現(xiàn)在的激光雷達在整個自動駕駛產(chǎn)業(yè)鏈中扮演的角色正變得越來越重要，它已經(jīng)可以和計算視覺和雷達傳感器芯片并列為自動駕駛?cè)蠼饎偂?/p>

不過，激光雷達可并非只應(yīng)用在自動駕駛，它在工業(yè)自動化、機器人和無人飛行器上也找到了用武之地。除此之外，地圖市場也向激光雷達張開了懷抱。

這并不令人驚訝，畢竟這項技術(shù)當(dāng)年就是為地圖繪制而生的。不過，激光雷達技術(shù)在自動駕駛汽車上的發(fā)展又反哺了地圖，它讓地圖變得更強大也更完善。

事實上，之前研究人員還用激光雷達探索過埋藏在危地馬拉叢林中的瑪雅古城。這里建筑繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，光是各種馬路就有數(shù)千條，但“消失”在叢林幾個世紀(jì)后，它的原貌已經(jīng)被各種植物徹底掩蓋。

這樣新奇的應(yīng)用加上不斷提升的激光雷達技術(shù)，預(yù)示著一個正在不斷膨脹的龐大市場的到來。ABI Research 預(yù)計，車載激光雷達市場規(guī)模到 2027 年將擴大至 130 億美元。

激光雷達市場的擴大也會帶來連鎖效應(yīng)，其他相關(guān)市場也會一并受益。

法國的技術(shù)和商業(yè)市場研究公司 Yole Développement 預(yù)測稱，磷化鎵市場能借著這股東風(fēng)在未來五年內(nèi)實現(xiàn) 79% 的年復(fù)合增長率，2022 年市場規(guī)模擴大至 4.6 億美元。

Yole認(rèn)為，磷化鎵非常適合高性能和高頻應(yīng)用。“激光雷達、無線充電和封包追蹤均屬于高端中/低電壓應(yīng)用，磷化鎵則是唯一能滿足要求的。”Yole 市場分析師 Ana Villamor 解釋。

因此，激光雷達供應(yīng)商在接近視覺、自動駕駛和 ADAS 買主的同時，也在把激光雷達賣給無人機、工業(yè)系統(tǒng)和地圖等市場的買家。

自動駕駛和 ADAS

眼下，激光雷達面前最大的藍海還是汽車行業(yè)，研發(fā)人員正在想方設(shè)法利用固態(tài)設(shè)計減少激光雷達上的移動部件和整套系統(tǒng)的成本。

“對我來說，激光雷達是個非常有趣的系統(tǒng)，因為它的各個部分都與半導(dǎo)體相關(guān)。”西門子旗下 Mentor 公司產(chǎn)品戰(zhàn)略主管 Jeff Miller 說。

“硅光子學(xué)領(lǐng)域的研發(fā)人員做了很多有趣的嘗試，為固態(tài)激光雷達落地做了不少貢獻。當(dāng)然，傳統(tǒng)激光雷達領(lǐng)域也有自己的突破，它在激光脈沖的供能、控制和功率晶體管的設(shè)計上有了很多新點子。在數(shù)據(jù)處理上也有進步，3D 點云產(chǎn)出的巨大數(shù)據(jù)，最終價值就是為自動駕駛汽車提供必要的信息。”Miller 表示。

最初，自動駕駛汽車搭載的激光雷達系統(tǒng)都是車頂上不停旋轉(zhuǎn)的傳感器i，但這樣丑陋的設(shè)計可不符合消費市場的口味。“自動駕駛汽車的商業(yè)化已經(jīng)開始了，它的外觀必須符合汽車的審美設(shè)計。”Miller 解釋。

這就是激光雷達行業(yè)新的興奮點。“一場競爭正在進行中，大家都在追逐體型苗條的廉價固態(tài)激光雷達。”Cadence 定制和集成電路包裝團隊的研發(fā)主管 Ian Dennison 說。

Dennison 明確指出，激光雷達售價至少要降至 200 美元以下。“淘金熱才剛剛開始，新創(chuàng)公司和投資額都在不斷增長。不過，不同的公司視角也有差別，它們需要在 CMOS、硅光子和 MEMS 技術(shù)中做出權(quán)衡。

Dennison 還表示，激光雷達能提供非常好的深度分辨率，這才是它真正的殺手級功能。

到底有什么不同？

據(jù)雷鋒網(wǎng)了解，激光雷達的發(fā)展也刺激了市場對大電流、高頻率、低電阻、低電容功率晶體管的需求，而此類產(chǎn)品的制作需要用到磷化鎵和其它特殊的半導(dǎo)體材料。

“業(yè)內(nèi)有個新趨勢，研究人員更愿意將高性能的三/四型材料整合進傳統(tǒng)的硅系統(tǒng)。”Mentor 產(chǎn)品市場主管 Chris Cone 說。

他總結(jié)了這么幾點：

首先，激光雷達設(shè)計對幾何結(jié)構(gòu)非常敏感，需要極強的硅光子集成電路設(shè)計能力，其中還包括基于曲線物體設(shè)計組件的能力，用大量波導(dǎo)管組裝設(shè)計組件且符合錐度與過渡要求的能力和一套擁有恰當(dāng)光學(xué)、電氣特性建模的多域電路模擬方案；

其次，在進行物理驗證時，研發(fā)人員還得對光子結(jié)構(gòu)了如指掌，畢竟標(biāo)準(zhǔn)驗證過程中會出現(xiàn)大量的假錯（false error）。

