隨著先進(jìn)計算機(jī)視覺技術(shù)和雷達(dá)傳感器芯片的進(jìn)步，激光雷達(dá)正在逐漸成為自動駕駛技術(shù)體系中日益重要的一部分。不過，激光雷達(dá)系統(tǒng)也正在滲透進(jìn)入其它各種應(yīng)用領(lǐng)域，包括工業(yè)自動化、機(jī)器人和無人機(jī)。

先進(jìn)地圖測繪是激光雷達(dá)又一個快速增長的市場，考慮到地圖測繪正是激光雷達(dá)技術(shù)的最初應(yīng)用場景，所以這一點都不令人感到驚訝。不過，在激光雷達(dá)最新技術(shù)的推動下，地圖繪制功能變得越來越強(qiáng)大，越來越復(fù)雜。事實上，激光雷達(dá)曾經(jīng)被用來在危地馬拉的叢林中找到了一個隱藏了多個世紀(jì)的瑪雅人大都會，其中包括成千上萬個建筑，以及充滿了商業(yè)氣息的街道。

這些不斷擴(kuò)展的應(yīng)用場景以及LiDAR技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)，預(yù)示著LiDAR市場美好的發(fā)展前景。ABI Research預(yù)測，到2027年，汽車LiDAR的市場價值將達(dá)到近130億美元。

相關(guān)市場也將受益于LiDAR的增長。YoleDéveloppement預(yù)測，未來五年，氮化鎵功率器件的年復(fù)合增長率將達(dá)到79％，于2022年底達(dá)到4．6億美元市場規(guī)模。功率GaN技術(shù)非常適合高性能和高頻應(yīng)用。“LiDAR、無線充電和包絡(luò)跟蹤都是高端低／中壓應(yīng)用，GaN是現(xiàn)有技術(shù)中唯一能夠滿足其要求的技術(shù)。”Yole的Ana Villamor指出。

因此，當(dāng)領(lǐng)先的LiDAR供應(yīng)商追逐自動駕駛汽車美好愿景的同時，在開發(fā)高級駕駛輔助系統(tǒng)之外，他們還在向無人機(jī)、工業(yè)系統(tǒng)和地圖測繪市場提供相關(guān)產(chǎn)品。

自主駕駛和輔助駕駛

說到底，LiDAR最大的機(jī)會還是在汽車領(lǐng)域，目前業(yè)界正在通過采用固態(tài)設(shè)計減少元件數(shù)量、降低系統(tǒng)成本，以加速向汽車領(lǐng)域的滲透。

“對我來說，LiDAR是一個非常有趣的系統(tǒng)，因為它有許多非常有趣的組件，而且都與半導(dǎo)體有關(guān)，”西門子子公司Mentor的產(chǎn)品策略師Jeff Miller表示。“為了制造固態(tài)LiDAR，硅光子學(xué)領(lǐng)域正在進(jìn)行一些非常有趣的研究工作。在如何獲得激光功率、如何控制激光脈沖這些激光雷達(dá)的傳統(tǒng)研究領(lǐng)域有一些非常有趣的工作，功率晶體管設(shè)計也非常有趣。從數(shù)據(jù)處理的角度，如何處理LiDAR傳感器的3D點云圖產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)？我如何理解這些數(shù)據(jù)？最終，數(shù)據(jù)處理的目的是提供決策我的汽車可以或者不可以繼續(xù)向前行駛的信息，這也是我們使用這些傳感器的最終目標(biāo)，因為它的主要終端視覺產(chǎn)品是無人駕駛汽車。”

早期的汽車LiDAR系統(tǒng)安裝在車頂上，旋轉(zhuǎn)著運行。這種造型不大適合消費者市場。“業(yè)界已經(jīng)開始著手LiDAR系統(tǒng)的商業(yè)化，”Miller說。“它需要看起來就像一輛普通汽車一樣。”

而這正是LiDAR系統(tǒng)真正開始變得有趣的地方。Cadence公司定制和IC封裝事業(yè)部高級研發(fā)總監(jiān)Ian Dennison說：“目前的競爭賽道是低成本、小尺寸的固態(tài)LiDAR。”他指出，價格需要降到200美元或以下。“這個市場現(xiàn)在有點火熱，涌進(jìn)來很多初創(chuàng)公司，很多投資人也愿意參與。它之所以令人興奮，部分原因在于存在各種各樣的設(shè)計材料。比如CMOS、硅光子、硅MEMS等等。不同的玩家對LiDAR系統(tǒng)哪個部分選擇哪種方案百家爭鳴。”

