作者 / 張竹
編輯 / 王德芙
出品 / 汽車之心

過去一年，激光雷達迎來資本市場和商業(yè)化應用的雙重利好：

Velodyne 和 Luminar 先后登陸美股，后者市值已經高達百億美元。

Aeva、Innoviz 和 Ouster 三家也正在 SPAC 上市的進程中。

國內的禾賽科技已經提交了科創(chuàng)板招股書，其估值達到 133 億元人民幣。

量產層面，蔚來的旗艦新車 ET7 和小鵬第三款車 P5，都準備創(chuàng)造行業(yè)先例，把激光雷達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，激光雷達迎來了歷史性的巨大發(fā)展機遇。

不過在大規(guī)模商業(yè)化之前，激光雷達必須解決幾個核心的問題：

高線數高點頻激光雷達當前價格動輒數十萬元，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。

某國內自主品牌車企，在面對激光雷達廠商時甚至明確提出，能否做到「上百線數規(guī)格+數百萬點頻+百元美金級價格」。

要解決這些問題，滿足大規(guī)模前裝量產的要求，最關鍵的路徑是芯片化，甚至更進一步，做到集成化。

激光雷達的芯片化進程

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

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

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)多通道激光驅動芯片、多通道模擬前端芯片以及高速高精度波形數字化技術與芯片。

激光雷達上游的感知元件供應商，在芯片化方面也早有大量的實踐。

比如，意法半導體的這顆 VL6180X，就可以看作是一個激光雷達。

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將自動關閉屏幕。

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方面的應用。

因此，無論從激光雷達廠商的角度，還是上游供應商的角度，目前針對激光雷達芯片化的技術已有普遍的投入。

激光雷達降本王道：
將分立光學芯片與其配套元件高度集成

但如果我們對激光雷達的成本構成進行分析，會發(fā)現并非所有芯片化技術都能給激光雷達帶來大幅性能提升和成本下降。

激光雷達降本的關鍵，并不是對電學芯片的集成，而在于對光學芯片的集成。

激光雷達本質是一個由多種部件構成的光機電系統。

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

從下圖我們可以看到，光電系統成本約占激光雷達整機成本的 70%。

在光電系統中，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。

我們甚至可以進一步理解為，激光雷達最核心的是光學芯片，驅動、測時、控制都是輔助光學芯片工作的模組，其占據成本的比例也很小。

所以驅動、測時、控制模塊的芯片化無法帶來激光雷達產品形態(tài)和成本的質變。

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

我們傾向認為，只有對光學芯片進行集成的激光雷達，才可以稱為是集成式激光雷達。

據我們了解，目前在業(yè)內，僅有少數廠商在進行光學芯片的集成化工作，比如激光雷達創(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。

相較于傳統分立式激光雷達，搭載集成收發(fā)模組的激光雷達：

在生產工藝上，將數十個光學通道在集成光學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行調試的分立式模組，大幅度降低了物料成本和調試成本，降本幅度達到 70% 以上，并同時提高產品的穩(wěn)定性、可靠性、一致性。
在產品形態(tài)上，通過高度集成化，將減少 60% 以上的非機械部分的體積和重量。

隨著激光雷達線數的增加，光學芯片集成化帶來的優(yōu)勢則更加明顯。

集成式激光雷達的體積、重量、成本遠遠小于分立式激光雷達，并且線數提升時基本保持不變。

集成式激光雷達不論線數多少，只需 1 到 2 次調試，其調試成本僅占總成本的 1% 左右，克服了傳統分立式激光雷達隨線數增加調試成本劇增的痛點。

這些技術進步將為激光雷達的大規(guī)模量產和降本帶來質變。

假如我們將基于分立發(fā)射、接收模組的分立式激光雷達的階段，稱為激光雷達的 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，則開啟了激光雷達的 2.0 時代。

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

各路激光雷達百花齊放大規(guī)模量產何時到來？

雖然現階段，旋轉式、MEMS、轉鏡式、棱鏡式等技術路線的激光雷達多種多樣，百花齊放。

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

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

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

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

這也是此前激光雷達領域的獨角獸公司 Quanergy 走向沉默的原因之一。

成像式激光雷達的關鍵，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。

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

基于光學芯片集成的收發(fā)模組，可應用于旋轉式、轉鏡式等激光雷達，推動集成式激光雷達產品滿足車規(guī)級要求，并且集成光學芯片由光刻機實現標準化、高產能，結合其只需一次調試的優(yōu)勢使得高線數高點頻的激光雷達量產不再困難。

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

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

這可能是現階段業(yè)內唯一的集成式激光雷達產品。

鳴謝：汽車之心特約顧問周彥武對本文亦有貢獻。