去年，Velodye、速騰聚創(chuàng)、大疆等多家廠商發(fā)布了新一代車載激光雷達，價格明顯下探均在 1000 美元以下，其中Velodyne 推出新品 Velabit，僅一副撲克牌大小，價格為 100美元，全車需要裝 5 個；大疆內部孵化出來的子公司覽沃 Livox 新推出兩款激光雷達Horizon 和 Tele-15，價格分別為 999 美元、1499 美元，頗受市場關注……

但新推出的激光雷達鮮有真正意義上能過車規(guī)的，無法在前裝量產(chǎn)車上大規(guī)模商用。

根據(jù)要求，所有前裝量產(chǎn)裝車的汽車電子零部件必須要滿足車規(guī)級要求，即必須通過《道路車輛電氣及電子設備的環(huán)境條件和試驗（ISO16750）》中的所有規(guī)定（可靠性、壽命、精度、強度、溫度、振動等等）。激光雷達雖然價格下探明顯，但是車規(guī)級要求仍然是激光雷達前裝裝車的最大障礙。

激光雷達必須解決兩個核心的問題：高線數(shù)高點頻激光雷達當前價格動輒數(shù)十萬元，價格亟需降低；必須滿足車規(guī)要求，使用壽命和耐用性需要大幅提升。

要解決這兩個問題，滿足大規(guī)模前裝量產(chǎn)的要求，最關鍵的路徑是芯片化，甚至更進一步，做到集成化。

激光雷達的芯片化進程

目前，包括 Velodyne、Luminar 以及禾賽科技在內，國內外多家主流的激光雷達公司都在進行芯片化的研發(fā)工作。

比如 Velodyne 在 2017 年發(fā)布的 Velarray。Velarray 采用了其自研的 Resonant Mirror 共振鏡技術。同時，Velodyne 還與 EPC 合作開發(fā)了激光發(fā)射器的驅動與電源管理模塊。

禾賽科技在今年 1 月提交的招股書則透露了，其正在研發(fā)多通道激光驅動芯片、多通道模擬前端芯片以及高速高精度波形數(shù)字化技術與芯片。

激光雷達上游的感知元件供應商，在芯片化方面也早有大量的實踐。比如，意法半導體的 VL6180X，就可以看作是一個激光雷達。VL6180X這顆芯片最早被用在蘋果的 iPhone 7 Plus 中，其有效測量距離只有 10 厘米，主要是貼近耳朵時手機將自動關閉屏幕。這顆芯片的價格大約 1 美元。

索尼也在 2020 年 12 月也推出 120 萬像素的 ToF 相機傳感器，如此高的像素，其潛在用途自然包含了車載激光雷達方面的應用。

因此，無論從激光雷達廠商的角度，還是上游供應商的角度，目前針對激光雷達芯片化的技術已有普遍的投入。

高度集成是激光雷達降本王道？

說回降本途徑，如果我們對激光雷達的成本構成進行分析，會發(fā)現(xiàn)并非所有芯片化技術都能給激光雷達帶來大幅性能提升和成本下降。

激光雷達降本的關鍵，并不是對電學芯片的集成，而在于對光學芯片的集成。

激光雷達本質是一個由多種部件構成的光機電系統(tǒng)。其中，光電系統(tǒng)包括發(fā)射模組、接收模組、測時模組（TDC/ADC）和控制模組四部分構成。

從下圖我們可以看到，光電系統(tǒng)成本約占激光雷達整機成本的70%。

在光電系統(tǒng)中，測時模組與控制模組的占比，無論從體積、成本還是重量上來看，都是極小的部分。

我們甚至可以進一步理解為，激光雷達最核心的是光學芯片，驅動、測時、控制都是輔助光學芯片工作的模組，其占據(jù)成本的比例也很小。

所以驅動、測時、控制模塊的芯片化無法帶來激光雷達產(chǎn)品形態(tài)和成本的質變。

換句話說，下一個階段激光雷達要實現(xiàn)小型化、輕量化、滿足車規(guī)要求，并且推動降本，不僅僅是要實現(xiàn)測時模組和控制模組的芯片化，更重要的是要實現(xiàn)光學芯片的集成化——只有對光學芯片進行集成的激光雷達，才可以稱為是集成式激光雷達。

