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2.3 收发模块：核心硬件集成化、芯片化架构势在必行 发射端平面化，从边缘发射到垂直发射 半导体发射器可分为 EEL（边缘发射激光器）和 VCSEL(垂直腔面发射激光器)。此前 VCSEL 激 光器存在发光密度功率低的缺陷，导致只能应用于对测距要求近的场景(通常<50 m)。近年来随着 多层结 VCSEL 激光器的开发，将其发光功率密度提升了 5~10 倍，这为应用 VCSEL 开发长距激 光雷达提供了可能。结合其平面化所带来的生产成本和产品可靠性方面的收益，VCSEL 未来将 有望逐渐取代 EEL。 发射端逐渐采用平面化的激光器器件。EEL 作为探测光源具有高发光功率密度的优势，但其发光 面位于半导体晶圆的侧面，使用过程中需要进行切割、翻转、镀膜、再切割的工艺步骤，往往只 能通过单颗一一贴装的方式和电路板整合，而且每颗激光器需要使用分立的光学器件进行光束发 散角的压缩和独立手工装调，极大地依赖产线工人的手工装调技术，生产成本高且一致性难以保 障。VCSEL 发光面与半导体晶圆平行，具有面上发光的特性，其所形成的激光器阵列易于与平面 化的电路芯片键合，在精度层面由半导体加工设备保障，无需再进行每个激光器的单独装调，且 易于和面上工艺的硅材料微型透镜进行整合，提升光束质量。 ![]()
接收端采用 CMOS 工艺的单光子探测器 APD（雪崩式光电二极管）和 SPAD（单光子雪崩二极管）是两种将光能转换成电流的光电探测 器，SPAD 阵列化工艺成熟，有望取代 APD。和 APD 相比，SPAD 具有单光子探测能力，在生 物医学的荧光探测领域和核磁影像领域广泛应用。但 SPAD 因其输出信号幅值相同，所以无法测 量光强，而 APD 则输出模拟信号，能够获得目标的灰度信息，且动态范围较大，导致 SPAD 在 激光雷达接收端的测量灵敏度不及当前在激光雷达中广泛使用 APD。 近年来，国内外多家探测器公司不断优化单光子器件在近红外波段的量子效率，在实际探测灵敏 度方面已经逐渐超越了 APD。此外 SPAD 的 CMOS 阵列化工艺则较为成熟且易于配置，APD 则 由于需要专门的技术较难实现阵列化。未来随着设计和工艺的进一步优化， SPAD 对 APD 性能 的优势将越发明显。 ![]()
硬件集成化、芯片化架构势在必行，降本增效关键所在。激光雷达系统中核心的激光器、探测器、 控制及处理单元均能从半导体行业的发展中受益 。目前激光雷达仍存在零部件多、生产成本高、 可靠性低等问题。收发单元阵列化以及核心模块芯片化是未来的发展趋势芯片化架构的激光雷达 可将数百个分立器件集成于一颗芯片，在降低物料成本的同时，省去了对每一个激光器进行独立 光学装调的人力生产成本。此外，器件数量的减少，可以显著降低因单一器件失效而导致系统失 效的概率，提升了可靠性。因此核心硬件和模块的集成化、芯片化是实现激光雷达小型化、轻量 化、满足车规要求的关键所在，为激光雷达降本增效，大规模应用带来质变。 在发射端，定制开发 VCESL 专用模拟数字芯片。 VCSEL 多通道驱动芯片通过采用高压 CMOS 工艺， 可以提供数十安培的峰值电流以及纳秒级的窄脉宽驱动能力，满足激光雷达探测的需求。 而且未来通过 VCSEL 阵列和驱动芯片封装级别的集成，能够进一步减小驱动环路的寄生电感， 获得更窄的脉宽和更高的电光转换效率，从而进一步提升激光雷达的测距精度和测远能力。 在接收端和信息处理单元，实现 CMOS 工艺下探测器和电路功能模块的单片集成 SoC。单光子 接收端片上集成 SoC 芯片，通过片内集成探测器、前端电路、算法处理电路、激光脉冲控制等模 块，能够直接输出距离、反射率信息，逐步代替主控芯片 FPGA 的功能。未来随着线列、面阵规模的不断增大，逐步升级 CMOS 工艺节点，单光子接收端 SoC 将实现更强的运算能力、更低的 功耗和更高的集成度。 3. 产业链日益成熟，国内厂商初露锋芒上下游共振，激光雷达产业链走向成熟。激光雷达产业链上游厂商负责提供激光发射、激光扫 描、激光接收和信息处理所需的光电零部件，由中游厂商进行整合生产，最后应用到自动驾驶、 ADAS、地图勘测等多个领域，形成完整产业链。在需求侧，下游产业蓄势待发。自动驾驶的快 速崛起为激光雷达产业发展带来新的机遇；在供给侧，中上游企业技术不断发展。上游光电器件 供应商技术工艺不断迭代升级、中游激光雷达企业技术路径快速迭代驱动产业链的日趋成熟，也 推动了激光雷达产品的加速落地。（报告来源：未来智库） 3.1 上游决定产品性能，海外厂商领跑国内厂商紧跟 上游决定产品性能和成本。