作者 / 張竹

編輯 / 王德芙

出品 / 汽車之心

過去一年，激光雷達(dá)迎來資本市場和商業(yè)化應(yīng)用的雙重利好：

Velodyne 和 Luminar 先后登陸美股，后者市值已經(jīng)高達(dá)百億美元。

Aeva、Innoviz 和 Ouster 三家也正在 SPAC 上市的進(jìn)程中。

國內(nèi)的禾賽科技已經(jīng)提交了科創(chuàng)板招股書，其估值達(dá)到 133 億元人民幣。

量產(chǎn)層面，蔚來的旗艦新車 ET7 和小鵬第三款車 P5，都準(zhǔn)備創(chuàng)造行業(yè)先例，把激光雷達(dá)配置在直接面向普通消費者的新車型上。

作為一類高性能傳感器，激光雷達(dá)迎來了歷史性的巨大發(fā)展機(jī)遇。

不過在大規(guī)模商業(yè)化之前，激光雷達(dá)必須解決幾個核心的問題： 

• 高線數(shù)高點頻激光雷達(dá)當(dāng)前價格動輒數(shù)十萬元，價格亟需降低；

• 必須滿足車規(guī)要求，使用壽命和耐用性需要大幅提升。 

某國內(nèi)自主品牌車企，在面對激光雷達(dá)廠商時甚至明確提出，能否做到「上百線數(shù)規(guī)格+數(shù)百萬點頻+百元美金級價格」。 

要解決這些問題，滿足大規(guī)模前裝量產(chǎn)的要求，最關(guān)鍵的路徑是芯片化，甚至更進(jìn)一步，做到集成化。 

1、激光雷達(dá)的芯片化進(jìn)程 

目前包括 Velodyne、Luminar 以及禾賽科技在內(nèi)，國內(nèi)外多家主流的激光雷達(dá)公司都在進(jìn)行芯片化的研發(fā)工作。

比如 Velodyne 在 2017 年發(fā)布的 Velarray。

Velarray 采用了其自研的 Resonant Mirror 共振鏡技術(shù)。

同時，Velodyne 還與 EPC 合作開發(fā)了激光發(fā)射器的驅(qū)動與電源管理模塊。

禾賽科技在今年 1 月提交的招股書則透露了，其正在研發(fā)多通道激光驅(qū)動芯片、多通道模擬前端芯片以及高速高精度波形數(shù)字化技術(shù)與芯片。

激光雷達(dá)上游的感知元件供應(yīng)商，在芯片化方面也早有大量的實踐。

比如，意法半導(dǎo)體的這顆 VL6180X，就可以看作是一個激光雷達(dá)。

這顆芯片最早被用在蘋果的 iPhone 7 Plus 中，其有效測量距離只有 10 厘米，主要是貼近耳朵時手機(jī)將自動關(guān)閉屏幕。

這顆芯片的價格大約 1 美元。

索尼在 2020 年 12 月舉辦的 IEDM 大會上推出 120 萬像素的 ToF 相機(jī)傳感器。

如此高的像素，其潛在用途自然包含了車載激光雷達(dá)方面的應(yīng)用。

因此，無論從激光雷達(dá)廠商的角度，還是上游供應(yīng)商的角度，目前針對激光雷達(dá)芯片化的技術(shù)已有普遍的投入。

2、激光雷達(dá)降本王道：將分立光學(xué)芯片與其配套元件高度集成

但如果我們對激光雷達(dá)的成本構(gòu)成進(jìn)行分析，會發(fā)現(xiàn)并非所有芯片化技術(shù)都能給激光雷達(dá)帶來大幅性能提升和成本下降。

激光雷達(dá)降本的關(guān)鍵，并不是對電學(xué)芯片的集成，而在于對光學(xué)芯片的集成。

激光雷達(dá)本質(zhì)是一個由多種部件構(gòu)成的光機(jī)電系統(tǒng)。

其中，光電系統(tǒng)包括發(fā)射模組、接收模組、測時模組（TDC/ADC）和控制模組四部分構(gòu)成。

從下圖我們可以看到，光電系統(tǒng)成本約占激光雷達(dá)整機(jī)成本的70%。

在光電系統(tǒng)中，測時模組與控制模組的占比，無論從體積、成本還是重量上來看，都是極小的部分。 

我們甚至可以進(jìn)一步理解為，激光雷達(dá)最核心的是光學(xué)芯片，驅(qū)動、測時、控制都是輔助光學(xué)芯片工作的模組，其占據(jù)成本的比例也很小。

所以驅(qū)動、測時、控制模塊的芯片化無法帶來激光雷達(dá)產(chǎn)品形態(tài)和成本的質(zhì)變。

換句話說，下一個階段激光雷達(dá)要實現(xiàn)小型化、輕量化、滿足車規(guī)要求，并且推動降本，不僅僅是要實現(xiàn)測時模組和控制模組的芯片化，更重要的是要實現(xiàn)光學(xué)芯片的集成化。

