芯东西（公众号：aichip001）
作者 ｜ Juice
编辑 ｜ 志豪
最近一段时间，辅助驾驶的安全性(xing)已经成为汽(qi)车行(xing)业共同探讨的话题(ti)了。
车(che)企也纷纷在汽(qi)车(che)的安(an)全配置上(shang)增加(jia)了投(tou)入，由于激光雷达对未知障碍物的检测更加(jia)准(zhun)确，激光雷达几乎成为了固(gu)定配置。
为了满(man)足车(che)企(qi)(qi)对于安全性(xing)的要求，高性(xing)能的激(ji)光(guang)雷达就成为了车(che)企(qi)(qi)追(zhui)逐的一个目标，华为已经率先推(tui)出了192线(xian)激(ji)光(guang)雷达。
而其他的(de)激光雷达供(gong)应商也(ye)开始推出(chu)更高性能的(de)激光雷达。
今年的上(shang)海(hai)车(che)展期间，国内(nei)激(ji)(ji)光雷(lei)达(da)巨(ju)头速腾(teng)聚创在上(shang)汽大众展台(tai)上(shang)实机演示1080线的超(chao)长(zhang)距数字化激(ji)(ji)光雷(lei)达(da)EM4，这是业内(nei)首款千线车(che)规级(ji)激(ji)(ji)光雷(lei)达(da)。此外(wai)，速腾(teng)聚创还(hai)在4月21日发布了(le)192线的车(che)载激(ji)(ji)光雷(lei)达(da)EMX，并为行业提供灵(ling)活(huo)可定(ding)制方案。
▲上海车展上汽大(da)众展台(tai)展出的(de)千(qian)线激光雷达速腾聚创(chuang)EM4
整(zheng)个汽车行业对于高(gao)性(xing)能激光雷达的(de)需求正在增加(jia)。
那(nei)么，激(ji)光(guang)(guang)雷(lei)达如何才(cai)能实(shi)现性(xing)能的突破(po)？激(ji)光(guang)(guang)雷(lei)达未来(lai)的上限在哪里(li)？
一、只有芯片化 高性能激光雷达才能加速落地
作为辅(fu)助驾(jia)驶(shi)系统的(de)(de)重要传感器之一，辅(fu)助驾(jia)驶(shi)行(xing)业(ye)的(de)(de)变(bian)化也影响到了激光雷达(da)行(xing)业(ye)的(de)(de)变(bian)化。
从工信部(bu)发(fa)文加强辅助(zhu)驾(jia)(jia)驶行(xing)业规范之后，安全性就成为车企(qi)在(zai)辅助(zhu)驾(jia)(jia)驶上(shang)考虑的(de)重中之重。为了(le)让车辆(liang)对(dui)于道路环境的(de)监测更(geng)加准确(que)，高性能(neng)的(de)激(ji)光雷达成为必须品。
此前行业内旗舰车型主流的激光(guang)雷(lei)达(da)(da)配置为(wei)(wei)120多(duo)线，华为(wei)(wei)率先(xian)拿出了192线激光(guang)雷(lei)达(da)(da)，目前鸿蒙系新车大多(duo)都已经采(cai)用了这颗激光(guang)雷(lei)达(da)(da)。
▲华为(wei)192线激光(guang)雷达
与此(ci)同时，华(hua)为(wei)也首个喊出(chu)了要在下(xia)半年量产高速L3的口号。
无论是(shi)基于辅(fu)助驾驶安(an)全性(xing)的考虑还是(shi)基于追求更(geng)(geng)高阶(jie)自动(dong)驾驶的考虑，车企(qi)也都在市场上寻找(zhao)更(geng)(geng)高性(xing)能(neng)的激(ji)光(guang)雷达。
如何打造更高(gao)性能的(de)激光(guang)雷(lei)达也(ye)成为了激光(guang)雷(lei)达企(qi)业要(yao)思考(kao)的(de)关键问题？
