一顆小芯片，決定了激光雷達行業(yè)的未來。

作者 |Juice

志豪

最近一段時間，輔助駕駛的安全性已經(jīng)成為汽車行業(yè)共同探討的話題了。

車企也紛紛在汽車的安全配置上增加了投入，由于激光雷達對未知障礙物的檢測更加準確，激光雷達幾乎成為了固定配置。

為了滿足車企對于安全性的要求，高性能的激光雷達就成為了車企追逐的一個目標，華為已經(jīng)率先推出了192線激光雷達。

而其他的激光雷達供應商也開始推出更高性能的激光雷達。

今年的上海車展期間，國內(nèi)激光雷達巨頭速騰聚創(chuàng)在上汽大眾展臺上實機演示1080線的超長距數(shù)字化激光雷達EM4，這是業(yè)內(nèi)首款千線車規(guī)級激光雷達。此外，速騰聚創(chuàng)還在4月21日發(fā)布了192線的車載激光雷達EMX，并為行業(yè)提供靈活可定制方案。

▲上海車展上汽大眾展臺展出的千線激光雷達速騰聚創(chuàng)EM4

整個汽車行業(yè)對于高性能激光雷達的需求正在增加。

那么，激光雷達如何才能實現(xiàn)性能的突破？激光雷達未來的上限在哪里？

01.

只有芯片化

高性能激光雷達才能加速落地

作為輔助駕駛系統(tǒng)的重要傳感器之一，輔助駕駛行業(yè)的變化也影響到了激光雷達行業(yè)的變化。

從工信部發(fā)文加強輔助駕駛行業(yè)規(guī)范之后，安全性就成為車企在輔助駕駛上考慮的重中之重。為了讓車輛對于道路環(huán)境的監(jiān)測更加準確，高性能的激光雷達成為必須品。

此前行業(yè)內(nèi)旗艦車型主流的激光雷達配置為120多線，華為率先拿出了192線激光雷達，目前鴻蒙系新車大多都已經(jīng)采用了這顆激光雷達。

▲華為192線激光雷達

與此同時，華為也首個喊出了要在下半年量產(chǎn)高速L3的口號。

無論是基于輔助駕駛安全性的考慮還是基于追求更高階自動駕駛的考慮，車企也都在市場上尋找更高性能的激光雷達。

如何打造更高性能的激光雷達也成為了激光雷達企業(yè)要思考的關(guān)鍵問題？

從目前的行業(yè)趨勢來看，結(jié)果已經(jīng)很清晰了，芯片化幾乎是唯一解。這并不是亂下結(jié)論，而是從激光雷達的結(jié)構(gòu)分析得到的答案。

激光雷達的核心零部件主要包括激光器和接收器兩大核心元件，激光雷達的基本邏輯就是前者發(fā)出激光對障礙物進行掃描并反射，后者收集反射信息，形成點云。

激光雷達的芯片化，主要體現(xiàn)在接收器上。

當前激光雷達所采用的技術(shù)路線主要是SiPM架構(gòu)，需要并聯(lián)多個單光子感光單元的SiPM，通過模擬的方式輸出波形，然后在波形上采樣獲得數(shù)字信號。

SiPM架構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換是“光轉(zhuǎn)模”，先輸出模擬信號并處理模擬信號，所以稱為“模擬激光雷達”。整個過程需要SiPM器件、前端放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器四類芯片，激光雷達線數(shù)（通道數(shù)）與SiPM器件數(shù)量綁定，線數(shù)越大SiPM數(shù)量越大。

▲SiPM多器件堆疊

由于結(jié)構(gòu)復雜，想要做出跟高線數(shù)高性能的激光雷達產(chǎn)品，其體積和功耗都會進一步增加，成本也會被進一步抬升。這些都限制了SiPM架構(gòu)的上限。

相比之下，SPAD-SoC架構(gòu)則完全不同。

每個SPAD-SoC中都有數(shù)百到數(shù)千的線數(shù)（通道數(shù)），每個通道接收到光后直接產(chǎn)生數(shù)字信號。由于節(jié)省掉了大量的信號轉(zhuǎn)換過程，SPAD接收器僅用很低的算力處理器就能生出優(yōu)質(zhì)點云。

▲基于SPAD-SoC的高線數(shù)激光雷達點云

簡單來說，SPAD-SoC是“光轉(zhuǎn)數(shù)”，只需要一顆芯片，是“數(shù)字激光雷達”。

SPAD-SoC的芯片化設計，可以讓激光雷達的結(jié)構(gòu)更加精簡、集成度更高、性能更加優(yōu)越、體積更小、功耗更低，并且由于核心架構(gòu)都收斂到數(shù)字芯片中，產(chǎn)品設計靈活，可快速定制開發(fā)新產(chǎn)品。

▲SPAD-SoC架構(gòu)渲染圖

這樣帶來的好處也非常明顯，一是可以在一個較小體積內(nèi)做出性能更強的激光雷達，二是由于體積可控，激光雷達產(chǎn)品也可以更好的進入到人形機器人、割草機器人等產(chǎn)品上，未來甚至還可以進入到更多的場景中，大大拓寬了激光雷達的市場邊界。

當激光雷達芯片化之后，也能夠在更多方面滿足車企的需求，一方面是芯片化后，激光雷達的體積會縮小，這讓車企在布置激光雷達的時候有了更多選擇，在設計上也可以有更多思路。

另一方面，一部分車企也在探索自研激光雷達，車企也可以直接購買SPAD-SoC進行開發(fā)，嘗試完成激光雷達自研的目標。

因此，無論從性能表現(xiàn)上來看，還是靈活性上來看，SPAD-SoC都是更適合激光雷達行業(yè)未來發(fā)展的技術(shù)路徑。

02.

