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激光雷達(dá)難以普及的主要障礙？
激光雷達(dá)（LiDAR）作為智能駕駛“感知、決策、執(zhí)行”三大核心環(huán)節(jié)中的“感知”部分，一直是自動駕駛技術(shù)中不可或缺的一環(huán)。它被譽為“機(jī)器之眼”，但高成本、復(fù)雜性和可靠性問題一直限制其廣泛應(yīng)用。
激光雷達(dá)是機(jī)器視覺的關(guān)鍵部件，在自動駕駛和人工智能等多個高科技領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力。尤其是2D和3D激光雷達(dá)的技術(shù)融合以及全固態(tài)激光雷達(dá)的興起，都是當(dāng)前行業(yè)的焦點。2D雷達(dá)在分辨率和色彩方面表現(xiàn)優(yōu)越，而3D雷達(dá)擅長空間建模。融合兩者可生成色彩豐富的高密度點云，對物體識別和圖像處理具有巨大優(yōu)勢。機(jī)器視覺不僅可以模擬人眼的功能，還能進(jìn)行空間建模和溫度探測等，這些是人眼無法實現(xiàn)的。預(yù)計將來這些能力將與激光雷達(dá)更深度結(jié)合，為高級視覺和智能邊緣計算提供支持。
從2018年的奧迪A8到2021年的小鵬P5、Lucid Air和蔚來ET7，激光雷達(dá)逐漸被集成到各種量產(chǎn)車型中。IDC預(yù)測，到2024年全球自動駕駛汽車出貨量將達(dá)到5424.7萬輛，其中L3級別出貨量約為69萬輛。在中國，自動駕駛汽車也正迅速普及，僅2022年第一季度，L2級自動駕駛乘用車的滲透率就從上一年的7.5%大幅增加到23.2%。
在2023年8月29日于深圳南山舉辦的全固態(tài)激光雷達(dá)面陣SPAD芯片發(fā)布會上，阜時科技與近300位產(chǎn)業(yè)合作伙伴共同探討了這一重要行業(yè)創(chuàng)新。發(fā)布會主題“逐光而行·全芯賦能”明確指出了激光雷達(dá)未來發(fā)展方向。阜時科技創(chuàng)始人兼董事長莫良華分析了激光雷達(dá)行業(yè)的兩大發(fā)展趨勢：產(chǎn)品換代和降本增效。他指出，高成本是激光雷達(dá)難以普及的主要障礙，特別是在中端車型市場。阜時科技最近推出的全固態(tài)激光雷達(dá)SPAD（單光子雪崩二極管）芯片，在減少成本和提升性能方面顯示出顯著的潛力。
SPAD技術(shù)：重塑激光雷達(dá)行業(yè)
激光雷達(dá)主要構(gòu)成部分，來源：與非研究院
SPAD（單光子雪崩二極管）是激光雷達(dá)接收模塊的重要組成部分，SPAD技術(shù)在激光雷達(dá)行業(yè)呈現(xiàn)出革命性影響，主要體現(xiàn)在兩方面：一是顯著提升雷達(dá)等效線數(shù)，二是簡化點云處理。
與業(yè)內(nèi)主流的APD（雪崩光電二極管）和SiPM（硅光電倍增管）相比，SPAD在相機(jī)行業(yè)已能做到100萬像素，并可實現(xiàn)快速、精準(zhǔn)的距離測量。這樣的優(yōu)勢使其在激光雷達(dá)領(lǐng)域具有明顯的競爭力。比如，索尼的SPAD傳感器IMX459，利用其高像素優(yōu)勢，可實現(xiàn)更精準(zhǔn)的深度信息感知。除了索尼，ibeoNEXT激光雷達(dá)也已采用SPAD并即將量產(chǎn)。值得注意的是，ibeoNEXT的像素點數(shù)量僅有10240個，遠(yuǎn)低于索尼IMX459的11萬，這使得后者在成像清晰度上具有明顯優(yōu)勢。另一方面，像佳能這樣的相機(jī)廠商也在布局SPAD，已經(jīng)做出了100萬像素的CMOS產(chǎn)品。
在國內(nèi)，阜時科技近期推出的全新面陣SPAD激光雷達(dá)接收芯片F(xiàn)L6031在多項性能參數(shù)上對標(biāo)國際同行。在技術(shù)規(guī)格方面，F(xiàn)L6031有著出色的性能表現(xiàn)。與同類產(chǎn)品IMX459相比，它的有效像素達(dá)到了50k以上，遠(yuǎn)超市場上多數(shù)相似產(chǎn)品。這意味著在自動駕駛應(yīng)用中，F(xiàn)L6031能提供更高的精度和探測范圍，從而增強車輛的感知能力。
FL6031展示點云
SPAD技術(shù)還解決了點云處理的一大痛點。在激光雷達(dá)系統(tǒng)中，點云處理需要大量的計算資源，特別是隨著雷達(dá)線數(shù)和頻率的提高。SPAD的出現(xiàn)可以直接輸出光子計數(shù)和飛行時間，大大減輕了這一處理壓力，使實時計算變得更加容易。
激光雷達(dá)不同技術(shù)路線（掃描方式），來源：與非研究院