从目前的(de)行业趋势来看(kan)，结(jie)果已经(jing)很清晰了，芯片化几乎是唯一解(jie)。这并(bing)不(bu)是乱下结(jie)论(lun)，而是从激光雷达的(de)结(jie)构分(fen)析得(de)到的(de)答案。
激光雷达的核心零部件主要包括激光器和(he)接收(shou)(shou)器两大核心元件，激光雷达的基本逻辑就是前者发(fa)出激光对障碍物进行扫描并反射，后者收(shou)(shou)集反射信(xin)息，形成点(dian)云。
激光(guang)雷达的芯片化，主要体现在接收器上。
当(dang)前激光(guang)雷达所采(cai)用的(de)技术路线主(zhu)要是SiPM架(jia)构(gou)，需要并联多个单(dan)(dan)光(guang)子(zi)感光(guang)单(dan)(dan)元的(de)SiPM，通过模(mo)拟的(de)方式输(shu)出波(bo)形(xing)，然后在波(bo)形(xing)上采(cai)样获得(de)数字信号。
SiPM架构的光(guang)电转换是“光(guang)转模”，先输出模拟信(xin)(xin)号(hao)并处理(li)(li)模拟信(xin)(xin)号(hao)，所(suo)以(yi)称为“模拟激光(guang)雷(lei)达(da)”。整个(ge)过程需要SiPM器件、前(qian)端放(fang)大器、数(shu)(shu)模转换器、数(shu)(shu)字信(xin)(xin)号(hao)处理(li)(li)器四类(lei)芯片，激光(guang)雷(lei)达(da)线数(shu)(shu)（通道数(shu)(shu)）与SiPM器件数(shu)(shu)量绑定(ding)，线数(shu)(shu)越(yue)大SiPM数(shu)(shu)量越(yue)大。
▲SiPM多器件堆叠
由于结构(gou)复(fu)杂(za)，想要做(zuo)出跟高(gao)线数高(gao)性能的激光雷达产品，其(qi)体(ti)积(ji)和功耗都会进一(yi)步增加，成(cheng)本也会被进一(yi)步抬升(sheng)。这些都限制(zhi)了SiPM架构(gou)的上限。
相比之下，SPAD-SoC架(jia)构则完全不同。
每个(ge)SPAD-SoC中都有(you)数(shu)(shu)百到数(shu)(shu)千的线数(shu)(shu)（通(tong)(tong)道(dao)数(shu)(shu)），每个(ge)通(tong)(tong)道(dao)接(jie)(jie)(jie)收到光后直(zhi)接(jie)(jie)(jie)产生(sheng)数(shu)(shu)字(zi)信(xin)号。由于节省掉了大(da)量的信(xin)号转换过程，SPAD接(jie)(jie)(jie)收器仅用很(hen)低的算力处理器就(jiu)能生(sheng)出优质(zhi)点云。
▲基(ji)于SPAD-SoC的高线数(shu)激光雷达点(dian)云
简单来说，SPAD-SoC是(shi)“光转数”，只需要一(yi)颗芯片(pian)，是(shi)“数字激光雷达”。
SPAD-SoC的芯片化(hua)设(she)计，可(ke)(ke)以让激光雷(lei)达的结构更(geng)加(jia)精简、集成(cheng)度更(geng)高、性能(neng)更(geng)加(jia)优(you)越(yue)、体(ti)积(ji)更(geng)小、功耗(hao)更(geng)低，并且由于核(he)心架构都(dou)收敛到数字芯片中，产(chan)品设(she)计灵活，可(ke)(ke)快速定制开(kai)发新产(chan)品。
▲SPAD-SoC架构渲染图
这样带来的(de)(de)好处也(ye)非常明显，一是可(ke)(ke)以在(zai)一个(ge)较小体积内做出性能(neng)更(geng)强的(de)(de)激(ji)光(guang)(guang)雷达(da)，二(er)是由于体积可(ke)(ke)控，激(ji)光(guang)(guang)雷达(da)产品(pin)也(ye)可(ke)(ke)以更(geng)好的(de)(de)进入到人形(xing)机器人、割草机器人等产品(pin)上，未(wei)来甚至还可(ke)(ke)以进入到更(geng)多的(de)(de)场景(jing)中，大大拓宽了激(ji)光(guang)(guang)雷达(da)的(de)(de)市场边界。
