一、激光雷達(dá)整機(jī)的投資價(jià)值
1)車規(guī)壁壘:激光雷達(dá)是一款“機(jī)械+光學(xué)+電子”產(chǎn)品,車規(guī)難度高,上車周期長。廠商的第一款車規(guī)級激光雷達(dá),總歷時(shí)可能接近四年半到五年時(shí)間。此外,根據(jù)我們的了解,車廠的DV測試周期三個(gè)月到半年不等,一般需要至少兩輪DV才能滿足認(rèn)證要求。 2)算法壁壘:由于激光雷達(dá)光學(xué)路徑設(shè)計(jì)非標(biāo),使得算法和整機(jī)必須是耦合的關(guān)系,而不是像攝像頭模組一樣軟硬件解耦,從而有更高的毛利率。激光雷達(dá)算法包含四個(gè)方面: (1)光源生成:由 FPGA、 Laser Driver 及相關(guān)算法生成,同時(shí)由 FPGA 形成抗干擾編碼等;(2)光源掃描:電機(jī)、MEMS 等相關(guān)部件的掃描算法、ROI 區(qū)域形成由 DSP 等器件來完成;(3)光源接收:信號檢測、放大、噪聲濾除、近距離增強(qiáng)由 DSP 算法完成;(4)信號處理:點(diǎn)云生成、狀態(tài)數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)等。 3)芯片壁壘:頭部激光雷達(dá)公司正在將TIA、ADC、 FPGA、DSP集成到一個(gè)SOC里,降本增效的同時(shí)提升行業(yè)門檻。
二、激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈的投資價(jià)值
在發(fā)射端中,隨著國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈崛起以及產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)路線調(diào)整,905nm VCSEL激光芯片等產(chǎn)品有望在市場實(shí)現(xiàn)突破。此外,1550nm光源也具備獨(dú)特優(yōu)勢,與主流的905nm形成錯(cuò)位競爭,未來隨著FMCW測距路線的逐步發(fā)展,預(yù)計(jì)其份額還有進(jìn)一步增長的空間。
1、為什么激光雷達(dá)會選擇在905nm和1550nm發(fā)光? 這與現(xiàn)存的產(chǎn)業(yè)鏈成熟度有關(guān)。1550nm光纖激光器是光通信領(lǐng)域應(yīng)用最廣的光源之一,而905則與消費(fèi)電子共用產(chǎn)業(yè)鏈(手機(jī)上的3D ToF傳感器通常使用940nm光源,與905基本屬于同種半導(dǎo)體激光器,可以共用 GaAs 材料體系),所以都有一定的發(fā)展基礎(chǔ)。 2、選擇905nm還是1550nm? 受到人眼限制,1550nm 路線的探測距離優(yōu)勢明顯,而受到材料限制, 905nm路線的成本優(yōu)勢也同樣明顯,因此二者構(gòu)成錯(cuò)位競爭。預(yù)計(jì)1550nm激光雷達(dá)將主要要用于以安全性為核心賣點(diǎn)的車輛(如沃爾沃等)、價(jià)位和品牌定位較為高檔的車輛(如蔚來、奔馳、上汽飛凡R等)、重卡(剎車距離較長,奔馳重卡采用 1550nm 激光雷達(dá)) 等特殊定位的車輛。其余車輛受限于成本,則更適合采用905nm激光雷達(dá)。1550nm激光的高功率特性在一定程度上縮小了與905的成本差距。 3、905nm EEL,歐司朗一家獨(dú)大局面暫難改變 905nm 路線又分為 EEL 和 VCSEL,目前全球和國內(nèi)的 905nm EEL 的光芯片基本采用了歐司朗的光芯片。除了有先發(fā)優(yōu)勢外,另一大原因就是歐司朗后來在低溫漂EEL 上通過專利構(gòu)筑了自己的優(yōu)勢,而溫漂是激光雷達(dá)的一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。 