計(jì)，去年以來(lái)，全球激光雷達(dá)市場(chǎng)融資總額超80億元人民幣，中國(guó)公司拿到了其中的90%以上。在剛剛過(guò)去的二月底，國(guó)內(nèi)激光雷達(dá)公司速騰聚創(chuàng)獲得了超24億人民幣融資，為不久后的IPO做準(zhǔn)備。

撇去泡沫

中國(guó)智能電動(dòng)汽車(chē)的高速發(fā)展，讓車(chē)載激光雷達(dá)市場(chǎng)的變化都微縮在960萬(wàn)平方公里的土地。某種程度上，車(chē)載激光雷達(dá)在中國(guó)市場(chǎng)的現(xiàn)狀代表了整個(gè)行業(yè)。

“會(huì)宣傳”是《財(cái)經(jīng)》記者在采訪中聽(tīng)到最多的對(duì)激光雷達(dá)市場(chǎng)的形容。

如今的產(chǎn)業(yè)端，“一輛汽車(chē)裝X顆激光雷達(dá)”正在成為車(chē)企宣傳汽車(chē)智能化的最新方式。而“拿下了x家車(chē)企定點(diǎn)”，加了各種限定詞的“xx量產(chǎn)激光雷達(dá)”也在成為激光雷達(dá)公司宣傳自身技術(shù)和量產(chǎn)能力的最新方式。

多位受訪者告訴《財(cái)經(jīng)》記者，目前車(chē)企的堆料風(fēng)氣嚴(yán)重，造成市場(chǎng)的成本導(dǎo)向很強(qiáng)，但激光雷達(dá)數(shù)量多不能代表性能好?！斑@就像裝多個(gè)測(cè)距距離只有50米的激光雷達(dá)，也不能實(shí)現(xiàn)清楚識(shí)別250米外的物體?！滨U君威舉例道。

一位業(yè)內(nèi)人士向《財(cái)經(jīng)》記者坦言，有的激光雷達(dá)公司在宣傳時(shí)會(huì)模糊相關(guān)概念，比如“量產(chǎn)”。激光雷達(dá)公司的客戶主要分為自動(dòng)駕駛公司和車(chē)企，不同于車(chē)企的大批量訂單，自動(dòng)駕駛公司因?yàn)樾枨罅啃?，即使簽訂了合作訂單也不?yīng)將其稱之為“量產(chǎn)”。但在對(duì)外宣傳時(shí)，往往是將二者相加。

當(dāng)越來(lái)越多的激光雷達(dá)公司裝上了汽車(chē)，“激光雷達(dá)量產(chǎn)元年”的口號(hào)也隨之而來(lái)。

“這更多是一些激光雷達(dá)公司的宣傳手段?！焙藤惪萍颊J(rèn)為，雖然激光雷達(dá)廠商今年會(huì)開(kāi)始為量產(chǎn)車(chē)進(jìn)行批量化交付，但真正行業(yè)量產(chǎn)大爆發(fā)應(yīng)該還是在2025年，“我們的框架訂單一般都是以幾年為周期簽的?！?/span>

按照激光雷達(dá)交付數(shù)量來(lái)看，法雷奧是目前全球唯一一家實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的公司。顧劍民告訴《財(cái)經(jīng)》記者，截至目前，法雷奧已經(jīng)交付了超15萬(wàn)顆激光雷達(dá)。“比該行業(yè)的任何其他廠商都多?！?/span>

Velodyne全球銷售副總裁Laura Wrisley持類似觀點(diǎn)。Laura Wrisley向《財(cái)經(jīng)》記者表示，目前距離自動(dòng)駕駛汽車(chē)的全面應(yīng)用還有很多年，未來(lái)幾年最大、增長(zhǎng)最快的激光雷達(dá)市場(chǎng)還是由工業(yè)和機(jī)器人技術(shù)、智能基礎(chǔ)設(shè)施、以及智慧城市推動(dòng)的。

一個(gè)業(yè)內(nèi)共識(shí)是，車(chē)載激光雷達(dá)的效果還沒(méi)有經(jīng)過(guò)市場(chǎng)驗(yàn)證，起碼要等第一批裝載激光雷達(dá)的汽車(chē)進(jìn)入市場(chǎng)兩三年后才能得出初步結(jié)論?！耙袁F(xiàn)在的階段不能說(shuō)哪家激光雷達(dá)公司主導(dǎo)市場(chǎng)?！?/span>

