2022年，激光雷達“井噴式”上車，且國內廠商在這一賽道“搶跑”成功，但一時領先并不意味著一定能率先沖線。
硬科技早期投資機構中科創星創始合伙人米磊表示:“中國在制造業上有很好的基礎，且在人工成本上有顯著優勢。國內的激光雷達供應商抓住機會快速崛起，搶占了一定的先機。而進入到純固態激光雷達的階段，或許國內外供應商將在技術上展開更深入的較量?！?/p>
現階段，車載激光雷達多種技術“百花齊放”，密集上車的半固態方案只被視為是“過渡方案”，至于終極方案上，固態激光雷達是“眾望所歸”，且業界正在探索“深度集成化芯片架構”這一條振奮人心的路，一如在感知層面已發展多年的攝像頭、毫米波雷達等傳感器最終都以純芯片的方案前裝上車，他們相信激光雷達也會遵循這個第一性原理，當然這也是更符合“車規+量產+成本+安全”的路徑。
固態測距有限？從探測層面突破是“正解”
可以說，固態激光雷達的“未來已來”。去年，禾賽、速騰、亮道等相繼發布純固態補盲激光雷達新品或新進展，且預計最早2023年下半年就能進入量產。
與大陸集團以及Ibeo量產的固態方案類似，禾賽、速騰、亮道的固態補盲方案也幾乎沿用Flash純固態VCSEL+SPAD架構，且能借助成熟的標準CMOS工藝快速實現規模量產，持續降本，另外集成度高，尺寸小，可與車身融為一體，提升整車的美觀性。
但美中不足的是，探測距離十分有限，在30m左右，因此現主要用于側向補盲雷達。未來，固態激光雷達要作為前向雷達，測距瓶頸還有待突破。
追根溯源，飛芯電子CEO雷述宇認為探測不夠遠有兩大根本的原因。
一方面，傳統Flash方式脫胎于CMOS傳感器，但CMOS傳感器跟激光雷達有本質的區別:CMOS傳感器不在乎接收的光源，只希望接收的光越多越好，靈敏度就會越高；但激光雷達有一個強烈的訴求，想要接收的是自身發射打到物體反射回來的光，而事實上，傳統Flash方式沒有信號區分的能力，所有的光都要接收，但在物體比較遠的情況下，有效功率在總功率中占比極低，傳感器就會被“非我”信號占用，顯而易見靈敏度會大大受限，并影響到測量距離的能力。
另一方面，Flash是一個成像的方案，由于成像要同時測近和測遠，而激光雷達自身發光的信號與距離平方成反比，如果傳感器沒有足夠大的動態范圍，近端物體飽和了，從遠端物體收來的能量卻還不足以讀出電路噪聲，也會限制激光雷達測遠的能力。
這也反映出，現有固態激光雷達測距有限的根源在Flash掃描方式的原理中。因此，雷述宇指出，必須要進行原理性的突破，換一個方向切入，即從探測機理層面去解決測距不夠遠的問題，實現接收陣列芯片盡可能在多個干擾光中接收到其所需要的光，而非接收所有的光，并形成有效探測。
同樣堅定看好從探測方面尋找出路的還有洛微科技?！霸缜?，業界有幾家企業在做全固態激光雷達掃描方案，在技術研發、降本、量產等方面確實走在了最前沿。但也碰到不同的問題，包括產業鏈不完善、技術過早、測距有限等，經過這幾年的發展，業內逐漸意識到，第一步真正需要解決的并不是掃描的問題，而是探測的問題。”洛微科技CEO馮寧寧告訴集微網。
那么，從探測入手，固態純芯片方案之路又該如何走呢？
路線尚無定論？Flash與OPA，ToF與FMCW各有選擇
從探測機理深入解決問題或是正解，但具體到采用何種探測方式也還沒有統一路線。
在固態技術的大方向下，Flash和OPA的掃描方式各有利弊。全固態Flash系統發射面陣光，一次性成像、系統簡潔、可靠性更高，更易達到車規標準，但如上文提及其很難區分其他激光雷達的信號。OPA是能實現一種無任何機械元件的光束掃描，優點是掃描速度快、易于控制視場角，但其在芯片材料、光源選擇、制造工藝等方面也存在難點。
而ToF和FMCW的測距方式也各有優劣。
目前，市面上的固態激光雷達多數采用ToF方式測距。ToF的技術發展多年、比較成熟，且對應激光器以905nm為主，近外紅激光器體系，采用GaAs材料，產業十分成熟，成本已經很低，但容易受到激光信號干擾，且接近可見光光譜，人眼的視網膜對其更敏感，考慮到人眼安全，其最大激光功率受到限制，當然探測距離存在瓶頸。
FMCW則是通過發射頻率調制的連續波，并接收目標物反射信號的方式，對于目標物體進行距離探測，這個過程會用到多普勒效應，進而還可以直接測量目標物的精確速度。在車載應用方面，為了滿足其對點頻和距離的需求，必須使用多通道的解決方案，系統由此變得非常復雜。此外，與FMCW搭配的通常是基于1550nm波段的激光器，可以把光功率做得很高，探測距離自然更遠，但1550nm激光器使用的材料不是硅基，而是化合物半導體材料InGaAs，還需要外部電源和復雜的電子控制裝置，成本方面具有非常大的挑戰。
