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激光雷達需要的SPAD,阜時(shí)科技開(kāi)始批量交付
時(shí)間:2022-08-02 來(lái)源:轉載自“36氪”

激光雷達是自動(dòng)駕駛的眼睛,這項技術(shù)已經(jīng)成為智能駕駛旗艦車(chē)型準標配?,F在這雙眼睛長(cháng)什么樣?以鐳神車(chē)規混合固態(tài)激光雷達CH128X2為例,尺寸比上一代更縮小了,高度僅僅45mm,適合把激光雷達嵌入車(chē)頂。
現階段,市面上已經(jīng)有不同尺寸、用于不同應用場(chǎng)景的激光雷達,圍繞“眼睛”的討論,多是關(guān)于激光雷達的數量和擺放位置。
大公司總能給出參考答案:2022年百度推出第六代量產(chǎn)無(wú)人車(chē)——Apollo RT6,搭載了8顆激光雷達,共38個(gè)傳感器,可以更大程度適應復雜的道路交通。
激光雷達市場(chǎng)需求正在暴增。僅在去年,就有多家車(chē)企發(fā)布了搭載激光雷達的車(chē)型。比如,量產(chǎn)車(chē)小鵬P5搭載了2顆激光雷達,整車(chē)價(jià)格不足20萬(wàn);長(cháng)城 WEY 摩卡、威馬M7,同樣將激光雷達的搭載數量增加到了3顆;Waymo第五代自動(dòng)駕駛平臺搭載的Pacifica運營(yíng)車(chē),搭載了5顆激光雷達,其與Zeekr合作的無(wú)人駕駛車(chē),預測搭載了6顆……
激光雷達越來(lái)越被需要了,這也促進(jìn)著(zhù)激光雷達技術(shù)的快速發(fā)展。如果把時(shí)間軸調回到 2016 年,全球僅有一家能夠量產(chǎn)64線(xiàn)激光雷達的制造商。當時(shí),這種技術(shù)稀缺,不僅售價(jià)超過(guò) 7 萬(wàn)美元,且供貨周期長(cháng)達半年之久。而6年后的今天,在經(jīng)歷了技術(shù)迭代、資本熱捧之后,多家咨詢(xún)機構在研究報告中將2022年預判為激光雷達量產(chǎn)元年。
那么,激光雷達走向量產(chǎn)的背后需要哪些支撐?需求高起的同時(shí),又如何降低成本實(shí)現量產(chǎn)?在激光雷達創(chuàng )造的巨大市場(chǎng)空間中,想要抓住中國市場(chǎng)的結構性機會(huì )又要具備什么條件?

01
激光雷達是 L3 級以上自動(dòng)駕駛的必需品
激光雷達被認為是“自動(dòng)駕駛的眼睛”,用于智能車(chē)輛準確識別自身位置和周邊環(huán)境,是自動(dòng)駕駛在感知層必不可少的關(guān)鍵環(huán)節。
此前,對于這顆“自動(dòng)駕駛的眼睛”是否應該是激光雷達,還存在以攝像頭主導+毫米波雷達的 “視覺(jué)派”和以攝像頭、激光雷達等多傳感器融合方案的“多傳感融合派”兩種不同方案,但到了去年,隨著(zhù)自動(dòng)駕駛從 L2 向 L3 級別邁進(jìn)的步伐日趨堅定,后者的陣營(yíng)越來(lái)越發(fā)龐大。
具體來(lái)說(shuō),以特斯拉為代表的視覺(jué)感知派認為,人類(lèi)既然可以通過(guò)視覺(jué)信息+大腦處理,成為一個(gè)合格的駕駛者。那么攝像頭+深度學(xué)習神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )+計算機硬件,也能達到類(lèi)似的效果,而且成本可以控制在較低的范圍內。
不過(guò),即使有海量數據來(lái)進(jìn)行訓練,純視覺(jué)方案還是存在一些障礙,比如測距精度較差,稍遠一點(diǎn)就無(wú)法獲取有效精度;在藍天白云等純色或部分純色的特定場(chǎng)景下,無(wú)法提取深度信息造成誤判等。這些障礙,有時(shí)會(huì )嚴重影響到處于自動(dòng)駕駛狀態(tài)汽車(chē)的行駛安全,容易引發(fā)大眾擔憂(yōu)。
相比來(lái)看,即使價(jià)位高昂,激光雷達的優(yōu)勢也很明顯:精度較高、探測距離遠、抗干擾能力強,可以主動(dòng)檢測周?chē)辔矬w環(huán)境,獲取周?chē)h(huán)境點(diǎn)云構建3D環(huán)境模型,在雨雪、沙塵、大霧天氣等極端天氣和夜間也可以不受影響。因此,這種性能優(yōu)勢使得大多車(chē)廠(chǎng)將激光雷達列為面向L3級及以上級別自動(dòng)駕駛不可或缺的感知器件。

