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)在整個自動駕駛產(chǎn)業(yè)鏈中的作用日益重要，它已能與計算機視覺和雷達(dá)傳感器芯片一起列為三大自動駕駛金剛。

但是，激光雷達(dá)并不只適用于自動駕駛，它還可以用于工業(yè)自動化、機器人和無人飛行器。此外，地圖市場也開始擁抱激光雷達(dá)。

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

實際上，以前的研究者也利用激光雷達(dá)探測過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，但是在幾個世紀(jì)之后“消失”了，原來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)示著一個不斷擴(kuò)大的巨大市場的到來。ABI Research預(yù)計，到2027年，車載激光雷達(dá)的市場規(guī)模將增至130億美元。

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

據(jù)法國技術(shù)與商業(yè)市場調(diào)查公司 YoleDé veloppement預(yù)測，磷化鎵市場將在未來五年內(nèi)以79%的年復(fù)合增長率達(dá)到79%，到2022年該市場規(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市場分析師 AnaVillamor說：“激光雷達(dá)、無線充電、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、自動駕駛和 ADAS客戶的同時，也在向無人機、工業(yè)系統(tǒng)和地圖等市場上出售激光雷達(dá)。

自駕與 ADAS

就目前而言，面對激光雷達(dá)最大的藍(lán)海還是汽車工業(yè)，研發(fā)人員正想方設(shè)法利用固態(tài)設(shè)計來降低激光雷達(dá)上的移動部分以及整個系統(tǒng)的成本。

對于我來說，激光雷達(dá)是一個很有趣的系統(tǒng)，因為它的各個部分都與半導(dǎo)體有關(guān)。Jeff Miller是西門子公司的 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)。對激光脈沖的供能、控制和功率晶體管的設(shè)計等方面，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點云產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，其最終價值在于為自動駕駛汽車提供必要的信息。

起初，自動駕駛汽車所搭載的激光雷達(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)計與消費者市場的口味格格不入。Miller解釋說：“自動駕駛汽車的商品化已經(jīng)開始，其外觀必須符合汽車的美學(xué)設(shè)計。

而這正是激光雷達(dá)行業(yè)的新熱點。他說：“一場競爭正在進(jìn)行，每個人都在追逐小巧的廉價固態(tài)激光雷達(dá)。IanDennison是 Cadence定制與集成電路包裝團(tuán)隊的研發(fā)負(fù)責(zé)人。

Dennison明確表示，激光雷達(dá)的價格至少會低于200美元。他說：“淘金熱剛剛開始，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，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)展也刺激了市場對大電流、高頻、低電阻、低電容功率晶體管的需求，而這類產(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)品營銷負(fù)責(zé)人 ChrisCone說。

他概括了以下幾點：

第一，激光雷達(dá)的設(shè)計對幾何結(jié)構(gòu)非常敏感，要求極強的硅光子集成電路設(shè)計能力，其中還包括基于曲線物體設(shè)計組件的能力，使用大量的波導(dǎo)裝配組件并滿足圓錐和過渡要求的能力，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)行物理驗證時，研發(fā)人員必須熟悉光子結(jié)構(gòu)，畢竟標(biāo)準(zhǔn)驗證過程中會產(chǎn)生大量的虛假錯誤(falseerror)。

另外，當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn) DRC檢測技術(shù)時，也會產(chǎn)生大量難以發(fā)現(xiàn)的誤報(false positive)。只有使用大量的測試才能發(fā)現(xiàn)問題所在。

基于這種背景，工具供應(yīng)商開始尋求不同的方法。

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

由于 MEMS雷達(dá)仍有可移動部件，一些專家不愿意把 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)廠商也開始用相控陣來取代 MEMS。

Dennison說：“不同的人會有不同的選擇?！腹韫庾訉W(xué)的確適用于激光雷達(dá)等產(chǎn)品，如果能用它來控制光，就會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)計卻并非易事。

自動化市場急需兩類激光雷達(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在過去的一年中業(yè)務(wù)都有了很大的增長。

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

Velodyne CTO AnandGopalan表示：“目前市場急需兩種產(chǎn)品：一種是為自動駕駛出租車設(shè)計的高性能傳感器，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。當(dāng)然還有無人機和地圖。

他說：“地圖市場在不斷演變和發(fā)展?！彼f：“我們的注意力已經(jīng)從高分辨率地圖的提供轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣玉{駛汽車提供高分辨率地圖。這個新的市場我們非?？春茫诤狭思す饫走_(dá)數(shù)據(jù)的360度視場地圖非常重要，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 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題，因為路標(biāo)被遮擋時，計算視覺將變得“不堪重負(fù)”。

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

同時，技術(shù)人員在解決這一問題的過程中，也會取得突破。

他說：“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。所以在未來的幾年里，整個激光雷達(dá)的產(chǎn)業(yè)鏈將會發(fā)生變化，我們還會看到更多有趣的產(chǎn)品。

Quanergy首席執(zhí)行官 LouayEldada也認(rèn)為激光雷達(dá)市場將迎來一個“大爆發(fā)”。

他說：“我們的夢想正一步一步地實現(xiàn)。他說：“我們不僅在汽車安全和工業(yè)自動化上獲得了巨大的訂單，地圖和無人駕駛飛機市場也在尋找買家。

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)級芯片的價格降至低于100美元。Eldada說：“激光雷達(dá)是Level4系統(tǒng)的主力芯片，我們將為汽車業(yè)提供強大的支持。

目前，進(jìn)入激光雷達(dá)市場的公司約有50家，但未來幾年，這個行業(yè)將會經(jīng)歷一輪洗牌。

當(dāng)然，短期內(nèi)還是會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，50家企業(yè)中，只有不超過5家具備發(fā)射激光雷達(dá)探測距離在200米以上的能力，而許多汽車巨頭的自動駕駛原型車也將在年底上路。

激光器市場仍處于起步階段

就車載電子設(shè)備而言，激光雷達(dá)市場仍處于起步階段。

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

激光雷達(dá)還是一項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)價格下跌時，其應(yīng)用范圍將更廣。所以對于激光雷達(dá)來說，它真正的成長階段還沒有到來。