激光雷达本质是一个由多种光电部件组成的光机电系统，包括由光路 设计、激光器、探测器、扫描模块、光学部件、光学驱动芯片及主控芯片等组成的光电系统约占 激光雷达整机成本超七成，因此与激光雷达的探测性能、成本及其可靠性都息息相关。 此外，激光雷达价格昂贵很大部分原因在于校准工作上。多线束激光雷达在生产制造过程中，需 要将多块发射、接收电路板安装到精密构造的金属壳体中，同时在调试过程中，工人需要调试每 一束激光的发射与接收，保证其在不同的测试距离上的测距精准度，因此自动化、高精度的检测 和追溯设备也至关重要。 海外厂商整体领先，国内企业初露锋芒，光学部件国内厂商具有优势。上游精密仪器、芯片等核 心元器件厂商，目前基本被国外大厂所垄断，在技术和客户群等方面都领先于国内厂商，但在政 策以及下游市场环境的双重驱动下，国内厂商近年来奋起直追，在细分领域取得突破。 ![]()
在芯片领域，FPGA 主要由 Xilinx、英特尔旗下 Altera、 Lattice 三家海外厂商领跑，国内主要的 供应商有紫光国芯等。模拟芯片供应商则由亚德诺半导体（ADI）、德州仪器（TI）主导，国内 厂商如华润微、圣邦微电子积极布局，在车规级产品丰富度和技术水平上追赶。 激光器和探测器是激光雷达的重要部件，往往需要满足不同技术路线的定制化需求。 激光器由欧 美企业艾麦斯（AMS）、Lumentum 等主导，探测器主要公司包括滨松光子、安森美、索尼等， 我国则有瑞波光电子（激光器）、芯视界（扫描器）、灵明光子（探测器）等企业开始崭露头角 且发展迅速，产品性能已经基本接近国外供应链水平，并已经有通过车规认证(AEC-Q102)的国产 激光器和探测器出现，且更具备定制化的灵活性。 光学部件方面，激光雷达光学部件主要由激光雷达公司自主研发设计，选择光学零部件制造公司 完成生产和加工工序，或由头部光学企业参与相关设计。 光学部件的车规化是车规级激光雷达实 现的基础，目前国内光学部件供应链的技术水平已经完全达到或超越国外供应链的水准，且我国 制造企业有着天然的贴近下游市场的优势，本身在成本方面也更具竞争力，已经可以完全替代国 外供应链和满足产品加工的需求，国内光学技艺沉淀深厚的龙头企业如舜宇光学、水晶光电、永 新光学等有望长期深度受益。 3.2 中游竞争加剧，国内市场百花齐放 中游竞争加剧，参与企业多元化。随着激光雷达产业的蓬勃发展，赛道也变得更加繁荣，新进参 与者及其技术路线更加多元，海外以 Velodyne、IBEO、Quanergy 等品牌为代表，国内有禾赛科 技、速腾聚创、镭神智能等知名初创企业，更有华为、大疆等科技企业跨界入局，国内市场呈现 百花齐放之势。 ![]()
国外企业先行，步入上市热潮。国外激光雷达产业起步较早，包括老牌厂商 Velodyne、法雷奥、 IBEO 及后起之秀 Luminar、Ouster、Innoviz 等。Velodyne 在 2005 年推出 360°旋转式 64 线激 光雷达后，一跃成为全球领先的激光雷达供应商，其产品被谷歌、百度等无人驾驶领军企业广泛 使用，一度占据全球 80%以上的激光雷达订单，近年来也积极布局混合固态、固态激光雷达，促 进产品落地量产。法雷奥是全球最大的汽车零部件供应商之一，19 年从四家全球主流车企获得价 值约 5 亿欧元订单。在近期 CES 展上发布了第三代 SCALA 激光雷达，预计将于 24 年上市。区 别于前两代微转镜方案，SCALA 3 开始采用 MEMS 技术。20 年以来，Velodyne、Luminar 等 6 家海外知名激光雷达公司通过 SPAC 合并上市，Quanergy、Cepton 也正筹备上市，标志着海外 激光雷达产业有望进入更加成熟的阶段。 国内激光雷达企业崭露头角。据 Yole 统计，21 年全球车载激光雷达市场中，国内企业速腾聚创 /Livox/华为/禾赛科技/图达腾分别以 10%/7%/3%/3%/3%份额占得一席之地，其中速腾聚创和 Livox 排名全球第 2/4，属于国内第一梯队。禾赛科技、速腾聚创主要聚焦机械式激光雷达，成功 抢占部分 Velodyne 市场份额的同时，也已开始积极布局半固态激光雷达路径。华为、大疆跨界入 局转镜/棱镜式半固态方案，且产品已成功量产，科技大厂的加入也有助于我国提升技术水平、丰 富技术路线。固态激光雷达领域我国也有研发实力雄厚的初创企业如北醒光子（Flash）、洛微科 技（OPA）、国科光芯（FMCW）等深耕细作，各方势力百花齐放，共同推动我国激光雷达产业 持续繁荣，缩小与国外差距。 ![]()
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发表于 2022-1-18 18:17:50
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