應(yīng)用廣泛的激光雷達(dá)好日子還在后頭

如今，激光雷達(dá)在整個(gè)自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)鏈中的作用日益重要，它已能與計(jì)算機(jī)視覺(jué)和雷達(dá)傳感器芯片一起列為三大自動(dòng)駕駛金剛。

但是，激光雷達(dá)并不只適用于自動(dòng)駕駛，它還可以用于工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人和無(wú)人飛行器。此外，地圖市場(chǎng)也開(kāi)始擁抱激光雷達(dá)。

但這并不奇怪，畢竟，這項(xiàng)技術(shù)誕生于當(dāng)年的地圖上。然而，激光雷達(dá)技術(shù)在自動(dòng)駕駛汽車(chē)上的發(fā)展又反哺了地圖，它使地圖更加強(qiáng)大和完美。

實(shí)際上，以前的研究者也利用激光雷達(dá)探測(cè)過(guò)危地馬拉叢林中的瑪雅古城。這兒的建筑物很多，結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，光是各式各樣的馬路就有幾千條，但是在幾個(gè)世紀(jì)之后“消失”了，原來(lái)的樣子被各種植物完全遮蓋了。

這種新穎的應(yīng)用程序與激光雷達(dá)技術(shù)的不斷提升預(yù)示著一個(gè)不斷擴(kuò)大的巨大市場(chǎng)的到來(lái)。ABI Research預(yù)計(jì)，到2027年，車(chē)載激光雷達(dá)的市場(chǎng)規(guī)模將增至130億美元。

隨著激光雷達(dá)市場(chǎng)的擴(kuò)大，還將產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，其他相關(guān)市場(chǎng)將一起受益。

據(jù)法國(guó)技術(shù)與商業(yè)市場(chǎng)調(diào)查公司 YoleDé veloppement預(yù)測(cè)，磷化鎵市場(chǎng)將在未來(lái)五年內(nèi)以79%的年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到79%，到2022年該市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到4.6億美元。

Yole認(rèn)為磷化鎵非常適合高性能和高頻率的應(yīng)用。Yole市場(chǎng)分析師 AnaVillamor說(shuō)：“激光雷達(dá)、無(wú)線充電、封包跟蹤等都屬于高端中/低電壓應(yīng)用領(lǐng)域，只有磷化鎵才能滿足。

結(jié)果，激光雷達(dá)供應(yīng)商在接近視覺(jué)、自動(dòng)駕駛和 ADAS客戶的同時(shí)，也在向無(wú)人機(jī)、工業(yè)系統(tǒng)和地圖等市場(chǎng)上出售激光雷達(dá)。

自駕與 ADAS

就目前而言，面對(duì)激光雷達(dá)最大的藍(lán)海還是汽車(chē)工業(yè)，研發(fā)人員正想方設(shè)法利用固態(tài)設(shè)計(jì)來(lái)降低激光雷達(dá)上的移動(dòng)部分以及整個(gè)系統(tǒng)的成本。

對(duì)于我來(lái)說(shuō)，激光雷達(dá)是一個(gè)很有趣的系統(tǒng)，因?yàn)樗母鱾€(gè)部分都與半導(dǎo)體有關(guān)。Jeff Miller是西門(mén)子公司的 Mentor產(chǎn)品策略負(fù)責(zé)人。

在此基礎(chǔ)上，“硅光子學(xué)研究人員做了許多有趣的嘗試，為固態(tài)激光雷達(dá)落地做出了不少貢獻(xiàn)。對(duì)激光脈沖的供能、控制和功率晶體管的設(shè)計(jì)等方面，傳統(tǒng)的激光雷達(dá)領(lǐng)域有著自己的突破。Miller表示，在數(shù)據(jù)處理方面也有進(jìn)展，3D點(diǎn)云產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，其最終價(jià)值在于為自動(dòng)駕駛汽車(chē)提供必要的信息。

起初，自動(dòng)駕駛汽車(chē)所搭載的激光雷達(dá)系統(tǒng)都是頂部不停旋轉(zhuǎn)的傳感器 i，但這種丑陋的設(shè)計(jì)與消費(fèi)者市場(chǎng)的口味格格不入。Miller解釋說(shuō)：“自動(dòng)駕駛汽車(chē)的商品化已經(jīng)開(kāi)始，其外觀必須符合汽車(chē)的美學(xué)設(shè)計(jì)。

