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Pure solid state LiDAR will achieve mass production

200线纯固态激光雷达将实现百美元级量产

曾在特斯拉做感知算法的资深工程师向业内人士反映,如果可以使用激光雷达的话,他们升级并完善自动驾驶系统的任务就会简单很多。而目前,特斯拉团队只能在视觉上下功夫。

绝大多数从事自动驾驶的技术专家都认为,采取这种“抛弃”激光雷达的方案用于L3级以上的自动驾驶的落地会造成两个问题。

首先,基于深度学习的视觉算法并不能完全覆盖所有场景,无法避免边缘案例误判的情况,且因其黑盒性造成很难建立可靠的误差和纠错模型。虽然系统会随着数据的训练量提升判断的准确性,但其提升的边际效用是指数递减的,性能很难超过某个饱和值;

另一方面,实现高性能的视觉算法对于硬件的要求非常之高,并不是所有自动驾驶的场景都可以负担昂贵的芯片和巨大的功耗。比如限定场景的物流、摆渡、清扫等。

从这个角度来看,如果加持激光雷达的真实3D数据的输入,不但提高了至关重要的安全性和冗余性,还可以极大简化感知算法的工作量和降低数据训练的成本,使自动驾驶快速落地和扩展到更广阔的场景。

洛微科技的团队相信,激光雷达迟早会像摄像头一样普及,成为低成本的车规级元器件。并且,这一天将很快到来。

激光雷达迎来量产周期

业内人士表示,激光雷达行业已经到了大规模量产的关键临界点,资本市场开始对该行业表现出了比以往更大的兴趣。

今年以来,激光雷达领域百花齐放,各家都在主攻自己选择的方向。市场定位逐步从传统的L4自动驾驶测试、地图测绘,延伸至高级别自动驾驶(L2+、L3)市场。

商用车(卡车)、乘用车以及消费类、工业类应用都在成为激光雷达公司的“战线”所及范围。

另外,高工智能汽车预计,明年开始,陆续落地量产的L3级自动驾驶新车也将带动一波激光雷达的前装规模化量产。

在激光雷达领域,机械式激光雷达研发最早,技术最成熟,虽然目前是市场中的主力产品,但其性能稳定性和可靠性依然频频被诸多行业人士诟病。

众所周知,激光雷达对于量产良率的考量要求非常之高。对于机械式激光雷达来讲,雷达线束越高,产品的良率也会不可避免地变差。

另外,大部分激光雷达线束乘以一倍,价格也会随之翻倍甚至更多。在保持一定的价格高位之后,就再也无法降价了。而这也从技术和商业的角度证明,机械式激光雷达不是一种最终可以走下去的方案。

因此,多数生产机械式雷达的公司都着手准备了PLAN B计划。在改进机械产品性能,降低成本的同时,也在积极备战固态激光雷达产品线。

固态化是实现激光雷达规模化普及的业内公认的技术方向,其中包括Flash、MEMS、OPA等固态技术流派。

其中,FLASH激光雷达出射光功率受限与人眼安全限制和功耗,导致测距非常有限,扫描速率低、串扰高,难以适应自动驾驶的需求。

而MEMS技术在严格意义上介于机械与固态技术之间。类似机械原理,本质上还是依靠微镜的震动来进行扫描。

因此,同机械式方案类似,其复杂的空间光学设计使其成本下降空间存在局限性;同时,不同于广泛应用的麦克风或IMU类MEMS芯片,大尺寸高扫描角度的MEMS微镜芯片对工艺要求极高,其可靠性的考验也非常之大。

从另一个角度来看,这类高难度的MEMS技术虽属于硅芯片方案,但其工艺和IC的工艺相差甚远,二者的半导体工艺无法通用,几乎没有Fabless-Foundry生态,导致核心芯片的可获得性较差。

而有业内人士认为,从商业角度,其核心芯片大概率会被巨头垄断,导致依赖该方案的激光雷达公司生存空间狭小,利润低下。

洛微科技CTO Andy强调,不管企业走哪条技术路线,掌握核心元器件才是企业做强做大的关键。“我们的产品一部分使用了自研的芯片,另一部分使用的是可获得性非常高的芯片。未来不用担心被其他供应商‘卡脖子’的问题。”