Dennison補(bǔ)充說，LiDAR提供了出色的深度分辨率，“特別適合自動駕駛汽車。這正是LiDAR的真正殺手锏特性。”

有什么不同

LiDAR的增長也推動了對采用GaN和其他奇異半導(dǎo)體材料制造的大電流、高頻率、低電阻、低容性的功率晶體管的需求。

Mentor公司產(chǎn)品營銷經(jīng)理Chris Cone表示：“我們看到一種趨勢，是將更高性能的III／V族材料應(yīng)用到傳統(tǒng)的硅系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)更高的集成度。LiDAR設(shè)計對幾何形狀高度敏感，和硅光子IC設(shè)計的許多能力要求相同，包括基于曲線對象生成稱設(shè)計組件的能力，通過多種波導(dǎo)類型將設(shè)計組件和所需的錐形和變換組合在一起的能力，以及采用適當(dāng)?shù)墓怆娔Ｐ瓦M(jìn)行多域電路仿真的能力。非常重要的一點是，進(jìn)行物理驗證時需要具備光子結(jié)構(gòu)意識，因為標(biāo)準(zhǔn)的驗證流程容易產(chǎn)生大量假錯誤，使用標(biāo)準(zhǔn)的DRC檢查技術(shù)會產(chǎn)生無法被充分檢查的大量誤報。這樣就只能放棄大量的檢查項目，但這樣又會漏掉真正的錯誤。”

因此，工具供應(yīng)商正在研究不同的方法。“LiDAR設(shè)計需要新的方法論，設(shè)計工具必須足夠靈活，”Cone說。“但是，你可以在LiDAR設(shè)計中實施同樣的開發(fā)里程碑－設(shè)計完成后，通過包括DRC、LVS和布局后提取等仿真和布局驗證手段進(jìn)行設(shè)計分析。”

有些專家并沒有將MEMS器件定性為固態(tài)元件，因為MEMS激光雷達(dá)里面有一些可移動的部件，現(xiàn)在，有些LiDAR廠商沒有采用MEMS技術(shù)，轉(zhuǎn)而采用了相控陣列技術(shù)。

“不同的人采取不同的方法，”Cadence的Dennison說。“硅光子技術(shù)非常適合像LiDAR這樣基于光的應(yīng)用，如果您可以使用光子來操縱激光，那么您的解決方案就不需要跟蹤激光頻率了，它本身就使用光。”

將MEMS和光子器件、CMOS芯片混合在一起需要解決協(xié)同設(shè)計問題，他說，“這是一種混合技術(shù)。”

投資者青睞

隨著LiDAR前景日益明朗，投資資金也在相應(yīng)增加。三家領(lǐng)先的LiDAR系統(tǒng)供應(yīng)商 － Velodyne LiDAR，Quanergy Systems和Cepton科技 － 都位于創(chuàng)業(yè)圣地硅谷。過去一年里，所有這些公司都在擴(kuò)大業(yè)務(wù)。

一方面，這些領(lǐng)頭羊們正在為大型汽車制造商及其一級供應(yīng)商完善并準(zhǔn)備LiDAR系統(tǒng)，另一方面，獲得豐厚投資的初創(chuàng)公司也在追逐這個市場。Aurora Innovation剛剛在A輪融資中獲得了由Greylock Partners和Index Ventures共同領(lǐng)投的9000萬美元。密歇根州安阿伯的May Mobility公司也在種子輪融資中從寶馬風(fēng)險投資公司和豐田AI風(fēng)險投資公司那里獲得了1150萬美元投資。位于西雅圖的SEEVA Technologies公司從Revolution的Rise of the Rest Seed Fund和其他投資者那里獲得了200萬美元。正在開發(fā)自動駕駛送貨車的Nuro最近透露，在A輪融資中獲得了Banyan Capital和Greylock Partners的9，200萬美元投資。加拿大魁北克省魁北克市的LeddarTech去年在C輪融資中籌集了1．01億美元資金，由歐司朗領(lǐng)投，跟投者包括德爾福、馬涅蒂馬瑞利和集成設(shè)備技術(shù)公司。