這樣的熱鬧傳導(dǎo)到普通消費(fèi)者還需時(shí)日。

用戶能直接了解的是激光雷達(dá)的探測(cè)距離和分辨率，即這款激光雷達(dá)看得多遠(yuǎn)、看得多清。但除了激光雷達(dá)本身的性能，融合硬件的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)體驗(yàn)如何也很重要。

更底層的問(wèn)題是，先跟用戶講清楚激光雷達(dá)是什么?！澳阍趺磁袛噙@輛車(chē)裝的激光雷達(dá)好不好？”當(dāng)《財(cái)經(jīng)》記者向一位準(zhǔn)車(chē)主拋出這個(gè)問(wèn)題時(shí)，立即被反問(wèn)了回來(lái)：“什么是激光雷達(dá)？”

外行看熱鬧，內(nèi)行看沒(méi)到！激光雷達(dá)界有哪些成熟的技術(shù)呢？

激光雷達(dá)：發(fā)射系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、測(cè)距方式……分別有哪些技術(shù)？

激光雷達(dá)屬于主動(dòng)測(cè)量裝臵，結(jié)合高精地圖可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的定位精度。激光雷達(dá)是一種通過(guò)發(fā)射激光來(lái)測(cè)量物體與傳感器之間精確距離的主動(dòng)測(cè)量裝臵，通過(guò)激光器和探測(cè)器組成的收發(fā)陣列，結(jié)合光束掃描，借助激光點(diǎn)陣獲取周?chē)矬w的精確距離及輪廓信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)h(huán)境的實(shí)時(shí)感知和避障功能。同時(shí)，激光雷達(dá)可以結(jié)合預(yù)先采集的高精地圖，達(dá)到厘米級(jí)的定位精度，以實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，激光雷達(dá)可以分為光發(fā)射系統(tǒng)、光接收系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。

發(fā)展初期階段，激光雷達(dá)多種技術(shù)路線百花齊放。2022 年伴隨 L2 向 L3/L4 跨越，激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)上車(chē)。但從滲透率來(lái)看，搭載激光雷達(dá) 的 L3 及以上級(jí)別的智能車(chē)滲透率才剛起步，激光雷達(dá)仍處于發(fā)展初期。出于對(duì)性能和成本的權(quán)衡考量，目前市場(chǎng)上的激光雷達(dá)方案百花齊放，多種技術(shù)路線并行。在分類上，可以按照激光器、探測(cè)器、掃描方式以及測(cè)距方式進(jìn)行區(qū)分。

激光雷達(dá)即將大規(guī)模量產(chǎn)，轉(zhuǎn)鏡/MEMS方案用作遠(yuǎn)距離探測(cè)主雷達(dá)，F(xiàn)lash作為補(bǔ)盲雷達(dá)的產(chǎn)品形態(tài)有望維持，遠(yuǎn)期純固態(tài)的OPA+FMCW有望成為激光雷達(dá)行業(yè)終局。激光雷達(dá)即將進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)前夜，目前轉(zhuǎn)鏡和MEMS方案具有較為均衡的性能指標(biāo)、成熟的供應(yīng)鏈體系及相對(duì)可控的成本、并且更容易滿足車(chē)規(guī)要求，成為中短期可以大規(guī)模推廣的兩大方式，產(chǎn)業(yè)鏈公司有望迎來(lái)機(jī)會(huì)。Flash方案由于短期探測(cè)距離有限、低成本、純固態(tài)等特點(diǎn)有望在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)作為補(bǔ)盲雷達(dá)。而遠(yuǎn)期FMCW+OPA方式有望憑借其超越現(xiàn)有方案極限的性能以及低廉的成本和純固態(tài)化結(jié)構(gòu)下的高穩(wěn)定性成為激光雷達(dá)行業(yè)的終局。

1、發(fā)射系統(tǒng)：EEL 激光器占主導(dǎo)，未來(lái)可能轉(zhuǎn)向 VCSEL 和光纖激光器

按發(fā)射激光器分，目前主要采用 EEL 激光器，未來(lái)可能轉(zhuǎn)向 VCSEL 和光纖激光器。半導(dǎo)體激光器主要包括 EEL（邊發(fā)射激光器）和 VCSEL（垂直腔面激光器），主要發(fā)射激光波長(zhǎng)為 905nm。EEL 激光器具備高發(fā)光功率密度，缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜帶來(lái)成本高企、產(chǎn)品易碎，因此半導(dǎo)體激光器逐漸轉(zhuǎn)向可靠性和生產(chǎn)成本都大幅蓋上的多結(jié) VCSEL 激光器。光纖激光器以半導(dǎo)體激光器為主要泵浦源，通過(guò)玻璃光纖作為增益介質(zhì)，主要發(fā)射激光波長(zhǎng)為 1550nm，可以獲得更高功率和質(zhì)量的光束，但成本也更加高昂。

