激光雷達(dá)，簡稱光達(dá)，是以發(fā)射激光束探測目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)。也就是無人車上不停旋轉(zhuǎn)發(fā)射激光束的“帽子”，通過反射回來的信號繪制出周圍環(huán)境的3D模型。

雖然該技術(shù)主要為自動(dòng)駕駛開發(fā)服務(wù)，但其應(yīng)用正在以迅猛的速度進(jìn)入其它領(lǐng)域。

激光雷達(dá)不僅正在成為自動(dòng)駕駛技術(shù)中越來越重要的一部分，也促進(jìn)著計(jì)算機(jī)視覺和雷達(dá)傳感器芯片的發(fā)展。與此同時(shí)，激光雷達(dá)系統(tǒng)也正在進(jìn)入各種其他應(yīng)用領(lǐng)域，例如機(jī)器人和無人機(jī)的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。

對激光雷達(dá)而言，作為該技術(shù)的最初應(yīng)用領(lǐng)域，高級測繪是其另一個(gè)快速增長的市場。隨著激光雷達(dá)技術(shù)的新發(fā)展，測繪系統(tǒng)變得更加強(qiáng)大而復(fù)雜，該領(lǐng)域的相關(guān)工作也取得了顯著的進(jìn)展。事實(shí)上，激光雷達(dá)已被應(yīng)用到在危地馬拉的叢林中定位龐大的瑪雅都市，其中包括幾個(gè)世紀(jì)以來一直被隱藏著的數(shù)千種結(jié)構(gòu)和數(shù)千條縱橫交錯(cuò)的商業(yè)道路。

瑪雅都市蒂卡爾的新發(fā)現(xiàn)（圖片來源：http://wemedia.ifeng.com）

越來越多的應(yīng)用案例以及技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)對于激光雷達(dá)市場來說是個(gè)良好的開端。ABI Research預(yù)測，截至2027年，汽車激光雷達(dá)的市場價(jià)值將達(dá)到近130億美元。

隨著激光雷達(dá)的發(fā)展，相關(guān)市場也會出現(xiàn)增長。據(jù)Yole Développement預(yù)測，氮化鎵功率器件的市場將在未來五年內(nèi)實(shí)現(xiàn)79％的年復(fù)合增長率，并在2022年底收獲4. 6億美元。該市場研究公司表示，氮化鎵功率技術(shù)非常適用于高性能和高頻率器件。Yole的Ana Villamor指出： “激光雷達(dá)、無線電源和包絡(luò)跟蹤是高端的低/中壓應(yīng)用，而氮化鎵是唯一能夠滿足其要求的現(xiàn)有技術(shù)。”

因此，雖然領(lǐng)先的激光雷達(dá)供應(yīng)商依然追求著自動(dòng)駕駛汽車的愿景，但除了開發(fā)先進(jìn)的駕駛員輔助系統(tǒng)之外，他們還在為無人機(jī)、工業(yè)系統(tǒng)和測繪領(lǐng)域開發(fā)產(chǎn)品。

自動(dòng)駕駛/輔助駕駛

目前，激光雷達(dá)的最大機(jī)遇與市場仍然是汽車領(lǐng)域，并且正在努力通過固態(tài)設(shè)計(jì)減少運(yùn)動(dòng)部件的數(shù)量和相應(yīng)系統(tǒng)的成本。

也因此引發(fā)了激光雷達(dá)領(lǐng)域的激烈競爭。“競爭的目標(biāo)是低成本、小尺寸的固態(tài)激光雷達(dá)，”Cadence定制IC封裝事業(yè)部高級研發(fā)總監(jiān)Ian Dennison指出，“標(biāo)價(jià)需要降到200美元或更低…仿佛又是一場淘金熱…這個(gè)領(lǐng)域有很多初創(chuàng)公司，吸引了大量的投資。而其魅力的部分原因在于它混合了各種各樣的硅設(shè)計(jì)技術(shù)：CMOS，硅光子學(xué)，硅MEMS等。不同的參與者對技術(shù)組合持有著不同的看法。“

Dennison同時(shí)指出激光雷達(dá)有著出色的深度分辨率技術(shù)， “這對于自動(dòng)駕駛汽車的表征具有很大的好處， 這是激光雷達(dá)真正的殺手锏。”

殊途同歸

激光雷達(dá)的發(fā)展也推動(dòng)了對用氮化鎵和其他特種半導(dǎo)體材料制造的高電流、高頻、低電阻、低電容功率晶體管的需求。

部分專家由于MEMS器件具有移動(dòng)部件而認(rèn)為它們不是固態(tài)元件，一些激光雷達(dá)供應(yīng)商也已經(jīng)由MEMS而轉(zhuǎn)向相控陣。

“不同的人采取不同的方法，”Cadence的Dennison表示，“硅光子學(xué)非常適合像激光雷達(dá)這樣的、基于光的應(yīng)用。如果你可以使用光子學(xué)來操縱光線，那么你已經(jīng)開始研究一種不企圖跟上光頻率的解決方案——使用原始光線的方案。

Dennison指出，將MEMS與光子學(xué)、CMOS芯片相結(jié)合代表了協(xié)同設(shè)計(jì)的領(lǐng)域， “這就是混合技術(shù)。”

投資熱潮

激光雷達(dá)的可觀前景也引發(fā)著投資熱潮。該系統(tǒng)的三家主要供應(yīng)商都位于硅谷——Velodyne LiDAR，Quanergy Systems和Cepton Technologies，這三家都在過去一年中擴(kuò)大了業(yè)務(wù)范圍。

