剛上場熱身而已,應用多元化的光學雷達好日子還在後頭?

作者 | 發布日期 2018 年 03 月 21 日 9:00 | 分類 光電科技 , 汽車科技 , 無人機 follow us in feedly

現在光學雷達在整個自動駕駛產業鏈扮演的角色越來越重要,已可以和電腦視覺和雷達感測器晶片並列為自動駕駛三大金剛。



不過,光學雷達並非只應用在自動駕駛,工業自動化、機器人和無人飛行器也有用武之地。除此之外,地圖市場也向光學雷達敞開懷抱。

這並不令人驚訝,畢竟這項技術當年就是為地圖繪製而生。不過,光學雷達技術在自駕車的發展又反哺了地圖,讓地圖更強大也更完善。

事實上,之前研究人員還用光學雷達探索過藏在瓜地馬拉叢林中的馬雅古城。這裡建築繁多,架構複雜,光是各種馬路就有數千條,但「消失」於叢林裡幾個世紀後,原貌已被各種植物徹底掩蓋。

新奇的應用加上不斷提升的光學雷達技術,預示著不斷膨脹的龐大市場到來。ABI Research 預計,車載光學雷達市場規模到 2027 年將擴大至 130 億美元。

光學雷達市場的擴大也會帶來連鎖效應,其他相關市場會一併受益。

法國技術和商業市場研究公司 Yole Développement 預測,燐化鎵市場能借著這股東風在未來 5 年內達成 79% 的年複合增長率,2022 年市場規模擴大至 4.6 億美元。

Yole 認為,燐化鎵非常適合高效能和高頻應用。「光學雷達、無線充電和封包追蹤均屬於高階中/低電壓應用,燐化鎵是唯一能滿足要求的材料。」Yole 市場分析師 Ana Villamor 解釋。

因此,光學雷達供應商在接近視覺、自動駕駛和 ADAS 買主的同時,也在把光學雷達賣給無人機、工業系統和地圖等市場買家。

自動駕駛和 ADAS

光學雷達面前最大的藍海還是汽車工業,研發人員正在想方設法利用固態設計減少光學雷達的行動零件和整套系統的成本。

「對我來說,光學雷達是非常有趣的系統,因為各部分都與半導體相關。」西門子旗下 Mentor 公司產品戰略主管 Jeff Miller 說。

「矽光子學領域的研發人員做了很多有趣的嘗試,為固態光學雷達落地做了不少貢獻。當然,傳統光學雷達領域也有突破,在雷射脈衝的供能、控制和功率電晶體的設計有很多新點子。資料處理也有進步,3D 點雲產生的巨量資料,最終價值就是為自駕車提供必要的資訊。」Miller 表示。

最初,自駕車搭載的光學雷達系統都是車頂不停旋轉的感測器,但醜陋的設計可不符合消費市場的口味。「自駕車的商業化已經開始了,外觀必須符合汽車的審美設計。」Miller 解釋。

這就是光學雷達新的興奮點。「一場競爭正在發生,大家都在追逐體型苗條的廉價固態光學雷達。」Cadence 自訂和積體電路包裝團隊的研發主管 Ian Dennison 說。

Dennison 明確指出,光學雷達售價至少要降至 200 美元以下。「淘金熱才剛開始,新創公司和投資額都在不斷增長。不過,不同公司視角也有差別,需要在 CMOS、矽光子和 MEMS 技術中選擇。」

Dennison 還表示,光學雷達能提供非常好的深度解析度,這才是真正的殺手級功能。

到底有什麼不同?

光學雷達的發展也刺激了市場對大電流、高頻率、低電阻、低電容功率電晶體的需求,而此類產品的製作需要用到燐化鎵和其他特殊的半導體材料。

「業界有個新趨勢,研究人員更願意將高效能的三、四型材料整合進傳統的矽系統。」Mentor 產品市場主管 Chris Cone 說。

他總結了幾點:

首先,光學雷達設計對幾何架構非常敏感,需要極強的矽光子積體電路設計能力,其中還包括基於曲線物體設計套件的能力,用大量波導管組裝設計套件且符合錐度與過渡要求的能力,和一套擁有恰當光學、電氣特徴建模的多域電路模擬方案;