目前車載激光雷達尚處于發展初期，固態里選哪個方案尚無定論，如何選擇還是取決于公司對市場的理解，以及自身的技術積淀。
雷述宇曾在紅外探測器芯片領域深耕超過10年，在充分考慮生產端的成熟度、市場需求，以及技術可行性后確定走Flash+ ToF的技術路線。而這一技術路線上車最難解決的問題上文也有所提及，即如何解決雷達間的強干擾問題。
雷述宇指出:“現在布局全固態激光雷達的企業不少，但關鍵在于原理性沒有突破，只相當于對傳統的CMOS傳感器做了一些改進而形成ToF，但這不能滿足車載Flash的要求。因此，我們要設計具有強抗干擾能力的Flash方式的芯片，這充分考驗一個團隊的積累和設計能力，因為它沒有借鑒，不像其他芯片有國際方案作為參考?！?/p>
如今，飛芯電子團隊在探測機理層面解決了傳統全固態Flash的抗干擾難及測距短等問題:用獨有專利實現了一種基于偽隨機序列的Flash體制長距離、抗干擾激光雷達技術。且雷述宇認為越簡潔的系統才能越可靠，飛芯的類攝像頭的激光雷達，不需掃描，系統只用5個組件，即3個電學芯片:發射端的激光驅動芯片、激光器芯片、接收探測陣列芯片，2個光學組件:收、發兩套光學組件。目前，飛芯電子的車載產品已進入客戶試樣階段。
洛微科技團隊則因具備15年以上的硅光芯片研發和產品化經驗，以及全棧的光電產品開發經驗積累，因此選擇了OPA+FMCW技術。但如上所言，該方案落地難度不小。洛微科技另辟蹊徑，從擅長的硅光平臺入手來解決成本、可制造性和可靠性等問題。
馮寧寧表示:“對于激光雷達這樣一個光電系統來說，芯片是最大成本，所以需要一定的‘第一性原理思考’，開始就要全盤考慮芯片的材料、工藝和尺寸。因此，我們選擇采用硅光技術，使用生態成熟的硅基材料和CMOS工藝體系。同時，整個系統也應越簡單越好，而系統的簡化需要芯片的集成度越高越好，而對于光電系統，只有硅光的平臺可以提供如此高和復雜的集成度，這就是我們方案選擇的基本邏輯。”今年，洛微科技的硅光FMCW 4D激光雷達 F系列也將正式給客戶送樣。
難被“卡脖子”？產業鏈成熟下技術迭代是關鍵
備受業內關注的是，這一固態激光雷達產業鏈中是否有“卡脖子”的環節？
可以看出，在純固態方案上，飛芯電子和洛微科技都選擇采用類攝像頭的成熟產業鏈，供應鏈方面的困難可以減小。
在雷述宇看來，目前國內上游的代工廠商及下游的光電模組廠商都十分成熟和完備，唯一備受考驗和挑戰的就是芯片設計環節。
馮寧寧也指出，洛微的產品方案很多設計比較接近攝像頭，國內能提供車規級的攝像頭模組的代工廠相對比較成熟，可以保證產品快速進入量產。
“洛微的激光雷達產品中跟光相關的芯片不論是掃描還是測距的FMCW芯片都是自己設計，目前使用的CMOS工藝比較成熟，會暫時選擇海外的代工廠，短期利用成熟的供應鏈來進行量產，長期來看也會考慮自主產線?！瘪T寧寧說。
當然，技術要真的實現大規模上車也不乏挑戰。雷述宇認為，技術端未來如何獲得更好的抗干擾或者說匹配濾波的能力，還需要不斷地迭代；產業端，做新型的傳感器一定要與代工廠有良好的合作，新型傳感器并不能直接使用代工廠的標準工藝，很多方面需要代工廠使用更好的工藝設計，生產更好的器件來滿足激光雷達芯片的基本要求；應用端需要和客戶溝通他們到底需要什么，用什么的方案更能滿足他們的需求，這樣他們對新的方案也有更多的理解和寬容，這是市場培育的一個工作。
對于洛微科技而言，OPA+FMCW無疑是一條高壁壘且難走的路，但他們認為這是正確的路且堅定走下去。馮寧寧認為:“目前的硅光芯片方案是比較新的技術，在激光雷達領域芯片迭代還需要足夠長的時間。除此之外，激光雷達本身也是一個比較復雜的系統，想做成一個完整符合車規要求，成本可控的產品，在工程上還有許多坑需要邁過去?？赡苓€需要一兩年，FMCW激光雷達才會達到符合車規量產化的程度?！?/p>
但上述受訪廠商對固態激光雷達這一賽道的前景及國內供應商的發展充滿期待，他們認為現在的半固態方案只是“過渡方案”，固態方案將在2025年左右落地，且在該領域國內外廠商的起跑線基本相同，并表示跟已經比較成熟的毫米波雷達產品相比，在中國產業鏈的研發速度和迭代速度助力下，在固態激光雷達這個新的領域上有信心超越國際上的其他對手。
寫在最后
產業界雖對固態激光雷達大方向已達成共識，但從芯片設計、制造成本到系統集成，落地應用仍面臨不少挑戰。當然，中國的供應商已在這些領域布局并有所成果。米磊指出，“激光雷達與芯片行業的發展情況類似，自20 世紀60年代發明以來，曾經昂貴、笨重的激光雷達，體積正不斷縮小，價格也逐漸趨于穩定。”中國有廣闊的市場機會，但還需要努力去把這些優勢真正轉化成為勝勢。
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