這些公司在為大型汽車制造商及其一級供應(yīng)商開發(fā)成熟的激光雷達(dá)系統(tǒng)的同時(shí)，也面臨著來自資金雄厚的初創(chuàng)公司的競爭挑戰(zhàn)。Aurora Innovation剛剛獲得了由Greylock Partners和Index Ventures共同領(lǐng)投的A輪融資9000萬美元；密歇根州的May Mobility從BMW i Ventures和Toyota AI Ventures獲得了1150萬美元的種子資金；位于西雅圖的SEEVA Technologies從Revolution's 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(dòng)駕駛運(yùn)載工具的Nuro，最近公布從Banyan Capital和Greylock Partners獲得了A輪融資9200萬美元。加拿大魁北克市的LeddarTech去年獲得了由Osram領(lǐng)投的C輪融資1.01億美元，其中的投資者包括Delphi Automotive、Magneti Marelli和Integrated Device Technology。

“我們認(rèn)為市場需要兩樣?xùn)|西，” Velodyne（總部位于加利福尼亞州圣何塞市）首席技術(shù)官Anand Gopalan表示，“機(jī)器人軸的高性能傳感器和ADAS（自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）應(yīng)用的小型傳感器。” 但他也將工業(yè)應(yīng)用視為激光雷達(dá)系統(tǒng)、無人機(jī)和測繪的快速增長市場。

“測繪市場將繼續(xù)發(fā)展壯大，”他表示， “我們的重點(diǎn)將從簡單地提供高清地圖轉(zhuǎn)向提供可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的高清地圖。可以預(yù)見，具有360°視野和真正精確的激光雷達(dá)的交互式測繪市場是非常重要的，因?yàn)檫@樣可以拍攝出高清晰度的地圖，我們相信該領(lǐng)域?qū)^續(xù)得到大力發(fā)展。人們正在全面地發(fā)現(xiàn)激光雷達(dá)的許多有趣用途，例如區(qū)域測繪。總的來說，激光雷達(dá)作為一個(gè)領(lǐng)域，能實(shí)現(xiàn)多種多樣的新型應(yīng)用是令人興奮的。當(dāng)然，在ADAS領(lǐng)域，激光雷達(dá)已成為大多數(shù)ADAS系統(tǒng)的一種模式：全世界的電動(dòng)汽車和ADAS項(xiàng)目都在使用激光雷達(dá)。“

當(dāng)?shù)缆飞嫌蟹e雪覆蓋了車道標(biāo)記而使計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)難以工作時(shí)，激光雷達(dá)的作用則更加得以凸顯。

Velodyne的激光雷達(dá)模塊（資料來源：Velodyne）

根據(jù)Velodyne首席技術(shù)官的闡述，開發(fā)汽車級激光雷達(dá)的一大挑戰(zhàn)是環(huán)境問題，例如如何在105°C、高達(dá)150°C、或低至-40°C的溫度條件下工作。該挑戰(zhàn)對汽車應(yīng)用至關(guān)重要，而汽車應(yīng)用又將推動(dòng)其他應(yīng)用和功能的發(fā)展。

“當(dāng)激光雷達(dá)被投入應(yīng)用時(shí)，也意味著在其背后有著越來越多的智能模塊為其提供高級功能，如本地化或?qū)ο蟾櫣δ堋＜す饫走_(dá)中的計(jì)算量也在不斷增加。在接下來的幾年中，內(nèi)嵌智能模塊的傳感器領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)更多有趣的產(chǎn)品，“Gopalan表示。

Quanergy首席執(zhí)行官Louay Eldada也對激光雷達(dá)市場的迅猛發(fā)展趨勢表示認(rèn)同。 “這是真的。我們可以更坦然地應(yīng)對質(zhì)疑，“他表示，“我們的業(yè)務(wù)在汽車安全、工業(yè)自動(dòng)化以及無人機(jī)進(jìn)行地面和航空測繪等方面都取得了可喜的成績。”

Quanergy采用光學(xué)相位陣列制造固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品。根據(jù)Eldada的闡述，他們的目標(biāo)是將激光雷達(dá)片上系統(tǒng)設(shè)備的價(jià)格降至100美元， “激光雷達(dá)是第4級必備的主要傳感器。我們希望為汽車行業(yè)提供支持。”

Quanergy的固態(tài)激光雷達(dá)傳感器（資料來源：Quanergy）

目前從事激光雷達(dá)業(yè)務(wù)的公司約有50家，未來幾年該領(lǐng)域?qū)霈F(xiàn)優(yōu)勝劣汰。但從短期來看，新公司仍在崛起。Cepton Technologies成立于2016年，該公司的工程副總裁Mark McCord表示，他的團(tuán)隊(duì)正致力于汽車應(yīng)用中的遠(yuǎn)程傳感器，并預(yù)計(jì)在今年下半年推出汽車級產(chǎn)品。

Cepton業(yè)務(wù)開發(fā)總監(jiān)Wei Wei表示，在激光雷達(dá)市場的50家公司中，只有不到5家能夠提供200米或距離更遠(yuǎn)的激光雷達(dá)系統(tǒng)。他認(rèn)為，到今年年底，更多的汽車制造商將向市場推出自家最先進(jìn)的汽車產(chǎn)品。

結(jié)語

就汽車電子而言，激光雷達(dá)市場仍處于初期階段；但這項(xiàng)技術(shù)的市場正在跨越單一的垂直市場而蓬勃發(fā)展著。測繪已經(jīng)成為激光雷達(dá)技術(shù)的重要應(yīng)用，傳感器在無人機(jī)和機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用也前景明朗。

考慮到這項(xiàng)技術(shù)的概念在幾年前還很模糊，目前的階段已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。而隨著價(jià)格的不斷下降，激光雷達(dá)技術(shù)無疑將出現(xiàn)在更多的應(yīng)用領(lǐng)域中，真正迅猛的發(fā)展階段即將到來，讓我們翹首以待。