作者 | Juice
編輯 | 志豪
最近一段時間，輔助駕駛的安全性已經成為汽車行業共同探討的話題了。
車企也紛紛在汽車的安全配置上增加了投入，由於雷射雷達對未知障礙物的檢測更加準確，雷射雷達幾乎成為了固定配置。
為了滿足車企對於安全性的要求，高效能的雷射雷達就成為了車企追逐的一個目標，華為已經率先推出了192線雷射雷達。
而其他的雷射雷達供應商也開始推出更高效能的雷射雷達。
今年的上海車展期間，國內雷射雷達巨頭速騰聚創在上汽大眾展臺上實機演示1080線的超長距數字化雷射雷達EM4，這是業內首款千線車規級雷射雷達。此外，速騰聚創還在4月21日釋出了192線的車載雷射雷達EMX，併為行業提供靈活可定製方案。
▲上海車展上汽大眾展臺展出的千線雷射雷達速騰聚創EM4
整個汽車行業對於高效能雷射雷達的需求正在增加。
那麼，雷射雷達如何才能實現效能的突破？雷射雷達未來的上限在哪裡？
01.
只有晶片化
高效能雷射雷達才能加速落地
作為輔助駕駛系統的重要感測器之一，輔助駕駛行業的變化也影響到了雷射雷達行業的變化。
從工信部發文加強輔助駕駛行業規範之後，安全性就成為車企在輔助駕駛上考慮的重中之重。為了讓車輛對於道路環境的監測更加準確，高效能的雷射雷達成為必須品。
此前行業內旗艦車型主流的雷射雷達配置為120多線，華為率先拿出了192線雷射雷達，目前鴻蒙系新車大多都已經採用了這顆雷射雷達。
▲華為192線雷射雷達
與此同時，華為也首個喊出了要在下半年量產高速L3的口號。
無論是基於輔助駕駛安全性的考慮還是基於追求更高階自動駕駛的考慮，車企也都在市場上尋找更高效能的雷射雷達。
如何打造更高效能的雷射雷達也成為了雷射雷達企業要思考的關鍵問題？
從目前的行業趨勢來看，結果已經很清晰了，晶片化幾乎是唯一解。這並不是亂下結論，而是從雷射雷達的結構分析得到的答案。
雷射雷達的核心零部件主要包括雷射器和接收器兩大核心元件，雷射雷達的基本邏輯就是前者發出雷射對障礙物進行掃描並反射，後者收集反射資訊，形成點雲。
雷射雷達的晶片化，主要體現在接收器上。
當前雷射雷達所採用的技術路線主要是SiPM架構，需要並聯多個單光子感光單元的SiPM，透過模擬的方式輸出波形，然後在波形上取樣獲得數字訊號。
SiPM架構的光電轉換是“光轉模”，先輸出模擬訊號並處理模擬訊號，所以稱為“模擬雷射雷達”。整個過程需要SiPM器件、前端放大器、數模轉換器、數字訊號處理器四類晶片，雷射雷達線數（通道數）與SiPM器件數量繫結，線數越大SiPM數量越大。
▲SiPM多器件堆疊
由於結構複雜，想要做出跟高線數高效能的雷射雷達產品，其體積和功耗都會進一步增加，成本也會被進一步抬升。這些都限制了SiPM架構的上限。
相比之下，SPAD-SoC架構則完全不同。
每個SPAD-SoC中都有數百到數千的線數（通道數），每個通道接收到光後直接產生數字訊號。由於節省掉了大量的訊號轉換過程，SPAD接收器僅用很低的算力處理器就能生出優質點雲。
▲基於SPAD-SoC的高線數雷射雷達點雲
簡單來說，SPAD-SoC是“光轉數”，只需要一顆晶片，是“數字雷射雷達”。
SPAD-SoC的晶片化設計，可以讓雷射雷達的結構更加精簡、整合度更高、效能更加優越、體積更小、功耗更低，並且由於核心架構都收斂到數字晶片中，產品設計靈活，可快速定製開發新產品。
▲SPAD-SoC架構渲染圖
這樣帶來的好處也非常明顯，一是可以在一個較小體積內做出效能更強的雷射雷達，二是由於體積可控，雷射雷達產品也可以更好的進入到人形機器人、割草機器人等產品上，未來甚至還可以進入到更多的場景中，大大拓寬了雷射雷達的市場邊界。
當雷射雷達晶片化之後，也能夠在更多方面滿足車企的需求，一方面是晶片化後，雷射雷達的體積會縮小，這讓車企在佈置雷射雷達的時候有了更多選擇，在設計上也可以有更多思路。
另一方面，一部分車企也在探索自研雷射雷達，車企也可以直接購買SPAD-SoC進行開發，嘗試完成雷射雷達自研的目標。
因此，無論從效能表現上來看，還是靈活性上來看，SPAD-SoC都是更適合雷射雷達行業未來發展的技術路徑。
02.
