激光雷達(dá)技術(shù)在自動駕駛愿景的推動下大步前進(jìn),同時(shí)它還在尋找其它用武之地。
隨著先進(jìn)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)和雷達(dá)傳感器芯片的進(jìn)步,激光雷達(dá)正在逐漸成為自動駕駛技術(shù)體系中日益重要的一部分。不過,激光雷達(dá)系統(tǒng)也正在滲透進(jìn)入其它各種應(yīng)用領(lǐng)域,包括工業(yè)自動化、機(jī)器人和無人機(jī)。
先進(jìn)地圖測繪是激光雷達(dá)又一個(gè)快速增長的市場,考慮到地圖測繪正是激光雷達(dá)技術(shù)的最初應(yīng)用場景,所以這一點(diǎn)都不令人感到驚訝。不過,在激光雷達(dá)最新技術(shù)的推動下,地圖繪制功能變得越來越強(qiáng)大,越來越復(fù)雜。事實(shí)上,激光雷達(dá)曾經(jīng)被用來在危地馬拉的叢林中找到了一個(gè)隱藏了多個(gè)世紀(jì)的瑪雅人大都會,其中包括成千上萬個(gè)建筑,以及充滿了商業(yè)氣息的街道。
這些不斷擴(kuò)展的應(yīng)用場景以及LiDAR技術(shù)的持續(xù)改進(jìn),預(yù)示著LiDAR市場美好的發(fā)展前景。ABI Research預(yù)測,到2027年,汽車LiDAR的市場價(jià)值將達(dá)到近130億美元。
相關(guān)市場也將受益于LiDAR的增長。YoleDéveloppement預(yù)測,未來五年,氮化鎵功率器件的年復(fù)合增長率將達(dá)到79%,于2022年底達(dá)到4.6億美元市場規(guī)模。功率GaN技術(shù)非常適合高性能和高頻應(yīng)用。“LiDAR、無線充電和包絡(luò)跟蹤都是高端低/中壓應(yīng)用,GaN是現(xiàn)有技術(shù)中唯一能夠滿足其要求的技術(shù)。”Yole的Ana Villamor指出。
因此,當(dāng)領(lǐng)先的LiDAR供應(yīng)商追逐自動駕駛汽車美好愿景的同時(shí),在開發(fā)高級駕駛輔助系統(tǒng)之外,他們還在向無人機(jī)、工業(yè)系統(tǒng)和地圖測繪市場提供相關(guān)產(chǎn)品。
自主駕駛和輔助駕駛說到底,LiDAR最大的機(jī)會還是在汽車領(lǐng)域,目前業(yè)界正在通過采用固態(tài)設(shè)計(jì)減少元件數(shù)量、降低系統(tǒng)成本,以加速向汽車領(lǐng)域的滲透。
“對我來說,LiDAR是一個(gè)非常有趣的系統(tǒng),因?yàn)樗性S多非常有趣的組件,而且都與半導(dǎo)體有關(guān),”西門子子公司Mentor的產(chǎn)品策略師Jeff Miller表示。“為了制造固態(tài)LiDAR,硅光子學(xué)領(lǐng)域正在進(jìn)行一些非常有趣的研究工作。在如何獲得激光功率、如何控制激光脈沖這些激光雷達(dá)的傳統(tǒng)研究領(lǐng)域有一些非常有趣的工作,功率晶體管設(shè)計(jì)也非常有趣。從數(shù)據(jù)處理的角度,如何處理LiDAR傳感器的3D點(diǎn)云圖產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)?我如何理解這些數(shù)據(jù)?最終,數(shù)據(jù)處理的目的是提供決策我的汽車可以或者不可以繼續(xù)向前行駛的信息,這也是我們使用這些傳感器的最終目標(biāo),因?yàn)樗闹饕K端視覺產(chǎn)品是無人駕駛汽車。”
早期的汽車LiDAR系統(tǒng)安裝在車頂上,旋轉(zhuǎn)著運(yùn)行。這種造型不大適合消費(fèi)者市場。“業(yè)界已經(jīng)開始著手LiDAR系統(tǒng)的商業(yè)化,”Miller說。“它需要看起來就像一輛普通汽車一樣。”
而這正是LiDAR系統(tǒng)真正開始變得有趣的地方。Cadence公司定制和IC封裝事業(yè)部高級研發(fā)總監(jiān)Ian Dennison說:“目前的競爭賽道是低成本、小尺寸的固態(tài)LiDAR。”他指出,價(jià)格需要降到200美元或以下。“這個(gè)市場現(xiàn)在有點(diǎn)火熱,涌進(jìn)來很多初創(chuàng)公司,很多投資人也愿意參與。它之所以令人興奮,部分原因在于存在各種各樣的設(shè)計(jì)材料。比如CMOS、硅光子、硅MEMS等等。不同的玩家對LiDAR系統(tǒng)哪個(gè)部分選擇哪種方案百家爭鳴。”
Dennison補(bǔ)充說,LiDAR提供了出色的深度分辨率,“特別適合自動駕駛汽車。這正是LiDAR的真正殺手锏特性。”
有什么不同
LiDAR的增長也推動了對采用GaN和其他奇異半導(dǎo)體材料制造的大電流、高頻率、低電阻、低容性的功率晶體管的需求。
Mentor公司產(chǎn)品營銷經(jīng)理Chris Cone表示:“我們看到一種趨勢,是將更高性能的III/V族材料應(yīng)用到傳統(tǒng)的硅系統(tǒng)中,從而實(shí)現(xiàn)更高的集成度。LiDAR設(shè)計(jì)對幾何形狀高度敏感,和硅光子IC設(shè)計(jì)的許多能力要求相同,包括基于曲線對象生成稱設(shè)計(jì)組件的能力,通過多種波導(dǎo)類型將設(shè)計(jì)組件和所需的錐形和變換組合在一起的能力,以及采用適當(dāng)?shù)墓怆娔P瓦M(jìn)行多域電路仿真的能力。非常重要的一點(diǎn)是,進(jìn)行物理驗(yàn)證時(shí)需要具備光子結(jié)構(gòu)意識,因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證流程容易產(chǎn)生大量假錯(cuò)誤,使用標(biāo)準(zhǔn)的DRC檢查技術(shù)會產(chǎn)生無法被充分檢查的大量誤報(bào)。這樣就只能放棄大量的檢查項(xiàng)目,但這樣又會漏掉真正的錯(cuò)誤。”
因此,工具供應(yīng)商正在研究不同的方法。“LiDAR設(shè)計(jì)需要新的方法論,設(shè)計(jì)工具必須足夠靈活,”Cone說。“但是,你可以在LiDAR設(shè)計(jì)中實(shí)施同樣的開發(fā)里程碑-設(shè)計(jì)完成后,通過包括DRC、LVS和布局后提取等仿真和布局驗(yàn)證手段進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。”
有些專家并沒有將MEMS器件定性為固態(tài)元件,因?yàn)镸EMS激光雷達(dá)里面有一些可移動的部件,現(xiàn)在,有些LiDAR廠商沒有采用MEMS技術(shù),轉(zhuǎn)而采用了相控陣列技術(shù)。
“不同的人采取不同的方法,”Cadence的Dennison說。“硅光子技術(shù)非常適合像LiDAR這樣基于光的應(yīng)用,如果您可以使用光子來操縱激光,那么您的解決方案就不需要跟蹤激光頻率了,它本身就使用光。”
將MEMS和光子器件、CMOS芯片混合在一起需要解決協(xié)同設(shè)計(jì)問題,他說,“這是一種混合技術(shù)。”
投資者青睞
隨著LiDAR前景日益明朗,投資資金也在相應(yīng)增加。三家領(lǐng)先的LiDAR系統(tǒng)供應(yīng)商 - Velodyne LiDAR,Quanergy Systems和Cepton科技 - 都位于創(chuàng)業(yè)圣地硅谷。過去一年里,所有這些公司都在擴(kuò)大業(yè)務(wù)。
一方面,這些領(lǐng)頭羊們正在為大型汽車制造商及其一級供應(yīng)商完善并準(zhǔn)備LiDAR系統(tǒng),另一方面,獲得豐厚投資的初創(chuàng)公司也在追逐這個(gè)市場。Aurora Innovation剛剛在A輪融資中獲得了由Greylock Partners和Index Ventures共同領(lǐng)投的9000萬美元。密歇根州安阿伯的May Mobility公司也在種子輪融資中從寶馬風(fēng)險(xiǎn)投資公司和豐田AI風(fēng)險(xiǎn)投資公司那里獲得了1150萬美元投資。位于西雅圖的SEEVA Technologies公司從Revolution的Rise of the Rest Seed Fund和其他投資者那里獲得了200萬美元。正在開發(fā)自動駕駛送貨車的Nuro最近透露,在A輪融資中獲得了Banyan Capital和Greylock Partners的9,200萬美元投資。加拿大魁北克省魁北克市的LeddarTech去年在C輪融資中籌集了1.01億美元資金,由歐司朗領(lǐng)投,跟投者包括德爾福、馬涅蒂馬瑞利和集成設(shè)備技術(shù)公司。
位于加利福尼亞州圣何塞市的Velodyne公司首席技術(shù)官Anand Gopalan表示,“我們認(rèn)為市場需要兩樣?xùn)|西,一個(gè)是無人駕駛需要的高性能傳感,一個(gè)是ADAS應(yīng)用需要的小型傳感器。”。他也將工業(yè)應(yīng)用、無人機(jī)和地圖測繪視為LiDAR系統(tǒng)的快速增長市場。
“地圖測繪市場正在不斷發(fā)展壯大中,”他說。“現(xiàn)在,我們的重點(diǎn)正在從簡單地提供高清地圖向提供可以幫助實(shí)現(xiàn)自動駕駛的高清地圖轉(zhuǎn)變。我們發(fā)現(xiàn),在地圖測繪市場中,360度視角和精確度很高的LiDAR系統(tǒng)顯然非常重要,因?yàn)檫@樣才能拍攝出高清地圖。我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)市場正在不斷發(fā)展壯大。人們正在發(fā)現(xiàn)LiDAR系統(tǒng)的多種有趣用途,比如區(qū)域繪圖。發(fā)現(xiàn)LiDAR的所有新興應(yīng)用是一件令人興奮的事情。目前,在ADAS中,LiDAR已經(jīng)成為大部分ADAS系統(tǒng)的一種形態(tài),世界各地的電動汽車和ADAS都在計(jì)劃使用LiDAR。”
道路上有雪蓋住車道線標(biāo)識,使得計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)很難有效工作時(shí),LiDAR就顯得特別有用了。
Velodyne首席技術(shù)官表示,開發(fā)汽車級LiDAR的一個(gè)重大挑戰(zhàn)是環(huán)境問題,它需要在105度的環(huán)境溫度下工作,最高工作溫度可達(dá)150度,最低溫度達(dá)到零下四十度,這對汽車應(yīng)用來說至關(guān)重要,克服了這個(gè)問題,反過來又可以推動LiDAR向其它應(yīng)用的拓展。
“當(dāng)你開始看到第一批LiDAR開始大規(guī)模部署時(shí),你會發(fā)現(xiàn)這些傳感器中蘊(yùn)含了越來越多的智能,可以提供高級功能,比如本地化或?qū)ο蟾櫋iDAR系統(tǒng)中的計(jì)算量也在不斷增加,這也是人們需要投入大量工作的一個(gè)地方。在未來幾年中,將出現(xiàn)更多嵌入智能LiDAR的有趣產(chǎn)品。”
Quanergy首席執(zhí)行官Louay Eldada也見證了LiDAR市場的崛起。“LiDAR變得更加真實(shí)了,我們正在汽車安全、工業(yè)自動化、無人機(jī)、航空和地面測繪等方面獲得一些大合同。”
Quanergy打造了一些采用光學(xué)相位陣列的固態(tài)LiDAR產(chǎn)品。據(jù)Eldada聲稱,他們的目標(biāo)是將LiDAR片上系統(tǒng)設(shè)備的價(jià)格降至100美元。“LiDAR是您實(shí)現(xiàn)Level 4自動駕駛必須具備的主要傳感器,我們希望能夠支持自動駕駛汽車行業(yè)的發(fā)展。”
據(jù)估計(jì),現(xiàn)在有50家左右的公司從事LiDAR業(yè)務(wù),在未來幾年內(nèi)會淘汰掉一批。但是,在短期內(nèi)還是會出現(xiàn)一些新公司。Cepton Technologies成立于2016年,該初創(chuàng)公司的工程副總裁Mark McCord表示,他的團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)用于汽車應(yīng)用的長距離傳感器,預(yù)計(jì)將在今年下半年推出汽車級產(chǎn)品。
Cepton的業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)魏偉說,在LiDAR市場中的50家公司中,可以提供200米或更長距離LiDAR系統(tǒng)的公司不到5家。他預(yù)計(jì),到今年年底,會有更多汽車制造商推出搭載LiDAR系統(tǒng)的高端車型。
結(jié)論
就汽車電子領(lǐng)域而言,LiDAR市場仍然處于起步階段。但是,這樣技術(shù)已經(jīng)突破了單個(gè)垂直市場。除了汽車領(lǐng)域,地圖測繪已經(jīng)重新成為LiDAR技術(shù)的重要應(yīng)用。在無人機(jī)和機(jī)器人中使用LiDAR,也會給一些公司帶來一定收益。
考慮到該技術(shù)在數(shù)年前還比較小眾,現(xiàn)在它已經(jīng)廣為人知。隨著價(jià)格的不斷下降,它會出現(xiàn)在越來越多的應(yīng)用中,對于LiDAR而言,真正的好日子還在后頭。