2020年對(duì)于激光雷達(dá)行業(yè)來(lái)說(shuō)，可以稱(chēng)得上拐點(diǎn)之年。而2021年將是激光雷達(dá)行業(yè)“百花齊放”周期的開(kāi)始。

去年，首次引入蘋(píng)果iPhone 12的消費(fèi)級(jí)激光雷達(dá)，不僅為手機(jī)端帶來(lái)增強(qiáng)拍攝能力，更強(qiáng)大的3D建模及AR應(yīng)用，更是讓車(chē)載激光雷達(dá)行業(yè)看到了希望。

進(jìn)入2021年，隨著蘋(píng)果造車(chē)消息的進(jìn)一步披露，該公司近日被爆出正在與多家汽車(chē)激光雷達(dá)供應(yīng)商進(jìn)行談判，作為自動(dòng)駕駛汽車(chē)的外部配套硬件合作伙伴。

知情人士透露，蘋(píng)果公司同時(shí)也在考慮不同的技術(shù)方案設(shè)計(jì)，以滿足其獨(dú)特的需求。按照計(jì)劃，蘋(píng)果正在推進(jìn)其自動(dòng)駕駛汽車(chē)項(xiàng)目，最早在2024年量產(chǎn)下線。

另一則消息同樣備受關(guān)注，在去年10月蘋(píng)果公司的一項(xiàng)涉及dToF（直接飛行時(shí)間）無(wú)掃描激光雷達(dá)技術(shù)專(zhuān)利曝光，同時(shí)，索尼公司被曝出與蘋(píng)果公司簽訂了為期3年的合同，提供新一代近紅外(NIR)+單光子雪崩二極管(SPAD)模組的dToF激光雷達(dá)。

有消息稱(chēng)，安卓手機(jī)陣營(yíng)的幾家大廠預(yù)計(jì)也將在未來(lái)兩到三年進(jìn)入激光雷達(dá)的量產(chǎn)導(dǎo)入，這意味著包括VCSEL芯片、SPAD等核心部件持續(xù)受益于規(guī)模效應(yīng)實(shí)現(xiàn)成本的快速下降。

這是過(guò)去數(shù)年，汽車(chē)激光雷達(dá)行業(yè)希望看到的一幕。除了下游需求的釋放（目前，數(shù)家汽車(chē)制造商已經(jīng)宣布數(shù)款搭載激光雷達(dá)的新車(chē)計(jì)劃），上游供應(yīng)鏈的完善以及規(guī)?；a(chǎn)能釋放有助于幫助大幅降低成本。

一、備戰(zhàn)低成本

如今，索尼更進(jìn)一步，趁勢(shì)“殺入”汽車(chē)激光雷達(dá)行業(yè)。

事實(shí)上，在去年CES展上，該公司發(fā)布的首款純電動(dòng)概念車(chē)型（VISION-S）上就亮相了一系列基于索尼的成像與傳感創(chuàng)新技術(shù)，其中就包括自主研發(fā)的固態(tài)激光雷達(dá)。

近日，索尼在國(guó)際固態(tài)電路大會(huì)（ISSCC）上發(fā)布了首款基于SPAD的dToF汽車(chē)遠(yuǎn)程激光雷達(dá)方案。這套方案的創(chuàng)新之處，在于利用CMOS圖像傳感器開(kāi)發(fā)的堆疊結(jié)構(gòu)、銅-銅連接、MEMS（905nm波長(zhǎng)）等技術(shù)，在上下兩層芯片上實(shí)現(xiàn)了SPAD時(shí)序和測(cè)距處理電路架構(gòu)。

比如，在SPAD（上層芯片）和邏輯電路（下層芯片）堆疊時(shí)，通過(guò)連接的Cu（銅）焊盤(pán)而不是嵌入電極實(shí)現(xiàn)連接的TSV（硅穿孔）布線，這種方法可以提高設(shè)計(jì)的自由度，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)更緊湊的尺寸，同時(shí)提高性能。

在SPAD效率指數(shù)方面，索尼通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了對(duì)于940nm近紅外光的PDE（光子檢測(cè)效率）提高到14.2％的水平，是傳統(tǒng)SPAD的3至4倍。

此外，更為關(guān)鍵的是，索尼首次引入了直接測(cè)距法（directToF，dToF），直接計(jì)算被物體反射并返回所需的時(shí)間來(lái)測(cè)量距離，好處是可以實(shí)現(xiàn)300米的測(cè)距，適用于遠(yuǎn)程激光雷達(dá)方案。

同時(shí)，即使是小型的芯片，也能在10μm的像素尺寸下實(shí)現(xiàn)約11萬(wàn)有效像素（189×600像素）的高分辨率。這就可以實(shí)現(xiàn)以15厘米為單位間隔進(jìn)行高精度測(cè)量，測(cè)距最遠(yuǎn)可達(dá)300米，從而有助于提高激光雷達(dá)的檢測(cè)和識(shí)別性能。

同時(shí)，索尼通過(guò)光子飛行時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（TDC）和無(wú)源淬滅/電路，使每個(gè)光子在正常情況下的響應(yīng)速度提高到6ns，滿足高速測(cè)距要求。