全固態(tài)激光雷達(dá)因其成本低、體積小、可靠性高，被視為未來的主流。目前，業(yè)界普遍看好OPA+FMCW作為終極解決方案，因為它能夠兼顧易于生產(chǎn)和高性能。
激光雷達(dá)不同技術(shù)路線（測距方式），來源：與非研究院
高集成，如何解決激光雷達(dá)成本挑戰(zhàn)？
盡管激光雷達(dá)在自動駕駛技術(shù)中有其獨特的優(yōu)勢，它在探測距離、細(xì)節(jié)分辨率以及在惡劣天氣和夜間的性能方面都表現(xiàn)出色。但高成本一直是制約其進(jìn)一步應(yīng)用的主要因素。這不僅限制了其在高端或旗艦車型之外的應(yīng)用，而且影響了生產(chǎn)規(guī)模，從而形成了一個惡性循環(huán)：高成本導(dǎo)致需求有限，有限的需求進(jìn)一步限制了規(guī)?；a(chǎn)，導(dǎo)致成本難以降低。
激光雷達(dá)BOM（物料清單）成本分解，來源：與非研究院
阜時科技的創(chuàng)始人莫良華認(rèn)為，可以通過高度集成化降低成本。這一突破性進(jìn)展主要得益于阜時其先進(jìn)的Stacked-BSI工藝和高速數(shù)?；旌?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%94%B5%E8%B7%AF/">電路，成功將激光雷達(dá)的光源和接收部分集成到一個單一的小型芯片上。除了硬件集成，數(shù)字電路和算法優(yōu)化也為降低成本和提升性能做出了貢獻(xiàn)。集成化的進(jìn)一步優(yōu)勢在于降低了成本和體積，為未來車用和其他應(yīng)用領(lǐng)域提供了強有力的支持。通過這一技術(shù)路徑，激光雷達(dá)的成本有望大幅下降，十萬級別的汽車有可能大規(guī)模普及，從而實現(xiàn)從量產(chǎn)到盈利的商業(yè)正循環(huán)。
除了成本之外，近年來激光雷達(dá)在自動駕駛領(lǐng)域的地位遭受攝像頭方案和4D毫米波雷達(dá)的挑戰(zhàn)，特別是特斯拉這樣的領(lǐng)先企業(yè)選擇放棄激光雷達(dá)，引發(fā)了行業(yè)內(nèi)對激光雷達(dá)的質(zhì)疑。對投資者來說，這是一個重新審視和評估激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵時刻。他們不僅應(yīng)該關(guān)注那些在技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)模式上表現(xiàn)優(yōu)秀的公司，還需要深入研究激光雷達(dá)與其他傳感技術(shù)之間的關(guān)系。這包括了它們?nèi)绾卧谖磥淼慕煌ㄉ鷳B(tài)系統(tǒng)中共同作用，以及各自在特定應(yīng)用場景下的優(yōu)缺點。
激光雷達(dá)的未來趨勢
筆者認(rèn)為，特斯拉更多可能是因為激光雷達(dá)成本過高而轉(zhuǎn)向了更便宜的毫米波雷達(dá)和視覺方案。但如果激光雷達(dá)能在成本上與毫米波雷達(dá)達(dá)到相當(dāng)水平，特斯拉和其他廠商很可能會重新考慮其應(yīng)用。如果全固態(tài)激光雷達(dá)能夠在減少成本的同時保持或提升性能，那么它無疑會成為一個有吸引力的投資對象。如果激光雷達(dá)能在減少交通事故和提供更加便捷的駕駛體驗方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，那么它就更有可能被廣泛接受和應(yīng)用。
車企也面臨壓力，他們既要降低成本，也要確保產(chǎn)品能夠滿足消費者的期望。全固態(tài)激光雷達(dá)可能在成本方面有優(yōu)勢，但其在復(fù)雜城市環(huán)境中的性能和安全性如何，還需要進(jìn)一步的測試和證明。大量的用戶體驗，特別是在減少碰撞事故和在復(fù)雜場景下的安全駕駛方面，將是推動其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。激光雷達(dá)不僅局限于基礎(chǔ)的探測和測距，未來還將融合更多智能應(yīng)用，成為一個多功能、高智能的綜合系統(tǒng)。這種進(jìn)步將顯著提升自動駕駛和AI應(yīng)用的安全和可靠性。
最后，盡管激光雷達(dá)面臨成本、技術(shù)成熟度和與其他傳感技術(shù)的競爭等挑戰(zhàn)，但由于其在自動駕駛和未來交通生態(tài)中的不可替代性，長期看，對其的投資仍然具有戰(zhàn)略意義。解決這些問題需要科技提供商、車企和用戶的共同努力。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和成本的下降，激光雷達(dá)有望實現(xiàn)更廣泛的市場滲透，從而推動相關(guān)高科技行業(yè)的快速發(fā)展。
下載ECAD模型