OPA和FMCW的高性价比方案

相较于上述两种激光雷达方案,基于硅光子芯片的光相控阵(OPA)方案量产的一致性高,可靠性好,成本更低,被认为有潜力成为统治固态激光雷达的方案。

洛微科技有限公司(Luminwave)的核心团队从事世界顶尖硅光技术研究超过15年,拥有硅光量产经验和成熟的自研硅光子OPA芯片技术方案。

其自研的专利硅光OPA技术可实现大视角和高分辨率的纯固态芯片级光扫描,解决传统机械式扫描和微机械扫描的成本和可靠性难题,并避免Flash方案的人眼安全和高光功率问题。

不过,OPA固态扫描需配合合适的测距技术和芯片来解决高信噪比、抗串扰和环境光干扰等难题。对此,洛微科技基于硅光子技术相应开发了可与OPA单芯片集成的连续波调频(FMCW)相干探测芯片。

依靠成熟的硅半导体CMOS工艺的硅光子技术,OPA芯片大量集成波长尺度的光学功能,解决了高分辨率和大视场角的光信号覆盖问题;

而FMCW的相干探测(Coherent Detection)芯片则可以解决高质量的测距问题。FMCW是利用产品内部的部分发射光对返回的信号进行相干放大,使激光雷达可以使用人眼安全的低光功率探测更远的距离。

而这种放大只针对和本器件发射光波长特性严格相同的信号光,以此便可以极大排除环境光和其他激光雷达信号的干扰。

此外,FMCW自带的多普勒效应可以提供直接测量的速度场,增加的速度维度可帮助算法更有效识别不同运动轨迹的物体。

总体上,使用LuminWave的硅光OPA扫描方案可允许软件定义任意扫描区域(Region of Interest or ROI),并可配合各类飞行时间(ToF)和调频连续波(FMCW)传感器,用最低成本实现产品的高性能。

Andy强调,硅光子是一个平台性的技术,和硅CMOS半导体工艺基本上是一致的。从生产环节来看,其优势在于,无论是台积电,还是小一点的晶圆厂,可选择的晶圆工艺线非常多,在生产中掌握最大的自主权。

当然,市场需求的本源来自于“负担得起”的技术,让激光雷达做好规模生产准备。据高工智能汽车了解,目前业内16线的机械雷达价格在2000美金左右,最高只能做到128线,而且价格更是高不可攀。

而对比来看,洛微科技研发的LW-SDL-200系列分辨率高达200线束,远高于目前市场上其他类型LiDAR的分辨率,其基于芯片化和摄像头化的产品技术方案,很快可以实现从原型到量产。因为采用的自研芯片方案可有效控制激光雷达的成本,零售价格可低至数百美金。

“我们认为从尺寸、成本、可靠性等角度来看,未来终极的激光雷达应该非常接近摄像头,你可以认为它就是一个主动发光、可以测距的摄像头。” Andy强调。

在生产环节中,洛微科技剑走偏锋,成功将该理念付诸实践。

“我们的产品从最初的设计就在围绕车规可靠性,因此选择借用车载摄像头的生产生态来做激光雷达。而摄像头生产封装的产业链对实现车规验证的方法已经轻车熟路,所以在车规认证方面,我们会走得比较顺利。” Andy解释。

而出于对产品定位的考量,洛微科技认为,目前行业内前向长距激光雷达的赛道比较拥挤,所以其第一代产品的定位是近距角雷达。

目前,洛微科技(Luminwave)第一代的纯固态成像级LiDAR已经开发完成并将于近期向自动驾驶客户提供样品,更低成本的MicroLiDAR已经进入量产并开始为辅助驾驶和消费类电子等客户批量供货。

未来3-5年,洛微科技将推出更多百元美金级的高性能LiDAR产品,进一步推动激光雷达在各领域的普及。

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