在車(chē)規(guī)級(jí)方面，這套獨(dú)創(chuàng)的SPAD像素結(jié)構(gòu)，即使在-40℃至125℃的惡劣條件下，也能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的光子探測(cè)效率和響應(yīng)速度，有助于提高激光雷達(dá)的可靠性。

一直以來(lái)，業(yè)內(nèi)達(dá)成共識(shí)的是，低成本的固態(tài)激光雷達(dá)解決方案對(duì)于L3級(jí)及以上自動(dòng)駕駛來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。CMOS集成SPAD陣列也被視為最有希望的低成本解決方案之一。

作為全球CMOS感知技術(shù)的另一家巨頭，安森美半導(dǎo)體在三年前宣布收購(gòu)SensL Technologies，這是一家專(zhuān)為汽車(chē)、醫(yī)療、工業(yè)和消費(fèi)市場(chǎng)提供SiPM、SPAD和LiDAR感測(cè)產(chǎn)品的公司。

過(guò)去十幾年時(shí)間，SensL公司一直是全球深度傳感技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，基于CMOS工藝為高性?xún)r(jià)比固態(tài)激光雷達(dá)方案提供規(guī)模效益的可能性，此次收購(gòu)也是安森美強(qiáng)化ADAS及自動(dòng)駕駛感知領(lǐng)域市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略布局之一。

二、供應(yīng)鏈“助力”

過(guò)去，傳統(tǒng)的激光雷達(dá)大多數(shù)是采用APD（雪崩光電二極管），而單光子雪崩二極管(SPAD)則是工作在擊穿電壓上的APD。這意味著，對(duì)于極弱光學(xué)信號(hào)的探測(cè)，SPAD是更為理想的選擇之一。

而SiPM是由多個(gè)帶有猝滅電阻的SPAD并聯(lián)組成，每個(gè)單元是獨(dú)立的，最終輸出的信號(hào)是多個(gè)像素輸出信號(hào)疊加，有幅度變化；如果照射到SiPM的光子數(shù)越多，幅度越大。

在進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測(cè)時(shí)，SiPM可實(shí)現(xiàn)比其它傳感器更高的信噪比，主要優(yōu)點(diǎn)包括高增益，低電壓操作，出色的定時(shí)性能，高靈敏度（低至單個(gè)光子）和對(duì)磁場(chǎng)的抵抗力。

此前，SiPM和SPAD工藝已在醫(yī)療影像領(lǐng)域有大量應(yīng)用。按照安森美的說(shuō)法，相比于APD技術(shù)，采用CMOS工藝，可以達(dá)到真正的低成本、低功耗，優(yōu)化尺寸等優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)真正落地。

目前，在全球已經(jīng)有數(shù)家激光雷達(dá)公司采用了安森美公司研發(fā)的基于SPAD的硅光電倍增管（SiPM）技術(shù)，“在近紅外(NIR)、905nm波長(zhǎng)的固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)上，SiPMs正在迅速取代APDs?！?/p>

此外，蘋(píng)果使用的是基于SPAD（單光子雪崩二極管）的dToF技術(shù)，而目前市面上還主要是基于普通CMOSPD的iToF技術(shù)，兩者存在著非常大的差別，是一次全新的技術(shù)升級(jí)革命。

兩年前，索尼公司決定將其半導(dǎo)體部門(mén)更名為“成像與傳感”（Imaging & Sensing），其中傳感部分主要面向工業(yè)（包括汽車(chē)）機(jī)器視覺(jué)圖像傳感器，這是一個(gè)高端利基市場(chǎng)。

隨后，索尼拿下了華為和三星的iToF傳感器訂單，其次就是蘋(píng)果的dToF激光雷達(dá)訂單，去年該公司傳感業(yè)務(wù)收入預(yù)計(jì)超過(guò)10億美元，整個(gè)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)未來(lái)幾年將超過(guò)100億美元。

上游供應(yīng)鏈的逐步起量（尤其是巨頭的不斷加碼），也在帶動(dòng)越來(lái)越多的激光雷達(dá)公司推出性能更強(qiáng)的產(chǎn)品。一家名為Sense Photonics的公司近日宣布，一款基于CMOS SPAD（像素超過(guò)14萬(wàn)）+VSCELs（940nm）的Flash激光雷達(dá)正式亮相，實(shí)現(xiàn)200米中遠(yuǎn)程探測(cè)。

該公司表示，這款全新的技術(shù)方案可以消除復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)模糊校正，同時(shí)允許像素級(jí)，逐幀融合RGB相機(jī)數(shù)據(jù)。首批樣品將于今年年中交付客戶，計(jì)劃于2024年底投產(chǎn)。

在高工智能汽車(chē)研究院看來(lái)，隨著近年來(lái)激光雷達(dá)核心部件供應(yīng)商逐步開(kāi)始啟動(dòng)產(chǎn)能釋放以及對(duì)消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)、汽車(chē)級(jí)幾大市場(chǎng)的樂(lè)觀預(yù)期，未來(lái)幾年快速降本的趨勢(shì)已經(jīng)非常明確。