按發(fā)射系統(tǒng)的光源波長(zhǎng)分，905nm 激光為當(dāng)前主流方案，長(zhǎng)期來(lái)看 1550nm 激光更占優(yōu)。

1）905nm 激光：產(chǎn)業(yè)鏈成熟，且可以使用 Si 探測(cè)器，成本較低，因此成為目前的主流選擇。但由于可見(jiàn)光波長(zhǎng)約為 390-780nm，905nm 屬于近紅外激光，容易被人體視網(wǎng)膜吸收并造成視網(wǎng)膜損傷，因此 905nm 方案只能以低功率運(yùn)行，基本 200 米已經(jīng)是探測(cè)距離極限。

2）1550nm 激光：遠(yuǎn)離人眼可見(jiàn)光波長(zhǎng)，大部分光在到達(dá)視網(wǎng)膜之前就會(huì)被眼球的透明部分吸收，同等功率下 1550nm 激光對(duì)人眼的安全性是 905nm 激光的 10 萬(wàn)倍以上，安全功率上限是 905nm 的 40 倍，探測(cè)距離可以提升至 250 米甚至是 300 米以上。但 1550nm 無(wú)法被 Si 探測(cè)器探測(cè)，需要使用成本更高的 Ge 或者 InGaAs 探測(cè)器，且因?yàn)闉V 光片鍍膜等技術(shù)難度更高，導(dǎo)致良率較低抬升整機(jī)成本。

2、掃描系統(tǒng)：混合固態(tài)為當(dāng)前主流，未來(lái)看好純固態(tài)

光束掃描方式繁多，當(dāng)前轉(zhuǎn)鏡和MEMS將成為量產(chǎn)鋪開(kāi)的首選方式，遠(yuǎn)期純固態(tài)的OPA、Flash有望成為激光雷達(dá)終局。機(jī)械式降本空間有限，轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)難以滿足車(chē)規(guī)要求，前裝量產(chǎn)上車(chē)存在困難。

轉(zhuǎn)鏡式類似于微型化的機(jī)械掃描，性能優(yōu)異，相對(duì)容易過(guò)車(chē)規(guī)，但仍存在機(jī)械活動(dòng)部件且降本空間有限。MEMS方案具有多種部署方式，整體而言性能可滿足要求，相對(duì)容易過(guò)車(chē)規(guī)，但MEMS鏡的穩(wěn)定性有待提升。Flash方案純固態(tài)、價(jià)格低，但目前受限探測(cè)距離多用于補(bǔ)盲。

OPA方案具有純固態(tài)、掃描頻率/精度高、降本潛力大等優(yōu)勢(shì)，但與FMCW相類似，一方面，器件的設(shè)計(jì)如芯片的光耦合損耗、旁瓣干擾等存在難點(diǎn)，另一方面硅光工藝尚不成熟，因此該種方案落地仍需時(shí)日有望成為激光雷達(dá)終局。

具體來(lái)說(shuō)，按掃描系統(tǒng)分，激光雷達(dá)方案分為機(jī)械式、混合固態(tài)（半固態(tài)）和固態(tài)三種。

1）機(jī)械式激光雷達(dá)：研發(fā)最早，技術(shù)最為成熟，特點(diǎn)是豎直方向排列多組激光束，通過(guò) 360°旋轉(zhuǎn)進(jìn)行全面掃描。掃描速度快，抗干擾能力強(qiáng)，因此最早應(yīng)用于自動(dòng)駕駛測(cè)試研發(fā)領(lǐng)域，但高頻轉(zhuǎn)動(dòng)和復(fù)雜機(jī)械結(jié) 構(gòu)使機(jī)械式激光雷達(dá)使用壽命過(guò)短，易受損壞，難以符合車(chē)規(guī)，不適合量產(chǎn)上車(chē)。