據(jù)了解，目前在業(yè)內，僅有少數(shù)廠商在進行光學芯片的集成化工作，比如激光雷達創(chuàng)業(yè)公司銳馳智光。

銳馳智光自主研發(fā)的集成芯片及收發(fā)模組

如圖所示，左上為一元硬幣及 32 線集成發(fā)射芯片，左下為 32 線集成發(fā)射芯片；中上為 32 線集成發(fā)射模組，中下為 32 線集成接收模組右上為 64 線集成發(fā)射模組，右下為 64 線集成接收模組。相較于傳統(tǒng)分立式激光雷達，搭載集成收發(fā)模組的激光雷達。

在生產(chǎn)工藝上，將數(shù)十個光學通道在集成光學芯片上一次制作完成，用集成式模組替代了需要逐一通道進行調試的分立式模組，大幅度降低了物料成本和調試成本，降本幅度達到 70% 以上，并同時提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性、一致性。在產(chǎn)品形態(tài)上，通過高度集成化，將減少 60% 以上的非機械部分的體積和重量。

隨著激光雷達線數(shù)的增加，光學芯片集成化帶來的優(yōu)勢則更加明顯。

集成式激光雷達的體積、重量、成本遠遠小于分立式激光雷達，并且線數(shù)提升時基本保持不變。

集成式激光雷達不論線數(shù)多少，只需 1 到 2 次調試，其調試成本僅占總成本的 1% 左右，克服了傳統(tǒng)分立式激光雷達隨線數(shù)增加調試成本劇增的痛點。

這些技術進步將為激光雷達的大規(guī)模量產(chǎn)和降本帶來質變。

假如我們將基于分立發(fā)射、接收模組的分立式激光雷達的階段，稱為激光雷達的 1.0 時代。

那么，基于集成發(fā)射、接收模組的集成式激光雷達，則開啟了激光雷達的2.0 時代。

而集成度更高的全固態(tài)激光雷達，將帶我們進入激光雷達的 3.0 時代。

激光雷達何時大規(guī)模量產(chǎn)？

雖然現(xiàn)階段，旋轉式、MEMS、轉鏡式、棱鏡式等技術路線的激光雷達多種多樣，百花齊放。但真正通過車規(guī)級驗證實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的，僅有2017年投產(chǎn)的轉鏡式的Valeo SCALA一款。

半固態(tài)激光雷達，多數(shù)以犧牲激光雷達的水平視場角、點頻等性能參數(shù)，來換取成本降低，以及體積與重量等參數(shù)的優(yōu)化。而全固態(tài)激光雷達的技術路線則只有成像式（含 Flash 激光雷達）和OPA兩種。OPA在收發(fā)單元上實現(xiàn)的技術難度大，成本高昂，尚未走出實驗室，短期內商業(yè)化難度巨大。

這也是此前激光雷達領域的獨角獸公司 Quanergy 走向沉默的原因之一。

成像式激光雷達的關鍵，是面陣發(fā)射或接收芯片，其中被最多提及的Flash方案探測距離受限、視場角和點頻不足。

集成式激光雷達通過將光學芯片集成化，大幅降低了產(chǎn)品運動部分的重量和體積，從而避免旋轉式激光雷達中軸承受力過大的問題，可以提升激光雷達的使用壽命。

基于光學芯片集成的收發(fā)模組，可應用于旋轉式、轉鏡式等激光雷達，推動集成式激光雷達產(chǎn)品滿足車規(guī)級要求，并且集成光學芯片由光刻機實現(xiàn)標準化、高產(chǎn)能，結合其只需一次調試的優(yōu)勢使得高線數(shù)高點頻的激光雷達量產(chǎn)不再困難。

同時在線數(shù)和點頻增加時，價格漲幅不大，從而使高性能的車規(guī)級產(chǎn)品也可以具備高性價比。

據(jù)透露，銳馳智光已經(jīng)于去年9月成功實現(xiàn)32線的集成收發(fā)芯片量產(chǎn)，其集成式激光雷達系列產(chǎn)品將在近期推出。

這可能是現(xiàn)階段業(yè)內唯一的集成式激光雷達產(chǎn)品。真正的車載級別實用激光雷達，距離我們越來越近……