此外，使用標(biāo)準(zhǔn) DRC 檢驗技術(shù)時還會生成大量難以充分察覺的誤報（false positive）。他們只能用海量測試來找到錯誤之處。

在這樣的背景下，工具提供商開始尋找不同的方法論。

“激光雷達需要新的設(shè)計，因此設(shè)計工具也得足夠靈活以適應(yīng)各種新要求。”Cone 說。“不過，整個激光雷達設(shè)計的流程可以保留，設(shè)計完成后通過模擬和版圖驗證來做設(shè)計分析依然必不可少。”

一些專家不愿將 MEMS 設(shè)備視作固態(tài)激光雷達的一部分，因為它依然有可移動部件，而且一些激光雷達 供應(yīng)商也開始用相控陣（OPA）替代 MEMS。

“不同的人會走出不同的路。”Dennison 說。“硅光子技術(shù)確實適合激光雷達這樣的產(chǎn)品，如果你能用它來控制光，就已經(jīng)與最終解決方案很接近了。”

如果將 MEMS、CMOS 芯片和光子等技術(shù)相結(jié)合，則會得到一種新的混合技術(shù)，不過合作設(shè)計起來可不容易。

自動駕駛市場迫切需要兩類激光雷達產(chǎn)品

隨著激光雷達發(fā)展前景變得越發(fā)光明，投資也洶涌而來。

眼下，硅谷的三家激光雷達公司 Velodyne、Quanergy 和 Cepton 在過去一年里，業(yè)務(wù)都有了長足的發(fā)展。

除了開始為科技巨頭、汽車廠商和一級供應(yīng)商積極備貨，激光雷達公司后面還跟了一大堆不差錢的新創(chuàng)公司，例如像 Aurora Innovation 這樣聚集了圈內(nèi)最懂自動駕駛汽車的公司。

Velodyne CTO Anand Gopalan 表示：“市場現(xiàn)在迫切需要兩樣產(chǎn)品：一種是為自動駕駛出租車準(zhǔn)備的高性能傳感器，另一種則是為 ADAS 應(yīng)用準(zhǔn)備的小型傳感器。”不過，他也看出激光雷達的工業(yè)應(yīng)用需求正在快速增長。當(dāng)然，還有無人機和地圖。

“地圖市場正在不斷進化和發(fā)展。”他說道。“我們的注意力已經(jīng)從提供高分辨率地圖轉(zhuǎn)移到了為自動駕駛汽車提供高分辨率地圖。我們非?？春眠@個新市場，融合了激光雷達數(shù)據(jù)的 360 度視場地圖非常重要，因此這個領(lǐng)域后勁還很足。人們已經(jīng)找到了很多激光雷達跨界應(yīng)用的方式，令人興奮不已。此外，在 ADAS 領(lǐng)域激光雷達也在快速走紅，它很有可能成為未來 ADAS 系統(tǒng)的標(biāo)配。”

值得注意的是，激光雷達在路上有積雪覆蓋的情況下非常管用，因為這種情況下計算視覺會因為道路標(biāo)線被遮擋而“不知所措”。

其實在車載激光雷達發(fā)展成熟的過程中，環(huán)境因素是一大挑戰(zhàn)，高溫和低溫條件下它們的效力都會降低，而真正商用的汽車可不能這么“嬌氣”。

在解決這個問題的過程中，技術(shù)人員也會在其他相關(guān)領(lǐng)域取得突破。

“第一波激光雷達部署完成后，傳感器會不斷加碼，其功能也會越來越多，隨之而來的是數(shù)據(jù)量的增大。因此未來幾年內(nèi)整個激光雷達產(chǎn)業(yè)鏈都會動起來，我們也能見到更多有趣的產(chǎn)品。”Gopalan 說。

Quanergy CEO Louay Eldada 也認(rèn)為激光雷達市場將迎來“大爆發(fā)”。

“我們的夢想正在一步步成真。”他說。“我們不但拿到了汽車安全和工業(yè)自動化的大單，地圖和無人機市場的買家也找上門來了。”

Quanergy 主打固態(tài)激光雷達產(chǎn)品，這家公司的目標(biāo)是要將激光雷達系統(tǒng)級芯片的價格降低到 100 美元以下。“激光雷達是 Level 4 系統(tǒng)必備的主力芯片，我們要為汽車行業(yè)提供強有力的支持。”Eldada 說。

眼下，進入激光雷達市場的公司約有 50 家，但在未來幾年里該行業(yè)會經(jīng)歷一輪大洗牌。

當(dāng)然，短期內(nèi)還是會有各種新公司涌進來淘金。2016 年創(chuàng)立的 Cepton 正在打造遠(yuǎn)程傳感器，它準(zhǔn)備在今年下半年拿出車載產(chǎn)品。

Cepton 商業(yè)開發(fā)主管魏煒表示，激光雷達市場的 50 家公司中，只有不超過 5 家有能力拿出探測距離 200 米以上的激光雷達系統(tǒng)，而今年年底，許多汽車巨頭的自動駕駛原型車就要上路了。

激光雷達市場依然處于初期

從車載電子設(shè)備的角度來看，激光雷達市場依然處在初期階段。

不過，這技術(shù)撕開的口子卻讓我們看到了它背后龐大的市場。這絕對不是個簡單的單一垂直領(lǐng)域，激光雷達技術(shù)對其他行業(yè)的輻射能力會變得越來越強。

幾年前激光雷達還是個默默無聞的技術(shù)，現(xiàn)在卻有了天翻地覆的變化。隨著價格的下降，它的應(yīng)用領(lǐng)域會更加廣泛。因此對激光雷達來說，它真正的增長階段還沒到來。