2）混合固態(tài)分為轉(zhuǎn)鏡、MEMS 和棱鏡三種

a）轉(zhuǎn)鏡式：激光發(fā)射模塊和接收模塊不動(dòng)，只有掃描鏡在做機(jī)械旋轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn) 145°的掃描。優(yōu)勢(shì)是容易通過(guò)車(chē)規(guī)認(rèn)證，成本可控，可以量產(chǎn)。全球第一款通過(guò)車(chē)規(guī)認(rèn)證的法雷奧 SCALA 轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)于 2018 年搭載于奧迪 A8。

b）棱鏡式：用兩個(gè)楔形棱鏡使激光發(fā)生偏轉(zhuǎn)，通過(guò)非重復(fù)掃描，解決了機(jī)械式激光雷達(dá)的線式掃描導(dǎo)致漏檢物體的問(wèn)題。點(diǎn)云密度高，可探測(cè)距離遠(yuǎn)，可實(shí)現(xiàn)隨著掃描時(shí)間增加，達(dá)到近 100％的視場(chǎng)覆蓋率。但機(jī)械結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，零部件容易磨損。

c）MEMS：通過(guò)控制微振鏡以一定諧波頻率振蕩發(fā)射激光器光線，實(shí) 現(xiàn)快速和大范圍掃描，形成點(diǎn)云圖效果。機(jī)械零部件集成化至芯片級(jí)別，減少激光器和探測(cè)器數(shù)量，尺寸大幅下降，提高穩(wěn)定性同時(shí)量產(chǎn)后成本低、分辨率高，是目前市場(chǎng)的主流選擇。但有限的光學(xué)口徑和掃描角度限制了測(cè)距能力和 FOV，懸臂梁長(zhǎng)期反向扭動(dòng)，容易斷裂導(dǎo)致使用壽命縮短。因此我們認(rèn)為，MEMS 是過(guò)渡期的暫時(shí)選擇。

3）固態(tài)激光雷達(dá)主要包括 OPA 和 Flash 兩種類型

a）Flash：利用快閃原理一次閃光成像，發(fā)射端采用 VCSEL，接收端短距離探測(cè)可用 PIN 型光電探測(cè)器，遠(yuǎn)距離探測(cè)可用雪崩型光電探測(cè) 器。短時(shí)間發(fā)射出一大片面陣激光，再借助高度靈敏的接收器，來(lái)完成對(duì)環(huán)境周?chē)鷪D像的繪制。Flash 因其芯片級(jí)工藝，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易過(guò)車(chē)規(guī)，成為目前純固態(tài)激光雷達(dá)最主流的技術(shù)方案。但功率密度低，導(dǎo)致其有效距離一般難以超過(guò) 50 米，分辨率也較低。

b）OPA：利用相干原理，采用多個(gè)光源組成陣列，通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)射陣列中每個(gè)發(fā)射單元的相位差，來(lái)控制輸出激光束的方向。優(yōu)勢(shì)是完全由電信號(hào)控制掃描方向，無(wú)任何機(jī)械元件，體積小，掃描速度快，精度高，一個(gè)激光雷達(dá)就可能覆蓋近/中/遠(yuǎn)距離的目標(biāo)探測(cè)。但是該技術(shù)對(duì)材料和工藝要求極為苛刻，易形成旁瓣影響光束作用距離和角分辨率，技術(shù) 壁壘高，目前尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，距離真正落地還需時(shí)間。

3、測(cè)距方式：主流采用 ToF 方案，未來(lái) FMCW 和 ToF 將并存

TOF測(cè)距方式簡(jiǎn)單易用、成本低，是目前主流的測(cè)距方法，F(xiàn)MCW測(cè)距方式性能優(yōu)異，但技術(shù)壁壘高短期難以實(shí)現(xiàn)。目前市場(chǎng)上的玩家主要采用TOF方式測(cè)距。FMCW發(fā)射功率低，信噪比高，同時(shí)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，產(chǎn)品更容易芯片化，并可以獲得物體的速度信息。但用于FMCW的調(diào)制器、激光器尚不成熟，集成化的硅光工藝也尚未達(dá)到量產(chǎn)程度，當(dāng)前難以大規(guī)模量產(chǎn)使用。

測(cè)距方式主要分為 TOF、FMCW 和三角測(cè)距法三種。

1）ToF（飛行時(shí)間）：根據(jù)發(fā)射激光與回波信號(hào)的時(shí)間差計(jì)算得到目標(biāo) 物的距離信息，具有響應(yīng)速度快、探測(cè)精度高的特點(diǎn)，在激光雷達(dá)傳感器領(lǐng)域應(yīng)用多年。

