2020年對于激光雷達(dá)行業(yè)來說，可以稱得上拐點(diǎn)之年。而2021年將是激光雷達(dá)行業(yè)“百花齊放”周期的開始。

去年，首次引入蘋果iPhone 12的消費(fèi)級激光雷達(dá)，不僅為手機(jī)端帶來增強(qiáng)拍攝能力，更強(qiáng)大的3D建模及AR應(yīng)用，更是讓車載激光雷達(dá)行業(yè)看到了希望。

進(jìn)入2021年，隨著蘋果造車消息的進(jìn)一步披露，該公司近日被爆出正在與多家汽車激光雷達(dá)供應(yīng)商進(jìn)行談判，作為自動(dòng)駕駛汽車的外部配套硬件合作伙伴。

知情人士透露，蘋果公司同時(shí)也在考慮不同的技術(shù)方案設(shè)計(jì)，以滿足其獨(dú)特的需求。按照計(jì)劃，蘋果正在推進(jìn)其自動(dòng)駕駛汽車項(xiàng)目，最早在2024年量產(chǎn)下線。

另一則消息同樣備受關(guān)注，在去年10月蘋果公司的一項(xiàng)涉及dToF（直接飛行時(shí)間）無掃描激光雷達(dá)技術(shù)專利曝光，同時(shí)，索尼公司被曝出與蘋果公司簽訂了為期3年的合同，提供新一代近紅外(NIR)+單光子雪崩二極管(SPAD)模組的dToF激光雷達(dá)。

有消息稱，安卓手機(jī)陣營的幾家大廠預(yù)計(jì)也將在未來兩到三年進(jìn)入激光雷達(dá)的量產(chǎn)導(dǎo)入，這意味著包括VCSEL芯片、SPAD等核心部件持續(xù)受益于規(guī)模效應(yīng)實(shí)現(xiàn)成本的快速下降。

這是過去數(shù)年，汽車激光雷達(dá)行業(yè)希望看到的一幕。除了下游需求的釋放（目前，數(shù)家汽車制造商已經(jīng)宣布數(shù)款搭載激光雷達(dá)的新車計(jì)劃），上游供應(yīng)鏈的完善以及規(guī)?；a(chǎn)能釋放有助于幫助大幅降低成本。

一、備戰(zhàn)低成本

如今，索尼更進(jìn)一步，趁勢“殺入”汽車激光雷達(dá)行業(yè)。

事實(shí)上，在去年CES展上，該公司發(fā)布的首款純電動(dòng)概念車型（VISION-S）上就亮相了一系列基于索尼的成像與傳感創(chuàng)新技術(shù)，其中就包括自主研發(fā)的固態(tài)激光雷達(dá)。

近日，索尼在國際固態(tài)電路大會(huì)（ISSCC）上發(fā)布了首款基于SPAD的dToF汽車遠(yuǎn)程激光雷達(dá)方案。這套方案的創(chuàng)新之處，在于利用CMOS圖像傳感器開發(fā)的堆疊結(jié)構(gòu)、銅-銅連接、MEMS（905nm波長）等技術(shù)，在上下兩層芯片上實(shí)現(xiàn)了SPAD時(shí)序和測距處理電路架構(gòu)。

比如，在SPAD（上層芯片）和邏輯電路（下層芯片）堆疊時(shí)，通過連接的Cu（銅）焊盤而不是嵌入電極實(shí)現(xiàn)連接的TSV（硅穿孔）布線，這種方法可以提高設(shè)計(jì)的自由度，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)更緊湊的尺寸，同時(shí)提高性能。

在SPAD效率指數(shù)方面，索尼通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了對于940nm近紅外光的PDE（光子檢測效率）提高到14.2％的水平，是傳統(tǒng)SPAD的3至4倍。

此外，更為關(guān)鍵的是，索尼首次引入了直接測距法（directToF，dToF），直接計(jì)算被物體反射并返回所需的時(shí)間來測量距離，好處是可以實(shí)現(xiàn)300米的測距，適用于遠(yuǎn)程激光雷達(dá)方案。

同時(shí)，即使是小型的芯片，也能在10μm的像素尺寸下實(shí)現(xiàn)約11萬有效像素（189×600像素）的高分辨率。這就可以實(shí)現(xiàn)以15厘米為單位間隔進(jìn)行高精度測量，測距最遠(yuǎn)可達(dá)300米，從而有助于提高激光雷達(dá)的檢測和識別性能。

同時(shí)，索尼通過光子飛行時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（TDC）和無源淬滅/電路，使每個(gè)光子在正常情況下的響應(yīng)速度提高到6ns，滿足高速測距要求。

