发现

学习

体验

蜂群

全固态激光雷达(硅光芯片)拆解中

全固态激光雷达(硅光芯片)

通信、传感技术

天使期

拆解中

OPA全固态+FMCW测距+硅光集成,这是车用激光雷达的终极解决方案。

融资信息仅向特定对象披露

项目经理

蔡景伟

蔡聪

项目介绍


-1-

激光雷达:智能驾驶汽车的眼睛


2007年,一场名为“城市挑战”的自动驾驶汽车挑战赛备受关注,装配Velodyne64线激光雷达HDL-64的雪佛兰Tahoe无人驾驶汽车,历经4小时10分20秒最终获得比赛的冠军。来自卡内基·梅隆大学的Tartan Racing获得200万美元的冠军奖金。激光雷达和无人驾驶技术也因此进入聚光灯下,谷歌、百度、Uber等龙头企业纷纷组建无人驾驶部分,重金投入研发。随后,传统汽车大厂BBA、大众、日产、丰田等等,以及快速发展的新兴造车势力如蔚来、小鹏、华为等等都高调进入无人驾驶系统的研发领域。自动驾驶辅助系统已逐渐成为中高端车型的标配,无人驾驶技术也在从L2向L3迈进


图片:从自动驾驶辅助系统到无人驾驶技术共有五级L1~L5,来源:中金


从自动驾驶辅助技术L2迈向部分场景自动化驾驶技术L3,对传感器的测距范围,测距精度,静态物体识别,以及传感实时性都提出了更高要求。虽然特斯拉坚持走摄像头视觉为主+毫米波等辅助手段的技术方案,但绝大多数玩家都已经站队激光雷达为主的方案。激光雷达已经成为L3及以上级别智能驾驶的核心传感器,被称作未来“智能驾驶汽车的眼睛”。


据国信证券汽车前瞻研究报告,全球乘用车市场激光雷达需求量将由2021年的22万颗快速提升至2025年的2,134万颗,CAGR为214%,渗透率由2021年的0.2%增至2025年的14%,市场规模将由2021年的21亿元增至2025年的541亿元,CAGR为126%。激光雷达成为一个“超大赛道”。2025年激光雷达的市场规模相当于2021年汽车中控显示屏的市场。



-2-

什么是“激光雷达”


激光雷达,简称LiDAR,是Light Detection And Ranging的缩写,中文含义是“光探测与测量”,是一种利用激光来测量物体距离的方法。


激光雷达通过扫描可以得到周围环境的3D点云数据,再与其他传感器(如毫米波和摄像头等)数据结合成精确数字高程模型为车辆在行驶环境中提供静态和动态物体的可靠数据可用于障碍物检测、避免碰撞和安全导航。


业界普遍认为,有了激光雷达,智能驾驶汽车更安全,导航更精确,最终实现良好的自动驾驶系统性能。下图是一张激光雷达形成的点云图像,这是一张包含了距离信息的“照片”。


图片来源:Nature Photonics volume12,page441(2018) Credit:Luminar



视频:《激光雷达真的是自动驾驶的必需品吗?抱歉它真的是!》by 芬奇镇青年



-3-

巨大潜力的市场


根据Frost&Sullivan,全球市场规模预计 2025 年达到 135 亿美元,其中智能驾驶市场规模约 46 亿美元。2025 年中国激光雷达市场规模将达到 43.1 亿美元,其中智能驾驶市场规模约 12 亿美元。



而根据 Yole 数据预测,激光雷达中国整体市场规模到 2026 年有望达到 57 亿美元,2021-2026 年行业 CAGR 为23%。其中用于 ADAS 领域的激光雷达市场空间到 2026 年有望达到 23 亿美元,5 年 CAGR 高达 94%,2021年迎来了放量元年。




-4-

激光雷达技术方案


激光雷达有四个组成部分:激光发射系统、扫描系统、激光接收系统、控制与数字信号处理系统。

  1. 激光发射模块:驱动器控制激光器,产生需要的激光束,发射出来。
  2. 扫描系统:控制激光束射出,进行扫描,产生实时的空间图形(1维或者2维)。
  3. 激光接收模块:用光电探测器接受目标物体反射回来的激光,并进行处理,得到接收信号。
  4. 控制与数字信号处理系统:控制整个激光雷达的运行以及信号的处理,最终建立目标物体模型。


根据这些系统采取的不同的技术方案,激光雷达有多种分类方法。其中,激光雷达按照测距的原理以及扫描的方式有以下分类:




从扫描方式看,机械式正面临着淘汰,混合固态MEMS 方案是目前中期的主流选择,是过渡产品,而全固态是终极的方向。机械式激光雷达的致命缺点在于价格昂贵,光路调试、装配复杂、生产周期漫长、行车环境下可靠性不高。混合固态MEMS 方案可以大幅降低成本和体积。目前 MEMS 类半固态激光雷达是市场的最主流方案,相对于纯固态方案更容易实现,搭载车型众多,仍将成为中期的主流选择。纯固态式激光雷达具有扫描速度快、精度高、可控性好、体积小等特点,但纯固态激光雷达技术并没有完全成熟,未来有望迎来商业落地并成为激光雷达的发展趋势。


从测距原理来看,虽然ToF是现在普遍采用的方案,但FMCW(调频连续波)相较于ToF(飞行时间法)具有抗干扰性强、测量距离长、分辨率高、对道路障碍物探测更加敏感、能探测速度信息的优势,成为了激光雷达测距方案的发展方向。



-5-

激光雷达上车的障碍


激光雷达打开大规模车用的市场前要克服两个障碍:

  • 成本。业界普遍认为,当单个激光雷达的成本降到1,000元以下,会被车厂广泛接受。
  • 车与车之间的相互干扰。


降低成本


根据中金公司研究部的调研,当前可量产激光雷达的平均价格约500-1000美元;根据盖世汽研调查显示,如果激光雷达要大规模装车,64%的车企接受的价格在1,000元人民币以下。显然,目前市场的方案在价格上达不到大规模使用的要求。


图片:目前市场各主要方案产品价格概览 来源:各公司官网、德邦研究所


激光雷达的成本主要取决于两大模块:收发模块和扫描模块。其中,激光雷达性能主要取决于收发模块,可靠性主要取决于扫描模块,两者都很重要,占总成本的近90%。采用硅光技术和集成电路技术,把激光收发模块、模电前端芯片与扫描模块的集成到一颗芯片上,也就是把雷达“芯片化”,有望把成本降低至100美元以下。



消除干扰


从单个的激光雷达工作方式看,雷达发出激光光束,在目标物体上形成反射,雷达再接收反射回来的光,然后用各种技术手段进行信号处理,最终知道目标物体的位置和大小等信息。但是,如果A车的激光雷达接收到B车激光雷达光束被反射回来的信息,还误认为是A车自己的光束,就会出现误判,就有了安全隐患。迄今为止,只有FMCW激光雷达方案能够解决这个问题。



视频: FMCW VS ToF LiDAR by SILC (工研院翻译)




-6-

激光雷达上车的解决方案

——发射器+OPA+FMCW+ASIC单片集成


本项目为世界级硅光领域的顶尖专家的创业项目,专注激光雷达芯片化设计的Fabless厂商(即专注设计、销售,生产完全外包的厂商)。主要开发基于OPA光学相控阵+FMCW相干探测+ASIC模拟和混合集成IC,包括固态扫描OPA,平衡探测器,激光器,自动增益控制AGC,跨阻抗放大器TIA、窄线宽可调激光器及激光器驱动芯片等,属于国产率极低的全固态激光雷达芯片。


OPA:光学相控阵方案是利用相干原理采用多个光源组成阵列,控制各光源发射的时间差,从而合成角度灵活可控的主光束,向不同方向发射。用这种方式替代机械的方式,控制光束的发射方向,实现全固态。没有任何的机械结构,便于集成,体积非常小,稳定性强、成本更低。


视频:OPA固态激光雷达介绍 by Quanergy (群蜂社翻译)


FMCW:调频连续波抗干扰能力强。产品具有更强的抗干扰性,能够解决各大车厂一直担心的大批量使用激光雷达后的安全性问题。


硅光集成:可以帮助激光雷达整体实现小型化、低成本化、一致性,当前硅光集成电路平台以及产业生态的发展也为高度集成的OPA激光雷达提供了历史性的机遇。本项目研发成功有望把激光雷达成本控制在1,000元人民币以内,实行大规模的下游应用。


本项目比起现有激光雷达方案具有很强的技术领先优势,包括硅光上的实际能力、算法能力和芯片一体化集成的能力。代表着激光雷达最前沿的发展方向,是激光雷达上车的终极解决方案,也是最难的方案。



对接勇于探索的创业者和敏锐的投资者

本项目仅限于群蜂社“蜜圈会员”参与,欢迎加入我们!


登录可以查看更多信息。