2）FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）：通過(guò)回波信號(hào)與參考光根據(jù)相干原理得到頻率差，從而間接獲得飛行時(shí)間反推目標(biāo)物距離。

3）三角測(cè)距法：由激光器發(fā)射激光，線性 CCD 接收反射光，不同距離的物體成像在 CCD 上不同的位臵。根據(jù)三角公式進(jìn)行計(jì)算，推導(dǎo)出被測(cè)物體的距離。獨(dú)特的測(cè)距方式?jīng)Q定了其精度低，測(cè)距短，應(yīng)用較少。

目前市場(chǎng)主要采用 ToF 方案，如機(jī)械式、混合固態(tài)、固態(tài)等常見(jiàn)掃描方式均采用 ToF 原理進(jìn)行測(cè)距。但 FMCW 具有靈敏度高（高出 ToF 10 倍以上），抗干擾能力強(qiáng)，可長(zhǎng)距離探測(cè)，功耗低等優(yōu)點(diǎn)，越發(fā)受到激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈重視，我們認(rèn)為隨著未來(lái)技術(shù)迭代，F(xiàn)MCW 將與 ToF 在市場(chǎng)并存。

4、接收系統(tǒng)：探測(cè)器由 APD 逐漸向 SPAD 發(fā)展，最終有望走向 SiPM

按接收系統(tǒng)的探測(cè)器類型分，逐漸由 APD 向 SPAD 發(fā)展，最終有望走向 SiPM。探測(cè)器根據(jù)增益能力不同，可以分為 PIN PD、APD、SPAD （單光子雪崩二極管）和 SiPM（光電倍增管）四類。

1）PIN PD（光電二極管）：成本較低，缺點(diǎn)是探測(cè)速度較慢，適用于不需要增益的 FMCW 激光雷達(dá)。

2）APD（雪崩光電二極管）：技術(shù)成熟，缺點(diǎn)是探測(cè)器噪聲較高，是目前主流 ToF 激光雷達(dá)的主要選擇。

3）SPAD（單光子雪崩二極管）：具備單光子探測(cè)能力，靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)低激光功率下的遠(yuǎn)距離探測(cè)能力，但過(guò)于敏銳的接收特征也提升了電路設(shè)計(jì)等工藝的難度，抬高了制造成本。

4）SiPM（硅光電倍增管）：集成了成百上千個(gè) SPAD，增益可達(dá) APD 的一百萬(wàn)倍以上，由于 SiPM 易于集成到陣列，在激光雷達(dá)陣列化和小型化的趨勢(shì)推動(dòng)下，有望成為最終的探測(cè)器類型。

5、路線選擇：短期看重過(guò)車(chē)規(guī)，中期側(cè)重降成本，長(zhǎng)期比拼性能

可靠性、性能和成本是決定激光雷達(dá)落地的三大主要因素。性能一般包括激光雷達(dá)的測(cè)距范圍、探測(cè)精度、體積、功耗等指標(biāo)，可靠性決定激光雷達(dá)能否過(guò)車(chē)規(guī)，而成本是決定激光雷達(dá)能否大規(guī)模量產(chǎn)的關(guān)鍵。從不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求來(lái)看： 1）港口、礦山等低速封閉式場(chǎng)景對(duì)成本和可靠性的要求較高，性能要求相對(duì)較低； 2）Robotaxi 對(duì)性能和可靠性具備極高要求，成本要求相對(duì)較低； 3）ADAS 場(chǎng)景對(duì)性能、可靠性和成本都有非常高的要求。

短期：小范圍上車(chē)主要考量能否過(guò)車(chē)規(guī)（可靠性），優(yōu)先選擇成熟度高的轉(zhuǎn)鏡/MEMS 方案。智能化已經(jīng)成為車(chē)企打造產(chǎn)品差異化的重要手段，為了實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)產(chǎn)品的快速上車(chē)，滿足車(chē)規(guī)級(jí)認(rèn)證要求是目前車(chē)企的主要考量。激光雷達(dá)的可靠性主要由收發(fā)系統(tǒng)和掃描系統(tǒng)決定，相應(yīng)模塊的供應(yīng)鏈越成熟，越易通過(guò)車(chē)規(guī)認(rèn)證。參考速騰聚創(chuàng) MEMS 固態(tài)激光雷達(dá) RS-LiDAR-M1，從 Demo 到 SOP 需要滿足不同階段的可靠性需求，每個(gè)階段通過(guò)給主機(jī)廠提供測(cè)試樣品會(huì)有一定的營(yíng)收貢獻(xiàn)，一款激光雷達(dá)產(chǎn)品從概念到走向穩(wěn)定量產(chǎn)大概需要幾年的時(shí)間。目前 905nm+轉(zhuǎn)鏡/MEMS+ToF 的方案最為成熟，是下游車(chē)企的主流選擇，法雷奧 SCALA 轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)于 2018 年搭載于奧迪 A8，成為全球第一款過(guò)車(chē)規(guī)的激光雷達(dá)。此外，法雷奧計(jì)劃于 2024 年推出第三代掃描激光雷達(dá)，由微轉(zhuǎn)鏡方案改為 MEMS 方案。