4、低成本,VCSEL取代EEL大勢所趨 VCSEL取代EEL的首要原因是成本,按照Yole的統(tǒng)計(jì),EEL的后道處理工序成本比VCSEL高了一倍以上。如果再考慮給EEL增加DBR, 就需要在EEL側(cè)面沉積多層晶體,成本會進(jìn)一步提高。 VCSEL取代EEL的第二大原因是因?yàn)檫^去VCSEL發(fā)光功率低的問題已經(jīng)被新的 “多結(jié)”工藝所解決。 此前由于VCSEL發(fā)展較晚,而且更多用于消費(fèi)電子,對大功率沒有需求,所以此前的VCSEL大多都是單層結(jié)的,功率較小。此隨著近年來VCSEL結(jié)數(shù)的不斷增加,最后一塊短板已經(jīng)被補(bǔ)齊,在激光雷達(dá)領(lǐng)域替代 EEL已經(jīng)完全可行。
APD:低成本高可靠仍有價(jià)值,1550路線需使用APD 目前APD與SiPM相比靈敏度上存在較大差距,因此在較新的追求探測距離的905路線激光雷達(dá)上已經(jīng)出現(xiàn)了被替代的趨勢。但APD受自然光和環(huán)境溫度干擾程度更輕, 在強(qiáng)烈陽光等場景下也具有其價(jià)值。 目前在1550nm APD領(lǐng)域,我國已有企業(yè)布局,例如芯思杰為鐳神智能開發(fā)陣列SPAD,也正在和國內(nèi)其余頭部激光雷達(dá)在合作。 SPAD/ SiPM:905nm路線替代APD已成大勢,關(guān)注PDE與可靠性 SPAD/SiPM路線面臨的一個(gè)比較明顯的問題是自然光干擾,尤其是強(qiáng)烈日光的干擾。由于日光是連續(xù)譜,幾乎涵蓋了所有激光雷達(dá)的工作波長,所以僅靠濾光片是無法完全濾除陽光的,強(qiáng)烈的陽光入射會導(dǎo)致SiPM中多個(gè)SPAD單元飽和,并且在恢復(fù)初始狀態(tài)前都無法吸收光子,因而有可能漏掉真正的反射信號。
與單獨(dú)的轉(zhuǎn)鏡方案不同,轉(zhuǎn)鏡+振鏡方案靈活度較高,能夠支持ROI設(shè)計(jì)(密集掃描重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域,其他區(qū)域保持常規(guī)掃描頻率)。圖達(dá)通的falcon激光雷達(dá)采用的就是轉(zhuǎn)鏡+振鏡方案,轉(zhuǎn)鏡負(fù)責(zé)水平掃描,振鏡負(fù)責(zé)垂直掃描。 另外一種是轉(zhuǎn)鏡與線光斑的組合。線光斑路線的優(yōu)勢在于發(fā)射的是連續(xù)的線光斑,因此垂直方向的分辨率非常高,而且如果需要進(jìn)一步增加垂直分辨率,只需增加接收端的分辨率,無需增加激光器(發(fā)射端分辨率約等于無限),升級成本更低。
目前高速運(yùn)放領(lǐng)域主要被TI、ADI等國外廠商占據(jù),但國內(nèi)激光雷達(dá)廠商表現(xiàn)出一些自研的趨勢,例如鐳神智能與禾賽科技等公司都在自研TIA。根據(jù)禾賽科技招股說明書, 其自研的TIA在通道數(shù)、功耗、展寬、通道隔離度方面都比ADI的產(chǎn)品占據(jù)優(yōu)勢。
目前高速ADC主要由國外廠商生產(chǎn),但國產(chǎn)也有望在未來進(jìn)行自研。根據(jù)禾賽科技招股說明書,其自研的高速 ADC 芯片性能超越 TI 的同類產(chǎn)品,在采樣率不變的前提下, 分辨率、功耗、信噪比都有改善,并且還內(nèi)置了 PLL 鎖相環(huán)。
相較于CPU,激光雷達(dá)需要進(jìn)行大量的信號處理、電機(jī)時(shí)序控制等,CPU雖然也能做,但如果采用專用的算法以及為算法專門優(yōu)化設(shè)計(jì)的電路,F(xiàn)PGA的效率會高得多。
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