在車規(guī)級方面，這套獨(dú)創(chuàng)的SPAD像素結(jié)構(gòu)，即使在-40℃至125℃的惡劣條件下，也能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的光子探測效率和響應(yīng)速度，有助于提高激光雷達(dá)的可靠性。

一直以來，業(yè)內(nèi)達(dá)成共識的是，低成本的固態(tài)激光雷達(dá)解決方案對于L3級及以上自動(dòng)駕駛來說至關(guān)重要。CMOS集成SPAD陣列也被視為最有希望的低成本解決方案之一。

作為全球CMOS感知技術(shù)的另一家巨頭，安森美半導(dǎo)體在三年前宣布收購SensL Technologies，這是一家專為汽車、醫(yī)療、工業(yè)和消費(fèi)市場提供SiPM、SPAD和LiDAR感測產(chǎn)品的公司。

過去十幾年時(shí)間，SensL公司一直是全球深度傳感技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，基于CMOS工藝為高性價(jià)比固態(tài)激光雷達(dá)方案提供規(guī)模效益的可能性，此次收購也是安森美強(qiáng)化ADAS及自動(dòng)駕駛感知領(lǐng)域市場競爭力的戰(zhàn)略布局之一。

二、供應(yīng)鏈“助力”

過去，傳統(tǒng)的激光雷達(dá)大多數(shù)是采用APD（雪崩光電二極管），而單光子雪崩二極管(SPAD)則是工作在擊穿電壓上的APD。這意味著，對于極弱光學(xué)信號的探測，SPAD是更為理想的選擇之一。

而SiPM是由多個(gè)帶有猝滅電阻的SPAD并聯(lián)組成，每個(gè)單元是獨(dú)立的，最終輸出的信號是多個(gè)像素輸出信號疊加，有幅度變化；如果照射到SiPM的光子數(shù)越多，幅度越大。

在進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測時(shí)，SiPM可實(shí)現(xiàn)比其它傳感器更高的信噪比，主要優(yōu)點(diǎn)包括高增益，低電壓操作，出色的定時(shí)性能，高靈敏度（低至單個(gè)光子）和對磁場的抵抗力。

此前，SiPM和SPAD工藝已在醫(yī)療影像領(lǐng)域有大量應(yīng)用。按照安森美的說法，相比于APD技術(shù)，采用CMOS工藝，可以達(dá)到真正的低成本、低功耗，優(yōu)化尺寸等優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)真正落地。

目前，在全球已經(jīng)有數(shù)家激光雷達(dá)公司采用了安森美公司研發(fā)的基于SPAD的硅光電倍增管（SiPM）技術(shù)，“在近紅外(NIR)、905nm波長的固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)上，SiPMs正在迅速取代APDs?！?/p>

此外，蘋果使用的是基于SPAD（單光子雪崩二極管）的dToF技術(shù)，而目前市面上還主要是基于普通CMOSPD的iToF技術(shù)，兩者存在著非常大的差別，是一次全新的技術(shù)升級革命。

兩年前，索尼公司決定將其半導(dǎo)體部門更名為“成像與傳感”（Imaging & Sensing），其中傳感部分主要面向工業(yè)（包括汽車）機(jī)器視覺圖像傳感器，這是一個(gè)高端利基市場。

隨后，索尼拿下了華為和三星的iToF傳感器訂單，其次就是蘋果的dToF激光雷達(dá)訂單，去年該公司傳感業(yè)務(wù)收入預(yù)計(jì)超過10億美元，整個(gè)市場規(guī)模預(yù)計(jì)未來幾年將超過100億美元。

上游供應(yīng)鏈的逐步起量（尤其是巨頭的不斷加碼），也在帶動(dòng)越來越多的激光雷達(dá)公司推出性能更強(qiáng)的產(chǎn)品。一家名為Sense Photonics的公司近日宣布，一款基于CMOS SPAD（像素超過14萬）+VSCELs（940nm）的Flash激光雷達(dá)正式亮相，實(shí)現(xiàn)200米中遠(yuǎn)程探測。

該公司表示，這款全新的技術(shù)方案可以消除復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)模糊校正，同時(shí)允許像素級，逐幀融合RGB相機(jī)數(shù)據(jù)。首批樣品將于今年年中交付客戶，計(jì)劃于2024年底投產(chǎn)。

在高工智能汽車研究院看來，隨著近年來激光雷達(dá)核心部件供應(yīng)商逐步開始啟動(dòng)產(chǎn)能釋放以及對消費(fèi)級、工業(yè)級、汽車級幾大市場的樂觀預(yù)期，未來幾年快速降本的趨勢已經(jīng)非常明確。