中期：成本限制激光雷達(dá)大范圍推廣，降本提效是車(chē)企主要考量。目前激光雷達(dá)的單車(chē)成本約為 1000 美元，要實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)臺(tái)/年的出貨量，單車(chē)成本至少要降到 500 美元以內(nèi)（約 3000 元）。因此，中期來(lái)看激光雷達(dá)廠商要實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)，必須首先解決激光雷達(dá)的成本問(wèn)題。

光電系統(tǒng)占分立式激光雷達(dá)總成本近 70%，成為主要的降本方向。激光雷達(dá)本質(zhì)是由多種部件構(gòu)成的光機(jī)電系統(tǒng)，從成本占比來(lái)看，光電系統(tǒng)的成本占比最高（67%），涵蓋了發(fā)射模組、接收模組、測(cè)時(shí)模組（TDC/ADC）和控制模組；此外，人工調(diào)試（按照設(shè)計(jì)光路進(jìn)行元件對(duì)焦等）成本占 25%，機(jī)械裝臵等其他部件成本占比 8%。由于光電系統(tǒng)占據(jù)半數(shù)以上的成本，成為激光雷達(dá)降本增效的主要方向。目前主要的降本路徑有提高收發(fā)模塊集成度、加快芯片國(guó)產(chǎn)替代和提高自動(dòng)化生產(chǎn)水平三種。

降本路徑一：提高收發(fā)模塊集成度或自研 SoC 芯片替代 FPGA，有助于系統(tǒng)集成度提升，從而降低制造難度，并提高生產(chǎn)良率。

1）對(duì)發(fā)射和接收模塊進(jìn)行高度集成化：方向上發(fā)射模塊可以集成多光學(xué)通道，接收模塊可以利用 CMOS 工藝集成探測(cè)器和電路功能模塊，實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的陣列化。收發(fā)模塊高度集成化，不僅可以在產(chǎn)品形態(tài)上大幅減少非機(jī)械部分的體積和重量，還能在工藝上用集成式的模組替代需要逐一進(jìn)行通道調(diào)試的分立式模組，進(jìn)而大幅降低物料成本和調(diào)試成本，同時(shí)提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性和一致性。

2）自研 SoC 集成 FPGA 和前端模擬芯片。SoC 可以集成探測(cè)器、前端電路、算法處理電路、激光脈沖控制等模塊，能夠直接輸出距離、反射率信息。激光雷達(dá)廠商通過(guò)自研 SoC 替代 FPGA 提高系統(tǒng)集成度，既有利于縮小整機(jī)尺寸與體積，也能降低制造難度方便規(guī)模化量產(chǎn)，從而提高生產(chǎn)良率、降低制造成本。

降本路徑二：采購(gòu)更低成本的國(guó)產(chǎn)芯片或自研芯片實(shí)現(xiàn)垂直一體化。由于海外廠商布局領(lǐng)先，產(chǎn)品成熟度和可靠性較高，目前激光器、探測(cè) 器、信息處理模塊中的模擬芯片和主控芯片均主要由海外廠商所主導(dǎo)。隨著國(guó)內(nèi)廠商逐漸積累 know how 突破關(guān)鍵技術(shù)并提高產(chǎn)品成熟度，未來(lái)國(guó)內(nèi)整機(jī)廠通過(guò)采購(gòu)更低成本的國(guó)產(chǎn)芯片，或通過(guò)自研芯片等方式實(shí)現(xiàn)垂直一體化布局，有望明顯降低原材料采購(gòu)成本，助力激光雷達(dá)成本下行。