当激(ji)光(guang)雷达(da)芯片化(hua)之后(hou)，也(ye)能够在(zai)(zai)更(geng)(geng)多(duo)方面满足车企(qi)的(de)需(xu)求，一(yi)方面是芯片化(hua)后(hou)，激(ji)光(guang)雷达(da)的(de)体(ti)积(ji)会缩(suo)小(xiao)，这(zhei)让车企(qi)在(zai)(zai)布置激(ji)光(guang)雷达(da)的(de)时候有(you)了更(geng)(geng)多(duo)选择，在(zai)(zai)设计(ji)上也(ye)可以有(you)更(geng)(geng)多(duo)思路。
另一方面，一部分车企(qi)也在探索自(zi)研(yan)激(ji)(ji)光雷(lei)达，车企(qi)也可以直接(jie)购买SPAD-SoC进行开发，尝试(shi)完成激(ji)(ji)光雷(lei)达自(zi)研(yan)的目(mu)标。
因此(ci)，无论从性能表现上来看(kan)，还是灵活性上来看(kan)，SPAD-SoC都是更适合(he)激光雷达行业(ye)未来发展的技术路径。
二、芯片化已成行业大趋势 先发者更有优势
说了这(zhei)么(me)多，你(ni)可能会问，SPAD-SoC固(gu)然有优(you)势，但(dan)是行业多少玩家在(zai)布局(ju)？会不会现(xian)在(zai)还是期货。
事(shi)实(shi)上，SPAD-SoC已经成为(wei)激光(guang)雷达行(xing)业的共识了。
据了解，华为此前(qian)推出(chu)的192线激光雷达就(jiu)是采(cai)用了SPAD-SoC技(ji)术。
速腾聚创作为(wei)国内激光雷达领域的(de)巨头玩家，也布局(ju)了(le)SPAD-SoC，并且已经(jing)成功(gong)跑(pao)通了(le)量产。从2018年就开(kai)始思考激光雷达的(de)芯片化研究了(le)，2020年正式开(kai)始SPAD-SoC产品的(de)开(kai)发。
▲速腾聚创激(ji)光雷达(da)产品
目前速腾(teng)聚(ju)创已经手握159项相(xiang)关专利，组建了一支专业的芯(xin)片团队(dui)，已经在(zai)2024年(nian)实现了自研SPAD-SoC的量产(chan)。
▲速腾聚创自研(yan)的第一代(dai)SPAD-SoC芯(xin)片
此外，国内一些第(di)三方供(gong)应商如灵明光子和(he)阜时科技都在(zai)进行SPAD-SoC芯片的开(kai)发，并且有不错的效(xiao)果表现(xian)。
国内某(mou)头部激光雷达厂商的(de)下(xia)一代补盲产品就计划采(cai)用灵明光子的(de)SPAD-SoC芯(xin)片。
国外(wai)厂商中，也有索尼这样的老(lao)牌玩家正在(zai)布局。
从(cong)海内外企(qi)业的布(bu)局来看，几乎都默认了SPAD-SoC芯片是未来的主要方向(xiang)。
这一行(xing)业趋势像(xiang)极了相机行(xing)业。
此前(qian)，相(xiang)机(ji)行业主要采用了(le)CCD芯片，这一(yi)芯片功耗高、读取速度慢，且制造(zao)成本(ben)昂贵(gui)。CCD芯片的一(yi)些(xie)短(duan)板(ban)，制约(yue)了(le)相(xiang)机(ji)产品的性(xing)能(neng)上限。
随后(hou)，相机(ji)行(xing)业(ye)出现(xian)了CMOS芯片(pian)。当光(guang)线照射到CMOS芯片(pian)上的感光(guang)单元(yuan)时，光(guang)子(zi)与半导体材料相互作(zuo)用(yong)，最(zui)终(zhong)转(zhuan)化成数字信号，整个过程非常(chang)快速，实现(xian)了光(guang)转(zhuan)数，这一特性和SPAD-SoC非常(chang)相似(si)。
