隨著先進計算機視覺技術(shù)和雷達傳感器芯片的進步，激光雷達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，激光雷達系統(tǒng)也正在滲透進入其它各種應(yīng)用領(lǐng)域，包括工業(yè)自動化、機器人和無人機。

先進地圖測繪是激光雷達又一個快速增長的市場，考慮到地圖測繪正是激光雷達技術(shù)的最初應(yīng)用場景，所以這一點都不令人感到驚訝。不過，在激光雷達最新技術(shù)的推動下，地圖繪制功能變得越來越強大，越來越復(fù)雜。事實上，激光雷達曾經(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。

這些不斷擴展的應(yīng)用場景以及LiDAR技術(shù)的持續(xù)改進，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)合增長率將達到79％，于2022年底達到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、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，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?shù)墓怆娔Ｐ瓦M行多域電路仿真的能力。非常重要的一點是，進行物理驗證時需要具備光子結(jié)構(gòu)意識，因為標準的驗證流程容易產(chǎn)生大量假錯誤，使用標準的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險投資公司和豐田AI風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識，使得計算機視覺系統(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150度，最低溫度達到零下四十度，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?。LiDAR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、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。在無人機和機器人中使用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。