降本路徑三：提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平，減少人工調(diào)試成本并提高生產(chǎn)效率。隨著激光雷達(dá)內(nèi)部模塊的集成化程度提升，對(duì)人工調(diào)試的依賴度降低，標(biāo)準(zhǔn)化程度提升，使得借助機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的自動(dòng)化生產(chǎn)成為可能，從而進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和良率，降低制造成本。

長(zhǎng)期：性能將成為終極考量，1550nm+OPA+FMCW 的固態(tài)技術(shù)路線有望占領(lǐng)市場(chǎng)。混合固態(tài)方案各有優(yōu)劣，當(dāng)前混合固態(tài)為市場(chǎng)主流是實(shí) 現(xiàn)車(chē)規(guī)量產(chǎn)的暫時(shí)性選擇，性價(jià)比高低和車(chē)企需求是關(guān)鍵，但預(yù)計(jì)都不是最終成熟的車(chē)規(guī)級(jí)激光雷達(dá)解決方案。固態(tài)激光雷達(dá)去掉了大部分的機(jī)械部件，是激光雷達(dá)產(chǎn)品邁向小型化、高性能、低成本的重要一環(huán)。長(zhǎng)期來(lái)看，隨著技術(shù)成熟和成本下行，1550nm+OPA+FMCW 有望成為較完美的技術(shù)方案。

兩條路徑實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)向固態(tài)方案演進(jìn)。Flash、OPA 等純固態(tài)設(shè)計(jì)中無(wú)任何運(yùn)動(dòng)部件，相比目前主流的半固態(tài)方案體積可進(jìn)一步縮小，并最終實(shí)現(xiàn)芯片化和集成化，理論成本可降至 100 美元以下。為了實(shí)現(xiàn)向固態(tài)化演進(jìn)，一種路徑是從機(jī)械式起步，逐漸向固態(tài)過(guò)渡，產(chǎn)品技術(shù)要求高、單價(jià)貴，客戶對(duì)于價(jià)格不敏感，以 Velodyne、禾賽科技、速騰聚創(chuàng)為代表；另一種路徑是直接對(duì)準(zhǔn)半固態(tài)和固態(tài)方案，定位乘用車(chē) ADAS 應(yīng)用場(chǎng)景，力求過(guò)車(chē)規(guī)、降本、量產(chǎn)上車(chē)，以 Luminar、 Innoviz 以及科技巨頭華為、大疆為代表。

落地：“小作坊”如何適應(yīng)大規(guī)模量產(chǎn)訂單

有時(shí)間窗口，就還有改寫(xiě)激光雷達(dá)格局的變量存在。

哪些變量？一是激光雷達(dá)公司自身。目前的激光雷達(dá)公司多為初創(chuàng)企業(yè)，“小作坊”如何適應(yīng)大規(guī)模量產(chǎn)訂單是一大考驗(yàn)。此外，如果技術(shù)不過(guò)關(guān)也會(huì)面臨著中途被替換掉的風(fēng)險(xiǎn)。

二是車(chē)企。激光雷達(dá)公司到底能賣(mài)多少顆、賺多少錢(qián)，更多取決于車(chē)型本身的銷量。“這是不講道理的，不是說(shuō)優(yōu)等生一定能夠成功?！避?chē)企還肩負(fù)教育用戶的作用，“如果同一款車(chē)用了兩個(gè)不同廠商的激光雷達(dá)，普通用戶是感知不到兩者間的不同的，只能通過(guò)自動(dòng)駕駛的體驗(yàn)來(lái)判斷，這和廠商算法也緊密相關(guān)。”張君毅認(rèn)為，只有自動(dòng)駕駛體驗(yàn)提升，激光雷達(dá)的口碑才會(huì)慢慢起來(lái)，二者是綁定關(guān)系。

三是芯片等核心零部件的供應(yīng)能力，這同時(shí)考驗(yàn)著激光雷達(dá)公司和車(chē)企。一直以來(lái)，無(wú)論是激光雷達(dá)的核心零部件，還是汽車(chē)芯片大多依靠進(jìn)口。當(dāng)下疫情因素傳導(dǎo)造成了芯片短缺，這時(shí)候誰(shuí)能供貨誰(shuí)就跑快了一步。不過(guò)這也需要激光雷達(dá)公司和車(chē)企同頻共振。“很多車(chē)企因?yàn)槿毙?，有訂單沒(méi)銷量沒(méi)交付，那么即使激光雷達(dá)裝上了車(chē)也會(huì)很糟糕?！?/span>