自動(dòng)駕駛廠(chǎng)商選擇激光雷達實(shí)現上量的首要原因是需求拉動(dòng)。隨著(zhù)自動(dòng)駕駛和智能化帶來(lái)的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)革命,代表未來(lái)方向的智能汽車(chē)市場(chǎng)滲透率將不斷提高,作為自動(dòng)駕駛的眼睛,激光雷達等智能傳感器的需求量,也隨智能汽車(chē)的市場(chǎng)擴大而水漲船高。
例如,蔚來(lái)ET7標配的激光雷達供貨方圖達通,其長(cháng)距離激光雷達位于寧波的產(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)安裝完成,前期規劃年產(chǎn)能10萬(wàn)臺;另一家做車(chē)規級激光雷達的企業(yè)鐳神與金龍、五菱、東風(fēng)悅享、陜汽等達成合作,其C輪3億元的融資也主要用于籌建產(chǎn)能達50萬(wàn)臺的徐州生產(chǎn)基地及其全自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)。
此外,激光雷達需求端市場(chǎng)規模不僅限于自動(dòng)駕駛,據 Frost&Sullivan 預測,2025 年全球激光雷達市場(chǎng)規模將達 135.4 億美元,其中高級輔助駕駛、無(wú)人駕駛、車(chē)聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)機器人領(lǐng)域在激光雷達市場(chǎng)總規模的占比分別為 34.64%、26.30%、33.81%和 5.26%,僅中國激光雷達市場(chǎng)規模就將達到 43.1 億美元。
其次,另一轉折性因素是 L2 級自動(dòng)駕駛向 L3 的升級。激光雷達由于探測精度高(5cm)、探測距離相對更長(cháng)(0-300 米)、可構建環(huán)境 3D 模型、實(shí)時(shí)性好的優(yōu)勢,更能夠滿(mǎn)足 L3-L5 級別自動(dòng)駕駛需求。所以,當車(chē)企普遍已經(jīng)實(shí)現 L2 級別輔助駕駛、并向 L3 級別自動(dòng)駕駛級別邁進(jìn)時(shí),激光雷達是實(shí)現自動(dòng)駕駛的必要條件。

02

SPAD 技術(shù)是激光雷達成本降低的關(guān)鍵支撐
與其他視覺(jué)方案相比,激光雷達仍存在量產(chǎn)上的致命缺點(diǎn):好貨不便宜。2022 年能否如預期一樣實(shí)現大批量生產(chǎn),壁壘仍在于激光雷達成本的高低。
價(jià)格水平適中是實(shí)現量產(chǎn)的前提,激光雷達的價(jià)位也確實(shí)在逐年下降。比如,2017年,鐳神智能將16線(xiàn)機械式激光雷達成本降低了 57%,而單機價(jià)格仍高達 2.2 萬(wàn)元;2019 年,其生產(chǎn)的 32 線(xiàn)激光雷達再次將成本拉低到市面價(jià)格的 50%,但仍不便宜;直到2020 年,32 線(xiàn)機械式激光雷達價(jià)格降至 3 萬(wàn)元、16線(xiàn)激光雷達降至6500元以?xún)?,才具備了?shí)現量產(chǎn)裝車(chē)的基礎。
即使價(jià)位持續下降,現階段車(chē)載激光雷達的單價(jià)仍普遍處于2000美元到上萬(wàn)美元的高位,哪怕實(shí)現量產(chǎn)也是一筆不小的成本。
那么,如何降低成本呢?首先需要對激光雷達產(chǎn)業(yè)鏈上游進(jìn)行拆解。具體來(lái)說(shuō),按照此前媒體對 Velodyne(最早的激光雷達公司) VLP-16 BOM的成本拆解數據,預計激光器、探測器、光學(xué)部件、電路板、電機外殼及結構件成本占比分別為40%、35%、10%、10%和5%。

其中,在占比35%的探測器領(lǐng)域,技術(shù)突破可以實(shí)現降本增效目的。如果按照器件結構分類(lèi),探測器可以分為APD 探測器(雪崩式光電二極管)、SPAD 探測器(單光子雪崩二極管)以及 SiPM 探測器 (硅光電倍增管,是集成了多個(gè)單光子雪崩二極管的光電探測器件)等。目前,車(chē)載領(lǐng)域的探測器以APD為主,其他應用領(lǐng)域以SiPM居多。

