激光雷達(dá)技術(shù)在自動(dòng)駕駛愿景的推動(dòng)下大步前進(jìn)，同時(shí)它還在尋找其它用武之地。
早期的汽車LiDAR系統(tǒng)安裝在車頂上，旋轉(zhuǎn)著運(yùn)行。這種造型不大適合消費(fèi)者市場(chǎng)。“業(yè)界已經(jīng)開始著手LiDAR系統(tǒng)的商業(yè)化，”Miller說(shuō)。“它需要看起來(lái)就像一輛普通汽車一樣。”
隨著先進(jìn)計(jì)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(dòng)駕駛技術(shù)體系中日益重要的一部分。不過(guò)，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(dòng)化、機(jī)器人和無(wú)人機(jī)。
先進(jìn)地圖測(cè)繪是激光雷達(dá)又一個(gè)快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)，考慮到地圖測(cè)繪正是激光雷達(dá)技術(shù)的最初應(yīng)用場(chǎng)景，所以這一點(diǎn)都不令人感到驚訝。不過(guò)，在激光雷達(dá)最新技術(shù)的推動(dòng)下，地圖繪制功能變得越來(lái)越強(qiáng)大，越來(lái)越復(fù)雜。事實(shí)上，激光雷達(dá)曾經(jīng)被用來(lái)在危地馬拉的叢林中找到了一個(gè)隱藏了多個(gè)世紀(jì)的瑪雅人大都會(huì)，其中包括成千上萬(wàn)個(gè)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(chǎng)景以及LiDAR技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)，預(yù)示著LiDAR市場(chǎng)美好的發(fā)展前景。ABI Research預(yù)測(cè)，到2027年，汽車LiDAR的市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到近130億美元。
相關(guān)市場(chǎng)也將受益于LiDAR的增長(zhǎng)。YoleDéveloppement預(yù)測(cè)，未來(lái)五年，氮化鎵功率器件的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到79％，于2022年底達(dá)到4．6億美元市場(chǎng)規(guī)模。功率GaN技術(shù)非常適合高性能和高頻應(yīng)用。“LiDAR、無(wú)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(dòng)駕駛汽車美好愿景的同時(shí)，在開發(fā)高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)之外，他們還在向無(wú)人機(jī)、工業(yè)系統(tǒng)和地圖測(cè)繪市場(chǎng)提供相關(guān)產(chǎn)品。
自主駕駛和輔助駕駛說(shuō)到底，LiDAR最大的機(jī)會(huì)還是在汽車領(lǐng)域，目前業(yè)界正在通過(guò)采用固態(tài)設(shè)計(jì)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(duì)我來(lái)說(shuō)，LiDAR是一個(gè)非常有趣的系統(tǒng)，因?yàn)樗性S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(jì)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(diǎn)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?yàn)樗闹饕K端視覺產(chǎn)品是無(wú)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(yùn)行。這種造型不大適合消費(fèi)者市場(chǎng)。“業(yè)界已經(jīng)開始著手LiDAR系統(tǒng)的商業(yè)化，”Miller說(shuō)。“它需要看起來(lái)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(jí)研發(fā)總監(jiān)Ian Dennison說(shuō)：“目前的競(jìng)爭(zhēng)賽道是低成本、小尺寸的固態(tài)LiDAR。”他指出，價(jià)格需要降到200美元或以下。“這個(gè)市場(chǎng)現(xiàn)在有點(diǎn)火熱，涌進(jìn)來(lái)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(jì)材料。比如CMOS、硅光子、硅MEMS等等。不同的玩家對(duì)LiDAR系統(tǒng)哪個(gè)部分選擇哪種方案百家爭(zhēng)鳴。”
Dennison補(bǔ)充說(shuō)，LiDAR提供了出色的深度分辨率，“特別適合自動(dòng)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(zhǎng)也推動(dòng)了對(duì)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(yíng)銷經(jīng)理Chris Cone表示：“我們看到一種趨勢(shì)，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(shí)現(xiàn)更高的集成度。LiDAR設(shè)計(jì)對(duì)幾何形狀高度敏感，和硅光子IC設(shè)計(jì)的許多能力要求相同，包括基于曲線對(duì)象生成稱設(shè)計(jì)組件的能力，通過(guò)多種波導(dǎo)類型將設(shè)計(jì)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(diǎn)是，進(jìn)行物理驗(yàn)證時(shí)需要具備光子結(jié)構(gòu)意識(shí)，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證流程容易產(chǎn)生大量假錯(cuò)誤，使用標(biāo)準(zhǔn)的DRC檢查技術(shù)會(huì)產(chǎn)生無(wú)法被充分檢查的大量誤報(bào)。這樣就只能放棄大量的檢查項(xiàng)目，但這樣又會(huì)漏掉真正的錯(cuò)誤。”