位于加利福尼亞州圣何塞市的Velodyne公司首席技術(shù)官Anand Gopalan表示，“我們認(rèn)為市場需要兩樣?xùn)|西，一個是無人駕駛需要的高性能傳感，一個是ADAS應(yīng)用需要的小型傳感器。”。他也將工業(yè)應(yīng)用、無人機(jī)和地圖測繪視為LiDAR系統(tǒng)的快速增長市場。

“地圖測繪市場正在不斷發(fā)展壯大中，”他說。“現(xiàn)在，我們的重點正在從簡單地提供高清地圖向提供可以幫助實現(xiàn)自動駕駛的高清地圖轉(zhuǎn)變。我們發(fā)現(xiàn)，在地圖測繪市場中，360度視角和精確度很高的LiDAR系統(tǒng)顯然非常重要，因為這樣才能拍攝出高清地圖。我們發(fā)現(xiàn)這個市場正在不斷發(fā)展壯大。人們正在發(fā)現(xiàn)LiDAR系統(tǒng)的多種有趣用途，比如區(qū)域繪圖。發(fā)現(xiàn)LiDAR的所有新興應(yīng)用是一件令人興奮的事情。目前，在ADAS中，LiDAR已經(jīng)成為大部分ADAS系統(tǒng)的一種形態(tài)，世界各地的電動汽車和ADAS都在計劃使用LiDAR。”

道路上有雪蓋住車道線標(biāo)識，使得計算機(jī)視覺系統(tǒng)很難有效工作時，LiDAR就顯得特別有用了。
Velodyne首席技術(shù)官表示，開發(fā)汽車級LiDAR的一個重大挑戰(zhàn)是環(huán)境問題，它需要在105度的環(huán)境溫度下工作，最高工作溫度可達(dá)150度，最低溫度達(dá)到零下四十度，這對汽車應(yīng)用來說至關(guān)重要，克服了這個問題，反過來又可以推動LiDAR向其它應(yīng)用的拓展。

“當(dāng)你開始看到第一批LiDAR開始大規(guī)模部署時，你會發(fā)現(xiàn)這些傳感器中蘊(yùn)含了越來越多的智能，可以提供高級功能，比如本地化或?qū)ο蟾櫋iDAR系統(tǒng)中的計算量也在不斷增加，這也是人們需要投入大量工作的一個地方。在未來幾年中，將出現(xiàn)更多嵌入智能LiDAR的有趣產(chǎn)品。”

Quanergy首席執(zhí)行官Louay Eldada也見證了LiDAR市場的崛起。“LiDAR變得更加真實了，我們正在汽車安全、工業(yè)自動化、無人機(jī)、航空和地面測繪等方面獲得一些大合同。”

Quanergy打造了一些采用光學(xué)相位陣列的固態(tài)LiDAR產(chǎn)品。據(jù)Eldada聲稱，他們的目標(biāo)是將LiDAR片上系統(tǒng)設(shè)備的價格降至100美元。“LiDAR是您實現(xiàn)Level 4自動駕駛必須具備的主要傳感器，我們希望能夠支持自動駕駛汽車行業(yè)的發(fā)展。”

據(jù)估計，現(xiàn)在有50家左右的公司從事LiDAR業(yè)務(wù)，在未來幾年內(nèi)會淘汰掉一批。但是，在短期內(nèi)還是會出現(xiàn)一些新公司。Cepton Technologies成立于2016年，該初創(chuàng)公司的工程副總裁Mark McCord表示，他的團(tuán)隊正在研發(fā)用于汽車應(yīng)用的長距離傳感器，預(yù)計將在今年下半年推出汽車級產(chǎn)品。

Cepton的業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)魏偉說，在LiDAR市場中的50家公司中，可以提供200米或更長距離LiDAR系統(tǒng)的公司不到5家。他預(yù)計，到今年年底，會有更多汽車制造商推出搭載LiDAR系統(tǒng)的高端車型。

結(jié)論

就汽車電子領(lǐng)域而言，LiDAR市場仍然處于起步階段。但是，這樣技術(shù)已經(jīng)突破了單個垂直市場。除了汽車領(lǐng)域，地圖測繪已經(jīng)重新成為LiDAR技術(shù)的重要應(yīng)用。在無人機(jī)和機(jī)器人中使用LiDAR，也會給一些公司帶來一定收益。

考慮到該技術(shù)在數(shù)年前還比較小眾，現(xiàn)在它已經(jīng)廣為人知。隨著價格的不斷下降，它會出現(xiàn)在越來越多的應(yīng)用中，對于LiDAR而言，真正的好日子還在后頭。