去年，Velodye、速騰聚創(chuàng)、大疆等多家廠商發(fā)布了新一代車載激光雷達(dá)，價格明顯下探均在 1000 美元以下，其中Velodyne 推出新品 Velabit，僅一副撲克牌大小，價格為 100美元，全車需要裝 5 個；大疆內(nèi)部孵化出來的子公司覽沃 Livox 新推出兩款激光雷達(dá)Horizon 和 Tele-15，價格分別為 999 美元、1499 美元，頗受市場關(guān)注……

但新推出的激光雷達(dá)鮮有真正意義上能過車規(guī)的，無法在前裝量產(chǎn)車上大規(guī)模商用。

根據(jù)要求，所有前裝量產(chǎn)裝車的汽車電子零部件必須要滿足車規(guī)級要求，即必須通過《道路車輛電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗（ISO16750）》中的所有規(guī)定（可靠性、壽命、精度、強度、溫度、振動等等）。激光雷達(dá)雖然價格下探明顯，但是車規(guī)級要求仍然是激光雷達(dá)前裝裝車的最大障礙。

激光雷達(dá)必須解決兩個核心的問題：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。

要解決這兩個問題，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。

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 VL6180X，就可以看作是一個激光雷達(dá)。VL6180X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(guān)閉屏幕。這顆芯片的價格大約 1 美元。

索尼也在 2020 年 12 月也推出 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(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。

高度集成是激光雷達(dá)降本王道？

說回降本途徑，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——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)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。

銳馳智光自主研發(fā)的集成芯片及收發(fā)模組

如圖所示，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。

激光雷達(dá)何時大規(guī)模量產(chǎn)？

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。真正的車載級別實用激光雷達(dá)，距離我們越來越近……