一顆小芯片，決定了激光雷達(dá)行業(yè)的未來。

作者 | Juice

編輯 | 志豪

最近一段時(shí)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(dá)對未知障礙物的檢測更加準(zhǔn)確，激光雷達(dá)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(dá)就成為了車企追逐的一個(gè)目標(biāo)，華為已經(jīng)率先推出了 192 線激光雷達(dá)。

而其他的激光雷達(dá)供應(yīng)商也開始推出更高性能的激光雷達(dá)。

今年的上海車展期間，國內(nèi)激光雷達(dá)巨頭速騰聚創(chuàng)在上汽大眾展臺上實(shí)機(jī)演示 1080 線的超長距數(shù)字化激光雷達(dá) EM4，這是業(yè)內(nèi)首款千線車規(guī)級激光雷達(dá)。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(dá) 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(dá)速騰聚創(chuàng) EM4

整個(gè)汽車行業(yè)對于高性能激光雷達(dá)的需求正在增加。

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

01.

只有芯片化

高性能激光雷達(dá)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(dá)行業(yè)的變化。

從工信部發(fā)文加強(qiáng)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(zhǔn)確，高性能的激光雷達(dá)成為必須品。

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

▲華為 192 線激光雷達(dá)

與此同時(shí)，華為也首個(gè)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(dòng)駕駛的考慮，車企也都在市場上尋找更高性能的激光雷達(dá)。

如何打造更高性能的激光雷達(dá)也成為了激光雷達(dá)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(dá)的結(jié)構(gòu)分析得到的答案。

激光雷達(dá)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(dá)的基本邏輯就是前者發(fā)出激光對障礙物進(jìn)行掃描并反射，后者收集反射信息，形成點(diǎn)云。

激光雷達(dá)的芯片化，主要體現(xiàn)在接收器上。

當(dāng)前激光雷達(dá)所采用的技術(shù)路線主要是 SiPM 架構(gòu)，需要并聯(lián)多個(gè)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(dá) "。整個(gè)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(dá)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(fù)雜，想要做出跟高線數(shù)高性能的激光雷達(dá)產(chǎn)品，其體積和功耗都會進(jìn)一步增加，成本也會被進(jìn)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(gè) SPAD-SoC 中都有數(shù)百到數(shù)千的線數(shù)（通道數(shù)），每個(gè)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(diǎn)云。

▲基于 SPAD-SoC 的高線數(shù)激光雷達(dá)點(diǎn)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(dá) "。

SPAD-SoC 的芯片化設(shè)計(jì)，可以讓激光雷達(dá)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(shè)計(jì)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(gè)較小體積內(nèi)做出性能更強(qiáng)的激光雷達(dá)，二是由于體積可控，激光雷達(dá)產(chǎn)品也可以更好的進(jìn)入到人形機(jī)器人、割草機(jī)器人等產(chǎn)品上，未來甚至還可以進(jìn)入到更多的場景中，大大拓寬了激光雷達(dá)的市場邊界。

當(dāng)激光雷達(dá)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(dá)的體積會縮小，這讓車企在布置激光雷達(dá)的時(shí)候有了更多選擇，在設(shè)計(jì)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(dá)，車企也可以直接購買 SPAD-SoC 進(jìn)行開發(fā)，嘗試完成激光雷達(dá)自研的目標(biāo)。

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(dá)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(shí)上，SPAD-SoC 已經(jīng)成為激光雷達(dá)行業(yè)的共識了。

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

速騰聚創(chuàng)作為國內(nèi)激光雷達(dá)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(dá)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(dá)產(chǎn)品

目前速騰聚創(chuàng)已經(jīng)手握 159 項(xiàng)相關(guān)專利，組建了一支專業(yè)的芯片團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)在 2024 年實(shí)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(yīng)商如靈明光子和阜時(shí)科技都在進(jìn)行 SPAD-SoC 芯片的開發(fā)，并且有不錯(cuò)的效果表現(xiàn)。

國內(nèi)某頭部激光雷達(dá)廠商的下一代補(bǔ)盲產(chǎn)品就計(jì)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(rèn)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(jī)行業(yè)。

此前，相機(jī)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(jī)產(chǎn)品的性能上限。

隨后，相機(jī)行業(yè)出現(xiàn)了 CMOS 芯片。當(dāng)光線照射到 CMOS 芯片上的感光單元時(shí)，光子與半導(dǎo)體材料相互作用，最終轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，整個(gè)過程非?？焖?，實(shí)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(diǎn)，深刻影響了相機(jī)行業(yè)的發(fā)展。

當(dāng)年索尼也憑借著 CMOS 芯片上的優(yōu)勢，成為相機(jī)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(dá)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(dá)的競爭中拔得頭籌。

03.

SPAD-SoC 上限更高

或助力完全自動(dòng)駕駛落地

既然整個(gè)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(gè)問題之前，我們還是用相機(jī)行業(yè)為例。

相機(jī)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(gè)像素面積也更大，進(jìn)光量更多，使得照片更加明亮，噪點(diǎn)更少，成像的像素也越來越高。

目前，市面上主流相機(jī)均采用了 CMOS 芯片，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的升級。

SPAD-SoC 技術(shù)的量產(chǎn)，也讓激光雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)入到了芯片化的新時(shí)代，激光雷達(dá)的像素上限更高。速騰聚創(chuàng)推出的 1080 線數(shù)激光雷達(dá)就是一個(gè)很好的例子。

▲ 1080 線激光雷達(dá)實(shí)測點(diǎn)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(jī)上億像素的 CMOS 芯片，理論上，SPAD-SoC 可以將激光雷達(dá)的線數(shù) / 像素提升到無限高。

當(dāng)激光雷達(dá)的像素可以和攝像頭持平的時(shí)候，激光雷達(dá)的主動(dòng)探測三維點(diǎn)云信息和攝像頭拍攝的畫面就可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的融合，即每一個(gè)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(dòng)駕駛來說，高清無損的真實(shí)世界三維彩色信息數(shù)據(jù)，不僅是驅(qū)動(dòng)世界模型進(jìn)化的最佳養(yǎng)分，更將成為自動(dòng)駕駛通過物理 AI 發(fā)展持續(xù)實(shí)現(xiàn)性能和安全性突破的關(guān)鍵。

激光雷達(dá)行業(yè)伴隨著自動(dòng)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(dá)性能和靈活性的需求也在進(jìn)一步增加，傳統(tǒng)的模擬激光雷達(dá)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(dá)的下一個(gè)未來，誰能在這一趨勢中率先跑出來，才有可能決勝未來。