從更大的視角來(lái)看，車(chē)載激光雷達(dá)目前所采用的技術(shù)路線未必是車(chē)企最終的選擇，只是當(dāng)下最好的選擇。

目前市面上的車(chē)載激光雷達(dá)，是采用飛行時(shí)間法（ToF）的測(cè)距原理，以機(jī)械式或半固態(tài)（MEMS微振鏡）技術(shù)路線為主。激光雷達(dá)主要是由激光發(fā)射器、接收器、處理器以及激光操控模組這四個(gè)模塊構(gòu)成。飛行時(shí)間法簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是發(fā)射器發(fā)射出激光，操控模組控制射出方向，激光會(huì)照射到目標(biāo)物體表面，并瞬間產(chǎn)生反射，反射光束被接收器接收，處理器計(jì)算出這束光往返的時(shí)間，就能得到這個(gè)點(diǎn)的精確距離，即距離=速度x時(shí)間（光速是已知的）。當(dāng)發(fā)出無(wú)數(shù)道光線之后，就可以用無(wú)數(shù)個(gè)點(diǎn)來(lái)勾勒物體。

具體來(lái)說(shuō)，機(jī)械式和半固態(tài)兩種技術(shù)路線適用于兩種不同的應(yīng)用場(chǎng)景，沒(méi)有嚴(yán)格的技術(shù)優(yōu)劣之分。機(jī)械式激光雷達(dá)主要應(yīng)用在無(wú)人駕駛車(chē)輛上，因?yàn)楦咝阅苁莾?yōu)先級(jí)，大體積、高成本甚至費(fèi)時(shí)費(fèi)力的手工調(diào)試并不是無(wú)人駕駛車(chē)輛最關(guān)注的東西。半固態(tài)激光雷達(dá)主要應(yīng)用在目前量產(chǎn)的乘用車(chē)上，因?yàn)榱慨a(chǎn)要考慮成本，要滿足可供大批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化工藝，甚至汽車(chē)外形的美觀度。

新的技術(shù)路線還在研發(fā)。目前業(yè)內(nèi)公認(rèn)比較有前景的技術(shù)路線主要有兩種，一種是固態(tài)激光雷達(dá)中的OPA和Flash，另一種是將機(jī)械式激光雷達(dá)的堆疊的元器件芯片化。但無(wú)論哪一種，短期內(nèi)都沒(méi)有能夠上車(chē)的能力。

法雷奧將固態(tài)技術(shù)視為下一個(gè)趨勢(shì)，并將該技術(shù)用在法雷奧的近場(chǎng)激光雷達(dá)（NFL）產(chǎn)品上?！斑@些技術(shù)之間的組合將取決于我們客戶的技術(shù)要求和相應(yīng)的應(yīng)用?！鳖檮γ裾f(shuō)道。禾賽科技告訴《財(cái)經(jīng)》記者，公司對(duì)于新技術(shù)線路的研發(fā)非常重視，根據(jù)禾賽科創(chuàng)板招股書(shū)，公司在2020年（截至9月底）的研發(fā)投入占營(yíng)業(yè)收入比例的64%?！拔覀冋谕ㄟ^(guò)芯片化的方式不斷探索更高性能，更低成本的方案，包括已經(jīng)有純固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品在量產(chǎn)規(guī)劃中。”

更多的應(yīng)用場(chǎng)景在探索中。工廠、倉(cāng)庫(kù)、港口等封閉半封閉場(chǎng)景，車(chē)聯(lián)網(wǎng)、軌道交通、高速公路等智能基礎(chǔ)設(shè)施，正在需要一個(gè)或多個(gè)激光雷達(dá)。鮑君威認(rèn)為，激光雷達(dá)的未來(lái)，很可能像現(xiàn)在的攝像頭一樣無(wú)處不在，成為生活中的必需品。

實(shí)現(xiàn)這個(gè)未來(lái)還有些時(shí)日。和某位采訪對(duì)象結(jié)束聊天時(shí)，《財(cái)經(jīng)》記者詢問(wèn)對(duì)方是否考慮購(gòu)買(mǎi)裝有激光雷達(dá)的汽車(chē)，“說(shuō)實(shí)話，我還在糾結(jié)到底是買(mǎi)燃油車(chē)還是買(mǎi)電動(dòng)車(chē)的階段，沒(méi)到考慮激光雷達(dá)的層面。”

原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_507717.html
來(lái)源：賢集網(wǎng)
著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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