我們傾向認(rèn)為，只有對光學(xué)芯片進(jìn)行集成的激光雷達(dá)，才可以稱為是集成式激光雷達(dá)。

據(jù)我們了解，目前在業(yè)內(nèi)，僅有少數(shù)廠商在進(jìn)行光學(xué)芯片的集成化工作，比如激光雷達(dá)創(chuàng)業(yè)公司銳馳智光（曾用名飲冰科技）。

上圖是銳馳智光自主研發(fā)的集成芯片及收發(fā)模組：

• 左上為一元硬幣及 32 線集成發(fā)射芯片，左下為 32 線集成發(fā)射芯片；

• 中上為 32 線集成發(fā)射模組，中下為 32 線集成接收模組 

• 右上為 64 線集成發(fā)射模組，右下為 64 線集成接收模組。

相較于傳統(tǒng)分立式激光雷達(dá)，搭載集成收發(fā)模組的激光雷達(dá)：

• 在生產(chǎn)工藝上，將數(shù)十個光學(xué)通道在集成光學(xué)芯片上一次制作完成，用集成式模組替代了需要逐一通道進(jìn)行調(diào)試的分立式模組，大幅度降低了物料成本和調(diào)試成本，降本幅度達(dá)到 70% 以上，并同時提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性、一致性。

• 在產(chǎn)品形態(tài)上，通過高度集成化，將減少60% 以上的非機(jī)械部分的體積和重量。

隨著激光雷達(dá)線數(shù)的增加，光學(xué)芯片集成化帶來的優(yōu)勢則更加明顯。

集成式激光雷達(dá)的體積、重量、成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于分立式激光雷達(dá)，并且線數(shù)提升時基本保持不變。

集成式激光雷達(dá)不論線數(shù)多少，只需 1 到 2 次調(diào)試，其調(diào)試成本僅占總成本的 1% 左右，克服了傳統(tǒng)分立式激光雷達(dá)隨線數(shù)增加調(diào)試成本劇增的痛點。

這些技術(shù)進(jìn)步將為激光雷達(dá)的大規(guī)模量產(chǎn)和降本帶來質(zhì)變。 

假如我們將基于分立發(fā)射、接收模組的分立式激光雷達(dá)的階段，稱為激光雷達(dá)的 1.0 時代。 

那么，基于集成發(fā)射、接收模組的集成式激光雷達(dá)，則開啟了激光雷達(dá)的2.0 時代。

而集成度更高的全固態(tài)激光雷達(dá)，將帶我們進(jìn)入激光雷達(dá)的 3.0 時代。

3、各路激光雷達(dá)百花齊放，大規(guī)模量產(chǎn)何時到來？

雖然現(xiàn)階段，旋轉(zhuǎn)式、MEMS、轉(zhuǎn)鏡式、棱鏡式等技術(shù)路線的激光雷達(dá)多種多樣，百花齊放。

但真正通過車規(guī)級驗證實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的，僅有 2017 年投產(chǎn)的轉(zhuǎn)鏡式的 Valeo SCALA 一款。

半固態(tài)激光雷達(dá)，多數(shù)以犧牲激光雷達(dá)的水平視場角、點頻等性能參數(shù)，來換取成本降低，以及體積與重量等參數(shù)的優(yōu)化。 

而全固態(tài)激光雷達(dá)的技術(shù)路線則只有成像式（含 Flash 激光雷達(dá)）和 OPA 兩種。

OPA 在收發(fā)單元上實現(xiàn)的技術(shù)難度大，成本高昂，尚未走出實驗室，短期內(nèi)商業(yè)化難度巨大。

這也是此前激光雷達(dá)領(lǐng)域的獨角獸公司 Quanergy 走向沉默的原因之一。

成像式激光雷達(dá)的關(guān)鍵，是面陣發(fā)射或接收芯片，其中被最多提及的 Flash 方案探測距離受限、視場角和點頻不足。

集成式激光雷達(dá)通過將光學(xué)芯片集成化，大幅降低了產(chǎn)品運動部分的重量和體積，從而避免旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)中軸承受力過大的問題，可以提升激光雷達(dá)的使用壽命。

基于光學(xué)芯片集成的收發(fā)模組，可應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)式、轉(zhuǎn)鏡式等激光雷達(dá)，推動集成式激光雷達(dá)產(chǎn)品滿足車規(guī)級要求，并且集成光學(xué)芯片由光刻機(jī)實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、高產(chǎn)能，結(jié)合其只需一次調(diào)試的優(yōu)勢使得高線數(shù)高點頻的激光雷達(dá)量產(chǎn)不再困難。 

同時在線數(shù)和點頻增加時，價格漲幅不大，從而使高性能的車規(guī)級產(chǎn)品也可以具備高性價比。 

據(jù)透露，銳馳智光已經(jīng)于去年 9 月成功實現(xiàn) 32 線的集成收發(fā)芯片量產(chǎn)，其集成式激光雷達(dá)系列產(chǎn)品將在近期推出。

這可能是現(xiàn)階段業(yè)內(nèi)唯一的集成式激光雷達(dá)產(chǎn)品。

鳴謝：汽車之心特約顧問周彥武對本文亦有貢獻(xiàn)。

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