就車(chē)載領(lǐng)域來(lái)說(shuō),想要降本,從 APD 向 SPAD 的研發(fā)創(chuàng )新幾乎是探測器行業(yè)公認的發(fā)展方向。一方面是因為對車(chē)載領(lǐng)域的探測器提出了更高的要求,采用APD的激光雷達,存在體積大、成本高、不穩定的局限性,所以在相當長(cháng)的一段時(shí)間內,APD都難以成為車(chē)載領(lǐng)域普及型的標準配置。
另一方面,SPAD在性能上要明顯優(yōu)于A(yíng)PD。APD(雪崩二級管)需要幾百個(gè)光子才能有效檢測,而SPAD(單光子雪崩二極管)僅需要一個(gè)光子就能有效檢測。國金證券也曾在報告中指出,SPAD工作具有單光子探測能力,比傳統APD增益能力提高約10萬(wàn)倍,可實(shí)現低激光功率下的遠距離探測,功耗、體積較小,已成為研發(fā)創(chuàng )新方向。
但硬骨頭難啃,SPAD 的制造工藝難度極高。具體來(lái)說(shuō),由于SPAD過(guò)于靈敏、受環(huán)境影響大,所以此前在科研領(lǐng)域研究較多,大規模民用的案例仍是空白。
SPAD 芯片廠(chǎng)商阜時(shí)科技創(chuàng )始人莫良華告訴 36 氪,SPAD 器件的研發(fā)落地有三個(gè)難點(diǎn):一是 SPAD 器件是集材料、工藝、設計于一體的綜合性課題,需要多種技術(shù)基礎才能研發(fā);二是芯片設計難度高,光子飛行速度很快,波長(cháng)較短,要同時(shí)接收多個(gè)光子,在高速電路上將芯片做到低功耗;三是必須具備抗干擾能力。SPAD有高靈敏的優(yōu)點(diǎn),環(huán)境光和其他激光雷達發(fā)射信號均會(huì )對 SPAD 器件造成干擾,影響功效甚至失效。
因此,阜時(shí)科技從2019年開(kāi)始布局激光雷達SPAD芯片研發(fā),引入海外專(zhuān)家團隊,聯(lián)合內部資深芯片設計團隊,用兩年多的時(shí)間攻克工藝、器件和電路集成的難點(diǎn),2021年成功流片,2022年批量交付客戶(hù)。
因為入局門(mén)檻太高,所以研發(fā)SPAD的企業(yè)數量少、產(chǎn)品稀缺。目前市面上真正可以看到的車(chē)規級傳感器,只有安森美的 Padion SPAD 和索尼的IMX459,而在中國市場(chǎng),曾在國信證券研究報告中提及的SPAD 芯片企業(yè),也只有阜時(shí)科技、靈明光子、芯輝科技、宇稱(chēng)電子等。
2022 年初,阜時(shí)科技已成功拿到頭部車(chē)企激光雷達廠(chǎng)商的SPAD芯片定制訂單,在國內先一步邁進(jìn)車(chē)載激光雷達供應鏈,也是目前全球為數不多有能力量產(chǎn)車(chē)規級 SPAD 芯片的公司。
在這個(gè)玩家數量極少的領(lǐng)域,無(wú)論從技術(shù)先進(jìn)性,還是專(zhuān)利數量角度,阜時(shí)科技都屬業(yè)界頭部。目前,阜時(shí)科技已開(kāi)始向客戶(hù)批量交付芯片,是國內最早交付激光雷達接收芯片的公司之一。截至7月,阜時(shí)已申請知識產(chǎn)權 749件,獲授權 397件,全面覆蓋 SPAD 芯片及激光雷達領(lǐng)域。

圖片阜時(shí)科技12寸BSI工藝的SPAD晶圓

更重要的是,過(guò)往航天領(lǐng)域的SPAD器件主要采用砷化鎵材料制作,阜時(shí)科技的突破性創(chuàng )新在于研發(fā)了硅基的SPAD,僅僅是APD成本的十分之一,且可用于民用激光雷達。如果將售價(jià)作為參考的話(huà),索尼IMX459 樣品價(jià)格大概是 200 美元/顆,而阜時(shí)科技憑借多年的產(chǎn)業(yè)深耕及與供應商的戰略合作,產(chǎn)品價(jià)格可能更具競爭力。