而這正是激光雷達(dá)行業(yè)的新熱點(diǎn)。他說(shuō)：“一場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)正在進(jìn)行，每個(gè)人都在追逐小巧的廉價(jià)固態(tài)激光雷達(dá)。IanDennison是 Cadence定制與集成電路包裝團(tuán)隊(duì)的研發(fā)負(fù)責(zé)人。

Dennison明確表示，激光雷達(dá)的價(jià)格至少會(huì)低于200美元。他說(shuō)：“淘金熱剛剛開(kāi)始，新公司的出現(xiàn)和投資都在增加。然而，不同的企業(yè)視角也存在差異，他們需要在 CMOS、硅光子和 MEMS技術(shù)上作出權(quán)衡。

Dennison還說(shuō)，激光雷達(dá)提供了非常高的深度分辨率，這才是其真正的殺手級(jí)特性。

究竟有什么區(qū)別？

根據(jù)雷鋒網(wǎng)的信息，激光雷達(dá)的發(fā)展也刺激了市場(chǎng)對(duì)大電流、高頻、低電阻、低電容功率晶體管的需求，而這類(lèi)產(chǎn)品的制造需要磷化鎵等特殊半導(dǎo)體材料。

研究者們更愿意將高性能的三/四型材料集成到傳統(tǒng)的硅系統(tǒng)中，” Mentor產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)負(fù)責(zé)人 ChrisCone說(shuō)。

他概括了以下幾點(diǎn)：

第一，激光雷達(dá)的設(shè)計(jì)對(duì)幾何結(jié)構(gòu)非常敏感，要求極強(qiáng)的硅光子集成電路設(shè)計(jì)能力，其中還包括基于曲線物體設(shè)計(jì)組件的能力，使用大量的波導(dǎo)裝配組件并滿足圓錐和過(guò)渡要求的能力，以及一套具有適當(dāng)光、電特性建模的多域電路模擬方案；

第二，在進(jìn)行物理驗(yàn)證時(shí)，研發(fā)人員必須熟悉光子結(jié)構(gòu)，畢竟標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的虛假錯(cuò)誤(falseerror)。

另外，當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn) DRC檢測(cè)技術(shù)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生大量難以發(fā)現(xiàn)的誤報(bào)(false positive)。只有使用大量的測(cè)試才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在。

基于這種背景，工具供應(yīng)商開(kāi)始尋求不同的方法。

他說(shuō)：「激光雷達(dá)需要新的設(shè)計(jì)，所以設(shè)計(jì)工具必須要有足夠的靈活性，以適應(yīng)各種新的需求。但是，整個(gè)激光雷達(dá)設(shè)計(jì)流程是可以保留下來(lái)的，完成設(shè)計(jì)之后通過(guò)模擬和版圖驗(yàn)證進(jìn)行設(shè)計(jì)分析仍然是必不可少的。

由于 MEMS雷達(dá)仍有可移動(dòng)部件，一些專(zhuān)家不愿意把 MEMS設(shè)備看作是固態(tài)激光雷達(dá)的一部分，而且一些激光雷達(dá)廠商也開(kāi)始用相控陣來(lái)取代 MEMS。

Dennison說(shuō)：“不同的人會(huì)有不同的選擇?！腹韫庾訉W(xué)的確適用于激光雷達(dá)等產(chǎn)品，如果能用它來(lái)控制光，就會(huì)接近于最終解決方案?！?/p>

若能將 MEMS技術(shù)、 CMOS芯片與光子技術(shù)結(jié)合，則可以獲得一種新的混合技術(shù)，但協(xié)同設(shè)計(jì)卻并非易事。

自動(dòng)化市場(chǎng)急需兩類(lèi)激光雷達(dá)產(chǎn)品

由于激光雷達(dá)的發(fā)展前景愈加光明，投資也隨之高漲。

目前，硅谷三家激光雷達(dá)公司 Velodyne、 Quanergy和 Cepton在過(guò)去的一年中業(yè)務(wù)都有了很大的增長(zhǎng)。

除積極備貨外，激光雷達(dá)也開(kāi)始為科技巨頭、汽車(chē)制造商和第一級(jí)供應(yīng)商提供服務(wù)，還有一大堆不差錢(qián)的新創(chuàng)公司，如 Aurora Innovation等聚集了圈內(nèi)最懂自動(dòng)駕駛的公司。

Velodyne CTO AnandGopalan表示：“目前市場(chǎng)急需兩種產(chǎn)品：一種是為自動(dòng)駕駛出租車(chē)設(shè)計(jì)的高性能傳感器，另一種是小型傳感器，用于 ADAS應(yīng)用?！彼l(fā)現(xiàn)，激光雷達(dá)的工業(yè)應(yīng)用需求正在迅速增長(zhǎng)。當(dāng)然還有無(wú)人機(jī)和地圖。