其次,在進行物理驗證時,研發人員還得對光子架構瞭如指掌,畢竟標準驗證過程中會出現大量假錯(false error)。

此外,使用標準 DRC 檢驗技術時還會生成大量難以充分察覺的誤報(false positive)。他們只能用大量測試來找到錯誤之處。

在這樣的背景下,工具提供商開始搜尋不同的方法論。

「光學雷達需要新的設計,因此設計工具也得靈活以適應各種新要求。」Cone 說。「不過,整個光學雷達設計的流程可以保留,設計完成後通過模擬和版圖驗證來做設計分析依然不可少。」

一些專家不願將 MEMS 裝置視為固態光學雷達的一部分,因為依然有可行動零件,且一些雷射雷達 供應商也開始用相控陣(OPA)代替 MEMS。

「不同人會走出不同的路。」Dennison 說。「矽光子技術確實適合光學雷達這樣的產品,如果你能用它來控制光,就已經與最終解決方案很接近了。」

如果將 MEMS、CMOS 晶片和光子等技術相結合,則會得到一種新的混合技術,不過合作設計起來可不容易。

(Source:APTIV

自動駕駛市場迫切需要兩類光學雷達產品

隨著光學雷達發展前景變得越發光明,投資也紛紛湧來。

眼下,矽谷的 3 家光學雷達公司 Velodyne、Quanergy 和 Cepton 過去一年,業務都有長足發展。

除了開始為科技巨頭、汽車廠商和一級供應商積極備貨,光學雷達公司後面還跟了一大堆不缺錢的新創公司,如 Aurora Innovation 這種聚集圈內最懂自駕車人才的公司。

Velodyne CTO Anand Gopalan 表示:「市場現在迫切需要兩樣產品:一種是為自動駕駛計程車準備的高效能感測器,另一種是為 ADAS 應用準備的小型感測器。」不過,他也看出光學雷達的工業應用需求正在快速增長。當然,還有無人機和地圖。

「地圖市場正在不斷進化和發展。」他說道。「我們的注意力已從提供高解析度地圖移轉到為自駕車提供高解析度地圖。我們非常看好新市場,融合光學雷達資料的 360 度視野地圖非常重要,因此這個領域後勁還很足。人們已經找到很多光學雷達跨界應用的方式,令人興奮不已。此外,在 ADAS 領域光學雷達也在快速走紅,很有可能成為未來 ADAS 系統的標配。」

值得注意的是,光學雷達在路上有積雪覆蓋的情況下非常管用,因為這種情況下電腦視覺會因為道路標線被遮擋而「不知所措」。

其實在車載光學雷達發展成熟過程中,環境因素是一大挑戰,高溫和低溫條件下效能都會降低,而真正商用汽車無法這麼脆弱。

為了解決這個問題,技術人員也會在其他相關領域取得突破。

「第一波光學雷達部署完成後,感測器會不斷加碼,功能也會越來越多,隨之而來的是資料量增大。因此未來幾年整個光學雷達產業鏈都會動起來,我們也能見到更多有趣的產品。」Gopalan 說。

Quanergy CEO Louay Eldada 也認為光學雷達市場將迎來「大爆發」。

「我們的夢想正在一步步成真。」他說。「我們不但拿到了汽車安全和工業自動化的大單,地圖和無人機市場的買家也找上門來了。」

Quanergy 主打固態光學雷達產品,這家公司的目標是要將光學雷達系統級晶片的價格降低到 100 美元以下。「光學雷達是 Level 4 系統必備的主力晶片,我們要為汽車工業提供強有力的支援。」Eldada 說。

目前進入光學雷達市場的公司約有 50 家,但未來幾年該產業會經歷一輪大洗牌。

當然,短期內還是會有各種新公司湧進淘金。2016 年創立的 Cepton 正在打造遠端感測器,準備今年下半年拿出車載產品。

Cepton 商業開發主管魏煒表示,光學雷達市場 50 家公司中,只有不超過 5 家有能力拿出探測距離 200 公尺以上的光學雷達系統,而今年底,許多汽車巨頭的自動駕駛原型車就要上路了。

雷射雷達市場依然處於初期

從車載電子裝置的角度來看,光學雷達市場依然在初期階段。

不過,這技術撕開的裂口卻讓我們看到背後龐大的市場。這絕不是簡單的單一垂直領域,光學雷達技術對其他產業的輻射能力會越來越強。

幾年前光學雷達還是默默無聞的技術,現在卻有了天翻地覆的變化。隨著價格下降,應用領域會更廣泛。因此對光學雷達來說,真正的增長階段還沒到來。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:shutterstock)

延伸閱讀: