2021年02月19日 | 从禾赛科技看国产激光雷达芯片化发展道路

2021-02-19 来源：爱集微

激光雷达作为一种通过发射激光来测量物体与传感器之间精确距离的装置，广泛用于无人驾驶汽车和机器人领域，被誉为机器人的“眼睛”。不过，目前A股尚无核心业务是激光雷达的上市公司，随着禾赛科技冲刺科创板IPO，有望成为国内激光雷达“第一股”。

不久前，在《【IPO价值观】大客户频繁变动背后，禾赛科技能否装车量产成疑》一文中，笔者提到，激光雷达生产商能在未来的竞争中脱颖而出，技术路线并不是最重要的，能否装车量产应用才是取胜关键。行业人士也认为，判断雷达技术路线的最好逻辑就是看哪个能量产装车。

“量产装车”就是由终端市场客户说了算。随着无人驾驶和服务型机器人的普及，激光雷达大规模应用阶段需要显著降低成本、提高产品寿命。目前激光雷达路线众多，但可以批量出货的寥寥无几，而能满足终端客户「上百线数规格+数百万点频+百元美金级价格」的需求的更是凤毛麟角。

从PC的发展历程来看，激光雷达的芯片化是未来的发展方向。芯片化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，也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。

根据激光雷达的成本构成来看，并非所有芯片化技术都能给激光雷达带来大幅性能提升和成本下降。不过，禾赛科技开发的驱动、控制用的芯片并不能从根源上解决行业痛点，无法带来激光雷达量产装车和成本的质变。

激光雷达芯片化

激光雷达是结合了光学、电子、机械、软件、芯片、器件等技术，可以进行环境探测、数据处理和传输的智能传感器。其内部有数百个分立器件，在生产工艺方面，物料成本和设备调试成本高；在产品结构方面，机械部分增大了雷达的体积和重量。

因此，高度集成芯片化激光雷达就能解决以上两个痛点，为激光雷达的大规模量产和降本带来质变，从而加速无人驾驶发展进程。

据招股书披露，禾赛科技正在研发多通道激光驱动芯片、多通道模拟前端芯片以及高速高精度波形数字化技术与芯片。

2017年末禾赛科技成立了芯片部门，开展激光雷达专用芯片的研发工作。激光雷达专用芯片化研究包括激光驱动芯片、模拟前端芯片、数字化技术和芯片以及SoC芯片，其在激光雷达系统的功能如下图所示。

其中，芯片化V1.0成果多通道激光驱动芯片及多通道模拟前端芯片已完成量产，并应用于多个激光雷达研发项目和Pandar XT的量产项目。高精度数字化技术已应用于禾赛科技产品，模拟数字转换芯片已进入开发后期，在SoC芯片领域也进行了技术储备。

芯片化的主流方向

从上述禾赛科技的发展方向来看，其目前主要集中在驱动和控制芯片方面。

然而，按激光雷达的结构来看，激光雷达芯片化的方向主要有以下三个方面：发射端激光器器件平面化；接收端采用CMOS工艺的单光子探测器以及驱动、控制等方面相关的模拟、数字芯片。

具体来看，发射端方面，VCSEL（垂直腔面发射激光器）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。

接收端方面，逐渐采用CMOS工艺的单光子探测器。近年来，因为激光雷达行业的兴起，国内外多家探测器公司在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线性雪崩二极管探测器APD。未来几年内，随着设计和工艺的进一步优化，单光子探测器对APD性能的优势将越发明显。

结合发射端器件平面化和接收端单光子探测器的发展方向，采用VCSEL光源+单光子探测器的组合方式，该架构可应用于长距雷达。

第三个发展就是模拟、数字芯片。针对激光雷达应用特点，定制开发VCESL和单光子器件的专用芯片能够进一步提升系统性能、增强可靠性以及降低成本，是未来的发展趋势。

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。单光子接收端片上集成芯片SoC通过片内集成探测器等模块，能够直接输出距离、反射率信息，而且能够逐步代替主控芯片FPGA的功能。

降本提效重在光学芯片集成化

据悉，当前禾赛科技正在进行VCSEL驱动芯片及单光子SoC芯片的开发，且取得初步成果，未来在芯片化的发展战略指导下，专用芯片的研究成果将应用到激光雷达产品中。

在招股书中，禾赛科技表示，自研芯片的使用为产品在性能、集成度和成本上带来了竞争优势。

不过，根据激光雷达的成本构成来看，并非所有芯片化技术都能给激光雷达带来大幅性能提升和成本下降。

激光雷达实质是一个由多种部件构成的光机电系统。其中光电系统包括发射模组、接收模组、测时模组（TDC/ADC）和控制模组四部分构成。激光雷达降本的关键，并不是对电学芯片的集成，而在于对光学芯片的集成。

行业人士表示，在激光雷达整机成本中，光电系统的成本占了70%。由此可知，在光电系统中，激光雷达最核心的是光学芯片，驱动、测时、控制都是辅助光学芯片工作的模组，测时模组与控制模组的占比，无论是成本还是重量上都只有很少的部分。

因此，驱动、测时、控制模块的芯片化无法带来激光雷达产品形态和成本的质变。也就是说，禾赛科技，开发的驱动、控制用的芯片并不能从根源上解决行业痛点，为激光雷达的大规模量产和降本提效带来质变。

综上来看，禾赛科技下一代的激光雷达产品要实现小型化、轻量化、满足车规要求，并且推动降本提效，不仅要实现驱动模组和控制模组的芯片化，更重要的是要实现光学芯片的集成化。

禾赛科技