他說(shuō)：“地圖市場(chǎng)在不斷演變和發(fā)展?！彼f(shuō)：“我們的注意力已經(jīng)從高分辨率地圖的提供轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)駕駛汽車(chē)提供高分辨率地圖。這個(gè)新的市場(chǎng)我們非?？春?，融合了激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的360度視場(chǎng)地圖非常重要，所以這一領(lǐng)域的后勁還很大。許多激光雷達(dá)的跨界應(yīng)用，使人們發(fā)現(xiàn)了許多方法，令人興奮。另外，激光雷達(dá)在 ADAS領(lǐng)域也在迅速流行，有可能成為未來(lái) ADAS系統(tǒng)的一種標(biāo)配?！?/p>

需要指出的是，激光雷達(dá)能很好的解決路面積雪的問(wèn)題，因?yàn)槁窐?biāo)被遮擋時(shí)，計(jì)算視覺(jué)將變得“不堪重負(fù)”。

事實(shí)上，在車(chē)載激光雷達(dá)發(fā)展成熟的過(guò)程中，環(huán)境因素是一個(gè)大挑戰(zhàn)，高溫、低溫條件下它們的作用都會(huì)下降，而真正的商用車(chē)則不可能如此“嬌氣”。

同時(shí)，技術(shù)人員在解決這一問(wèn)題的過(guò)程中，也會(huì)取得突破。

他說(shuō)：“第一波激光雷達(dá)完成部署后，傳感器將不斷加碼，其功能將隨之增加，數(shù)據(jù)量也隨之增加。所以在未來(lái)的幾年里，整個(gè)激光雷達(dá)的產(chǎn)業(yè)鏈將會(huì)發(fā)生變化，我們還會(huì)看到更多有趣的產(chǎn)品。

Quanergy首席執(zhí)行官 LouayEldada也認(rèn)為激光雷達(dá)市場(chǎng)將迎來(lái)一個(gè)“大爆發(fā)”。

他說(shuō)：“我們的夢(mèng)想正一步一步地實(shí)現(xiàn)。他說(shuō)：“我們不僅在汽車(chē)安全和工業(yè)自動(dòng)化上獲得了巨大的訂單，地圖和無(wú)人駕駛飛機(jī)市場(chǎng)也在尋找買(mǎi)家。

Quanergy致力于固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品，該公司的目標(biāo)是將激光雷達(dá)系統(tǒng)級(jí)芯片的價(jià)格降至低于100美元。Eldada說(shuō)：“激光雷達(dá)是Level4系統(tǒng)的主力芯片，我們將為汽車(chē)業(yè)提供強(qiáng)大的支持。

目前，進(jìn)入激光雷達(dá)市場(chǎng)的公司約有50家，但未來(lái)幾年，這個(gè)行業(yè)將會(huì)經(jīng)歷一輪洗牌。

當(dāng)然，短期內(nèi)還是會(huì)有各種各樣的新公司涌入淘金。2016年創(chuàng)立的 Cepton正在制造遠(yuǎn)程傳感器，并將于今年下半年推出車(chē)載傳感器。

Cepton商業(yè)發(fā)展總監(jiān)魏煒表示，在激光雷達(dá)市場(chǎng)，50家企業(yè)中，只有不超過(guò)5家具備發(fā)射激光雷達(dá)探測(cè)距離在200米以上的能力，而許多汽車(chē)巨頭的自動(dòng)駕駛原型車(chē)也將在年底上路。

激光器市場(chǎng)仍處于起步階段

就車(chē)載電子設(shè)備而言，激光雷達(dá)市場(chǎng)仍處于起步階段。

然而，這種技術(shù)被撕開(kāi)的缺口讓我們看到了其背后巨大的市場(chǎng)。這個(gè)領(lǐng)域絕不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的垂直領(lǐng)域，激光雷達(dá)技術(shù)對(duì)其它行業(yè)的輻射能力將日益增強(qiáng)。

激光雷達(dá)還是一項(xiàng)幾年前不知名的技術(shù)，現(xiàn)在發(fā)生了天翻地覆的變化。當(dāng)價(jià)格下跌時(shí)，其應(yīng)用范圍將更廣。所以對(duì)于激光雷達(dá)來(lái)說(shuō)，它真正的成長(zhǎng)階段還沒(méi)有到來(lái)。