這意味著(zhù),此前一直存在的激光雷達高價(jià)紅燈,終于等來(lái)了綠色通行證。


03
誰(shuí)能抓住中國市場(chǎng)的超車(chē)機會(huì )?
與多數科技產(chǎn)業(yè)相似,當大額資金開(kāi)始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)時(shí),往往是競爭開(kāi)始出現激烈苗頭的時(shí)候。這一點(diǎn)在中國的激光雷達市場(chǎng)尤甚。2021 年,全球激光雷達市場(chǎng)融資總額超 60 億元人民幣,中國公司拿到了其中的 58 億。
資本入局的根本邏輯是對激光雷達市場(chǎng)空間的期待:按照Yole預測數據,激光雷達整體市場(chǎng)規模到2026年有望達到57億美元,其中用于A(yíng)DAS領(lǐng)域的激光雷達市場(chǎng)空間到 2026年有望達到 23億美元,5年CAGR高達94%。
在這樣的市場(chǎng)空間下,讓人情緒高漲的是中國市場(chǎng)的超車(chē)機會(huì )——
體量巨大的中國市場(chǎng)與汽車(chē)智能化時(shí)代機遇交匯在一起,中國車(chē)企已然是全球最積極搭載激光雷達的客群,而激光雷達上游核心部件中主要依賴(lài)進(jìn)口的發(fā)射端激光芯片、接收端探測器芯片、處理芯片等成為重點(diǎn)關(guān)注對象。
那么,在大市場(chǎng)、激烈競爭環(huán)境中仍能把握住“流水滔滔不絕”者,必然不能單憑勇氣冒進(jìn),而是在發(fā)展過(guò)程中形成了自身的深厚技術(shù)積累。
自 2017 年發(fā)展至今,阜時(shí)科技已形成了激光雷達SPAD、屏下光學(xué)和3D視覺(jué)三大產(chǎn)品線(xiàn)。SPAD芯片不僅僅適用于固態(tài)FLASH激光雷達,也可以用于機械式、半固態(tài)式的激光雷達,甚至可以在OPA雷達中擔任接收角色。其適用范圍廣泛,從消費電子領(lǐng)域的攝像頭對焦、3D成像,到掃地機的室內導航、機器人及AGV的室外導航、定位,無(wú)人機的空地定位,以及自動(dòng)駕駛領(lǐng)域,都可以看到SPAD芯片的身影。

力合基金投資阜時(shí)科技的項目負責人向36氪表示,阜時(shí)科技的整個(gè)發(fā)展歷程實(shí)際上都是在做機器視覺(jué)產(chǎn)品,是以迭代式、矩陣式的方式在不同階段推出創(chuàng )新型產(chǎn)品。
“比如現在主要研發(fā)的 SPAD 芯片,我們更愿意用‘與世界同步探索’的理念去看待它。面向未來(lái),我們認為阜時(shí)科技的研發(fā)和產(chǎn)品落地能力不僅僅局限于自動(dòng)駕駛,而是全系列不同應用場(chǎng)景的的激光雷達都可以用。更關(guān)鍵的是,除SPAD外,阜時(shí)的其他業(yè)務(wù)也體現了它的產(chǎn)品力,這些業(yè)務(wù)在我們認識阜時(shí)科技的時(shí)候就已具有不錯的市場(chǎng)地位?!痹擁椖控撠熑苏f(shuō)。
先進(jìn)的技術(shù)能力來(lái)自于優(yōu)秀的研發(fā)團隊。目前,超過(guò)200多名員工的阜時(shí),研發(fā)人員占比超過(guò)70%。芯片設計團隊成員平均擁有10年以上行業(yè)經(jīng)驗,主導設計的芯片歷史累計出貨近40億顆,其專(zhuān)門(mén)用于前沿技術(shù)研究的內部研究院有近30人,部分是從海外招聘的深圳市高層次專(zhuān)業(yè)人才。
阜時(shí)科技創(chuàng )始人莫良華是模擬電路設計、混合信號芯片設計、芯片架構設計及系統設計等方面的資深專(zhuān)家,曾參與起草國家標準《生物特征識別防偽技術(shù)要求》。這位清華大學(xué)集成電路學(xué)院的博士生,在人機交互領(lǐng)域深耕20多年,帶領(lǐng)團隊在多技術(shù)領(lǐng)域達到世界前列,獲授權100多件國內外專(zhuān)利(其中美國專(zhuān)利20件)。
技術(shù)的突破和成本的下降必將帶來(lái)市場(chǎng)的井噴。就阜時(shí)科技而言,2021年訂單比上年出現

10余倍的增長(cháng),而2022年訂單同比增長(cháng)也在10倍以上。
變量之下必有生機。隨著(zhù)電動(dòng)化、智能網(wǎng)聯(lián)化轉型的加速,汽車(chē)行業(yè)迎來(lái)變革,產(chǎn)業(yè)格局也將發(fā)生變化。一直處于領(lǐng)先地位的歐美燃油車(chē)企將迎來(lái)轉型挑戰,與此同時(shí),巨大的中國 C 端市場(chǎng)為中國企業(yè)創(chuàng )造了技術(shù)的創(chuàng )新實(shí)驗田和豐收地。
誰(shuí)能定義未來(lái)出行工具的樣子?激光雷達量產(chǎn)的此刻,又如何能抓住結構性創(chuàng )新的中國機會(huì )呢?“扛旗者”不僅要有長(cháng)期主義的堅定,也能抓得住批量交付的當下。  

來(lái)源:36氪

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