并且由(you)于CMOS芯片的(de)功耗低、集成度高的(de)优点，深刻影响了相机行业的(de)发展。
当(dang)年索尼也凭借着(zhe)CMOS芯片上的优势，成(cheng)为相机行业(ye)不可忽视的玩家。
以此类推，SPAD-SoC也有着改变(bian)激光雷达行业未来(lai)的(de)(de)能力，谁先(xian)拿出可量产的(de)(de)SPAD-SoC芯片，谁就将在高(gao)性能激光雷达的(de)(de)竞争中拔得(de)头筹。
三、SPAD-SoC上限更高 或助力完全自动驾驶落地
既(ji)然(ran)整个行(xing)业都在布局SPAD-SoC芯(xin)片(pian)，那这一(yi)产品的上限究竟在哪里呢？
回答这(zhei)个问题(ti)之前，我们(men)还(hai)是用(yong)相机行(xing)业(ye)为例。
相机(ji)行(xing)业在(zai)从CCD转变到(dao)CMOS芯(xin)片之后，随(sui)着芯(xin)片尺(chi)寸的(de)增(zeng)加，单(dan)个像(xiang)(xiang)素(su)面积(ji)也更(geng)大，进光量更(geng)多(duo)，使得(de)照片更(geng)加明亮，噪点更(geng)少，成像(xiang)(xiang)的(de)像(xiang)(xiang)素(su)也越来越高(gao)。
目前，市面上主(zhu)流相机均采用了(le)CMOS芯(xin)片，实(shi)现了(le)整个产业的升级(ji)。
SPAD-SoC技术的(de)量产，也让激光雷达(da)产品进入到了芯片化的(de)新(xin)时代(dai)，激光雷达(da)的(de)像素上限(xian)更高。速腾聚创推出的(de)1080线数(shu)激光雷达(da)就是一个很好的(de)例子。
▲1080线激光雷达实测点云
但1080线数显然并不是SPAD-SoC技术的上限，速腾聚(ju)创(chuang)也在(zai)发布(bu)会上表(biao)明支持定(ding)制(zhi)“2160线”，参考(kao)相(xiang)机上亿(yi)像素的CMOS芯(xin)片，理论上，SPAD-SoC可以将激光雷(lei)达的线数/像素提升到无限高。
当激光雷达的像(xiang)素可以(yi)和摄(she)(she)像(xiang)头持平(ping)的时候(hou)，激光雷达的主动探测三维(wei)点(dian)云(yun)信息和摄(she)(she)像(xiang)头拍摄(she)(she)的画面就可以(yi)实现点(dian)对点(dian)的融合(he)，即每一个画面都将会有(you)色(se)彩和三维(wei)信息，这将完全超越人类眼睛的感知能力。
对于自动(dong)驾(jia)(jia)驶来说，高清无(wu)损的真实(shi)世界三维彩色信息数据(ju)，不(bu)仅是驱动(dong)世界模型进化(hua)的最(zui)佳养分，更(geng)将成为自动(dong)驾(jia)(jia)驶通过(guo)物理AI发展持续实(shi)现(xian)性能和安全性突破(po)的关(guan)键。
激光(guang)雷达(da)行业(ye)伴随(sui)着自动驾(jia)驶技术的发展快速崛起，十年间从小规(gui)模搭载于测试车(che)，走(zou)到了(le)大规(gui)模车(che)规(gui)量产上车(che)，在智驾(jia)行业(ye)迈入(ru)深水区的过(guo)程中，对激光(guang)雷达(da)性能和(he)灵活性的需求也在进一步增加，传(chuan)统(tong)的模拟激光(guang)雷达(da)天花板已经(jing)显现出来了(le)，以SPAD-SoC为代表的芯片化才(cai)是激光(guang)雷达(da)的下一个(ge)未(wei)来，谁能在这一趋势中率(lv)先跑出来，才(cai)有可(ke)能决胜未(wei)来。