因此，工具供應(yīng)商正在研究不同的方法。“LiDAR設(shè)計(jì)需要新的方法論，設(shè)計(jì)工具必須足夠靈活，”Cone說(shuō)。“但是，你可以在LiDAR設(shè)計(jì)中實(shí)施同樣的開發(fā)里程碑－設(shè)計(jì)完成后，通過(guò)包括DRC、LVS和布局后提取等仿真和布局驗(yàn)證手段進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。”
有些專家并沒有將MEMS器件定性為固態(tài)元件，因?yàn)镸EMS激光雷達(dá)里面有一些可移動(dòng)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(shuō)。“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(lái)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(jì)問題，他說(shuō)，“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(guò)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(jí)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(gè)市場(chǎng)。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(wàn)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(xiǎn)投資公司和豐田AI風(fēng)險(xiǎn)投資公司那里獲得了1150萬(wàn)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(wàn)美元。正在開發(fā)自動(dòng)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(wàn)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(chǎng)需要兩樣?xùn)|西，一個(gè)是無(wú)人駕駛需要的高性能傳感，一個(gè)是ADAS應(yīng)用需要的小型傳感器。”。他也將工業(yè)應(yīng)用、無(wú)人機(jī)和地圖測(cè)繪視為L(zhǎng)iDAR系統(tǒng)的快速增長(zhǎng)市場(chǎng)。
“地圖測(cè)繪市場(chǎng)正在不斷發(fā)展壯大中，”他說(shuō)。“現(xiàn)在，我們的重點(diǎn)正在從簡(jiǎn)單地提供高清地圖向提供可以幫助實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的高清地圖轉(zhuǎn)變。我們發(fā)現(xiàn)，在地圖測(cè)繪市場(chǎng)中，360度視角和精確度很高的LiDAR系統(tǒng)顯然非常重要，因?yàn)檫@樣才能拍攝出高清地圖。我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)市場(chǎng)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(dòng)汽車和ADAS都在計(jì)劃使用LiDAR。”
道路上有雪蓋住車道線標(biāo)識(shí)，使得計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)很難有效工作時(shí)，LiDAR就顯得特別有用了。
Velodyne首席技術(shù)官表示，開發(fā)汽車級(jí)LiDAR的一個(gè)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(duì)汽車應(yīng)用來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，克服了這個(gè)問題，反過(guò)來(lái)又可以推動(dòng)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(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這些傳感器中蘊(yùn)含了越來(lái)越多的智能，可以提供高級(jí)功能，比如本地化或?qū)ο蟾?。LiDAR系統(tǒng)中的計(jì)算量也在不斷增加，這也是人們需要投入大量工作的一個(gè)地方。在未來(lái)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(chǎng)的崛起。“LiDAR變得更加真實(shí)了，我們正在汽車安全、工業(yè)自動(dòng)化、無(wú)人機(jī)、航空和地面測(cè)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(jià)格降至100美元。“LiDAR是您實(shí)現(xiàn)Level 4自動(dòng)駕駛必須具備的主要傳感器，我們希望能夠支持自動(dòng)駕駛汽車行業(yè)的發(fā)展。”
據(jù)估計(jì)，現(xiàn)在有50家左右的公司從事LiDAR業(yè)務(wù)，在未來(lái)幾年內(nèi)會(huì)淘汰掉一批。但是，在短期內(nèi)還是會(huì)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(duì)正在研發(fā)用于汽車應(yīng)用的長(zhǎng)距離傳感器，預(yù)計(jì)將在今年下半年推出汽車級(jí)產(chǎn)品。
Cepton的業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)魏偉說(shuō)，在LiDAR市場(chǎng)中的50家公司中，可以提供200米或更長(zhǎng)距離LiDAR系統(tǒng)的公司不到5家。他預(yù)計(jì)，到今年年底，會(huì)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(chǎng)仍然處于起步階段。但是，這樣技術(shù)已經(jīng)突破了單個(gè)垂直市場(chǎng)。除了汽車領(lǐng)域，地圖測(cè)繪已經(jīng)重新成為L(zhǎng)iDAR技術(shù)的重要應(yīng)用。在無(wú)人機(jī)和機(jī)器人中使用LiDAR，也會(huì)給一些公司帶來(lái)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(jià)格的不斷下降，它會(huì)出現(xiàn)在越來(lái)越多的應(yīng)用中，對(duì)于LiDAR而言，真正的好日子還在后頭。
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