晶片化已成行業大趨勢
先發者更有優勢
說了這麼多，你可能會問，SPAD-SoC固然有優勢，但是行業多少玩家在佈局？會不會現在還是期貨。
事實上，SPAD-SoC已經成為雷射雷達行業的共識了。
據瞭解，華為此前推出的192線雷射雷達就是採用了SPAD-SoC技術。
速騰聚創作為國內雷射雷達領域的巨頭玩家，也佈局了SPAD-SoC，並且已經成功跑通了量產。從2018年就開始思考雷射雷達的晶片化研究了，2020年正式開始SPAD-SoC產品的開發。
▲速騰聚創雷射雷達產品
目前速騰聚創已經手握159項相關專利，組建了一支專業的晶片團隊，已經在2024年實現了自研SPAD-SoC的量產。
▲速騰聚創自研的第一代SPAD-SoC晶片
此外，國內一些第三方供應商如靈明光子和阜時科技都在進行SPAD-SoC晶片的開發，並且有不錯的效果表現。
國內某頭部雷射雷達廠商的下一代補盲產品就計劃採用靈明光子的SPAD-SoC晶片。
國外廠商中，也有索尼這樣的老牌玩家正在佈局。
從海內外企業的佈局來看，幾乎都默認了SPAD-SoC晶片是未來的主要方向。
這一行業趨勢像極了相機行業。
此前，相機行業主要採用了CCD晶片，這一晶片功耗高、讀取速度慢，且製造成本昂貴。CCD晶片的一些短板，制約了相機產品的效能上限。
隨後，相機行業出現了CMOS晶片。當光線照射到CMOS晶片上的感光單元時，光子與半導體材料相互作用，最終轉化成數字訊號，整個過程非常快速，實現了光轉數，這一特性和SPAD-SoC非常相似。
並且由於CMOS晶片的功耗低、整合度高的優點，深刻影響了相機行業的發展。
當年索尼也憑藉著CMOS晶片上的優勢，成為相機行業不可忽視的玩家。
以此類推，SPAD-SoC也有著改變雷射雷達行業未來的能力，誰先拿出可量產的SPAD-SoC晶片，誰就將在高效能雷射雷達的競爭中拔得頭籌。
03.
SPAD-SoC上限更高
或助力完全自動駕駛落地
既然整個行業都在佈局SPAD-SoC晶片，那這一產品的上限究竟在哪裡呢？
回答這個問題之前，我們還是用相機行業為例。
相機行業在從CCD轉變到CMOS晶片之後，隨著晶片尺寸的增加，單個像素面積也更大，進光量更多，使得照片更加明亮，噪點更少，成像的畫素也越來越高。
目前，市面上主流相機均採用了CMOS晶片，實現了整個產業的升級。
SPAD-SoC技術的量產，也讓雷射雷達產品進入到了晶片化的新時代，雷射雷達的畫素上限更高。速騰聚創推出的1080線數雷射雷達就是一個很好的例子。
▲1080線雷射雷達實測點雲
但1080線數顯然並不是SPAD-SoC技術的上限，速騰聚創也在釋出會上表明支援定製“2160線”，參考相機上億畫素的CMOS晶片，理論上，SPAD-SoC可以將雷射雷達的線數/畫素提升到無限高。
當雷射雷達的畫素可以和攝像頭持平的時候，雷射雷達的主動探測三維點雲資訊和攝像頭拍攝的畫面就可以實現點對點的融合，即每一個畫面都將會有色彩和三維資訊，這將完全超越人類眼睛的感知能力。
對於自動駕駛來說，高畫質無損的真實世界三維彩色資訊資料，不僅是驅動世界模型進化的最佳養分，更將成為自動駕駛透過物理AI發展持續實現效能和安全性突破的關鍵。
雷射雷達行業伴隨著自動駕駛技術的發展快速崛起，十年間從小規模搭載於測試車，走到了大規模車規量產上車，在智駕行業邁入深水區的過程中，對雷射雷達效能和靈活性的需求也在進一步增加，傳統的模擬雷射雷達天花板已經顯現出來了，以SPAD-SoC為代表的晶片化才是雷射雷達的下一個未來，誰能在這一趨勢中率先跑出來，才有可能決勝未來。