芯片化已成行業(yè)大趨勢

先發(fā)者更有優(yōu)勢

說了這么多，你可能會問，SPAD-SoC固然有優(yōu)勢，但是行業(yè)多少玩家在布局？會不會現(xiàn)在還是期貨。

事實上，SPAD-SoC已經(jīng)成為激光雷達行業(yè)的共識了。

據(jù)了解，華為此前推出的192線激光雷達就是采用了SPAD-SoC技術(shù)。

速騰聚創(chuàng)作為國內(nèi)激光雷達領(lǐng)域的巨頭玩家，也布局了SPAD-SoC，并且已經(jīng)成功跑通了量產(chǎn)。從2018年就開始思考激光雷達的芯片化研究了，2020年正式開始SPAD-SoC產(chǎn)品的開發(fā)。

▲速騰聚創(chuàng)激光雷達產(chǎn)品

目前速騰聚創(chuàng)已經(jīng)手握159項相關(guān)專利，組建了一支專業(yè)的芯片團隊，已經(jīng)在2024年實現(xiàn)了自研SPAD-SoC的量產(chǎn)。

▲速騰聚創(chuàng)自研的第一代SPAD-SoC芯片

此外，國內(nèi)一些第三方供應商如靈明光子和阜時科技都在進行SPAD-SoC芯片的開發(fā)，并且有不錯的效果表現(xiàn)。

國內(nèi)某頭部激光雷達廠商的下一代補盲產(chǎn)品就計劃采用靈明光子的SPAD-SoC芯片。

國外廠商中，也有索尼這樣的老牌玩家正在布局。

從海內(nèi)外企業(yè)的布局來看，幾乎都默認了SPAD-SoC芯片是未來的主要方向。

這一行業(yè)趨勢像極了相機行業(yè)。

此前，相機行業(yè)主要采用了CCD芯片，這一芯片功耗高、讀取速度慢，且制造成本昂貴。CCD芯片的一些短板，制約了相機產(chǎn)品的性能上限。

隨后，相機行業(yè)出現(xiàn)了CMOS芯片。當光線照射到CMOS芯片上的感光單元時，光子與半導體材料相互作用，最終轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，整個過程非常快速，實現(xiàn)了光轉(zhuǎn)數(shù)，這一特性和SPAD-SoC非常相似。

并且由于CMOS芯片的功耗低、集成度高的優(yōu)點，深刻影響了相機行業(yè)的發(fā)展。

當年索尼也憑借著CMOS芯片上的優(yōu)勢，成為相機行業(yè)不可忽視的玩家。

以此類推，SPAD-SoC也有著改變激光雷達行業(yè)未來的能力，誰先拿出可量產(chǎn)的SPAD-SoC芯片，誰就將在高性能激光雷達的競爭中拔得頭籌。

03.

SPAD-SoC上限更高

或助力完全自動駕駛落地

既然整個行業(yè)都在布局SPAD-SoC芯片，那這一產(chǎn)品的上限究竟在哪里呢？

回答這個問題之前，我們還是用相機行業(yè)為例。

相機行業(yè)在從CCD轉(zhuǎn)變到CMOS芯片之后，隨著芯片尺寸的增加，單個像素面積也更大，進光量更多，使得照片更加明亮，噪點更少，成像的像素也越來越高。

目前，市面上主流相機均采用了CMOS芯片，實現(xiàn)了整個產(chǎn)業(yè)的升級。

SPAD-SoC技術(shù)的量產(chǎn)，也讓激光雷達產(chǎn)品進入到了芯片化的新時代，激光雷達的像素上限更高。速騰聚創(chuàng)推出的1080線數(shù)激光雷達就是一個很好的例子。

▲1080線激光雷達實測點云

但1080線數(shù)顯然并不是SPAD-SoC技術(shù)的上限，速騰聚創(chuàng)也在發(fā)布會上表明支持定制“2160線”，參考相機上億像素的CMOS芯片，理論上，SPAD-SoC可以將激光雷達的線數(shù)/像素提升到無限高。

當激光雷達的像素可以和攝像頭持平的時候，激光雷達的主動探測三維點云信息和攝像頭拍攝的畫面就可以實現(xiàn)點對點的融合，即每一個畫面都將會有色彩和三維信息，這將完全超越人類眼睛的感知能力。

對于自動駕駛來說，高清無損的真實世界三維彩色信息數(shù)據(jù)，不僅是驅(qū)動世界模型進化的最佳養(yǎng)分，更將成為自動駕駛通過物理AI發(fā)展持續(xù)實現(xiàn)性能和安全性突破的關(guān)鍵。

激光雷達行業(yè)伴隨著自動駕駛技術(shù)的發(fā)展快速崛起，十年間從小規(guī)模搭載于測試車，走到了大規(guī)模車規(guī)量產(chǎn)上車，在智駕行業(yè)邁入深水區(qū)的過程中，對激光雷達性能和靈活性的需求也在進一步增加，傳統(tǒng)的模擬激光雷達天花板已經(jīng)顯現(xiàn)出來了，以SPAD-SoC為代表的芯片化才是激光雷達的下一個未來，誰能在這一趨勢中率先跑出來，才有可能決勝未來。