By Jeff Dorsch,, SEMICONDUCTOR ENGINEERING（節選）
術語小百科：
光(guāng)學雷達，簡稱「光(guāng)達」(LiDAR)，是以發射雷射光(guāng)束探測目標的(de)位置、速度等特徵量的(de)雷達系統，也(yě)就是無人(rén)車上不停旋轉發射的(de)雷射光(guāng)束的(de)「帽子」，透過反射回來的(de)信號繪製出周圍環境的(de) 3D 模型。
雖然該技術主要為自動駕駛開發服務，但其應用(yòng)正在以迅猛的(de)速度進入其它領域。
光(guāng)學雷達不僅正成為自動駕駛技術中越來越重要的(de)一部分(fēn)，也(yě)促進著電腦視覺和(hé)雷達感測器晶片的(de)發展。與此同時，光(guāng)學雷達系統也(yě)正在進入各種其他(tā)應用(yòng)領域，例如機器人(rén)和(hé)無人(rén)機的(de)工業自動化(huà)領域。
對光(guāng)學雷達而言，作為該技術的(de)最初應用(yòng)領域，高(gāo)級測繪是其另一個快(kuài)速增長的(de)市場。隨著光(guāng)學雷達技術的(de)新發展，測繪系統變得(de)更加強大(dà)而複雜，該領域的(de)相關工作也(yě)取得(de)了(le)顯著的(de)進展。事實上，光(guāng)學雷達已被應用(yòng)到在瓜地馬拉的(de)叢林(lín)中定位龐大(dà)的(de)馬雅都市，其中包括幾個世紀以來一直被隱藏著的(de)數千種結構和(hé)數千條縱橫交錯的(de)商業道路。
馬雅都市蒂卡爾的(de)新發現（圖片來源：http://wemedia.ifeng.com）
越來越多(duō)的(de)應用(yòng)案例以及技術的(de)持續改進對於光(guāng)學雷達市場來說是個良好的(de)開端。ABI Research 預測，截至 2027 年，汽車光(guāng)學雷達的(de)市場價值將達到近 130 億美(měi)元。
隨著光(guāng)學雷達的(de)發展，相關市場也(yě)會出現增長。據 Yole Développement 預測，氮化(huà)鎵功率器件的(de)市場將在未來五年內實現 79％ 的(de)年複合增長率，並在 2022 年底達到 4. 6 億美(měi)元。 該市場研究公司表示，氮化(huà)鎵功率技術非常適用(yòng)於高(gāo)性能和(hé)高(gāo)頻率器件。Yole 的(de) Ana Villamor 指出：「光(guāng)學雷達、無線電源和(hé)封包追蹤是高(gāo)階的(de)低 / 中電壓應用(yòng)，而氮化(huà)鎵是唯一能夠滿足其要求的(de)現有技術。」
因此，雖然領先的(de)光(guāng)學雷達供應商依然追求著自動駕駛汽車的(de)願景，但除了(le)開發先進的(de)駕駛員輔助系統之外，他(tā)們還在為無人(rén)機、工業系統和(hé)測繪領域開發產品。
自動駕駛 / 輔助駕駛
目前，光(guāng)學雷達的(de)最大(dà)商機與市場仍然是汽車領域，並且正在努力透過固態設計減少運動部件的(de)數量和(hé)相應系統的(de)成本。
也(yě)因此引發了(le)光(guāng)學雷達領域的(de)激烈競爭。Cadence 定制 IC 封裝事業部高(gāo)級研發總監 Ian Dennison 指出，「競爭的(de)目標是低成本、小尺寸的(de)固態光(guāng)學雷達，標價需要降到 200 美(měi)元或更低…仿佛又是一場淘金熱…這個領域有很多(duō)初創公司，吸引了(le)大(dà)量的(de)投資。而其魅力的(de)部分(fēn)原因在於它混合了(le)各式各樣的(de)矽設計技術：CMOS，矽光(guāng)子學，矽 MEMS 等。不同的(de)參與者對技術組合持有不同的(de)看法。」
Dennison 同時指出光(guāng)學雷達有著出色的(de)深度解析度技術，「這對於自動駕駛汽車的(de)表徵具有很大(dà)的(de)好處，是光(guāng)學雷達真正的(de)殺手鐧 。」
殊途同歸
光(guāng)學雷達的(de)發展也(yě)推動了(le)對用(yòng)氮化(huà)鎵和(hé)其他(tā)特種半導體材料製造的(de)高(gāo)電流、高(gāo)頻、低電阻、低電容功率電晶體的(de)需求。
部分(fēn)專家因為 MEMS 器件具有移動部件而認為它們不是固態元件，一些光(guāng)學雷達供應商也(yě)已經由 MEMS 而轉向相控陣。
「不同的(de)人(rén)採取不同的(de)方法，」 Cadence 的(de) Dennison 表示：「矽光(guāng)子學非常適合像光(guāng)學雷達這樣的(de)、基於光(guāng)的(de)應用(yòng)。如果你可(kě)以使用(yòng)光(guāng)子學來操縱光(guāng)線，那麼你已經開始研究一種不企圖跟上光(guāng)頻率的(de)解決方案——使用(yòng)原始光(guāng)線的(de)方案。」
Dennison 指出，將 MEMS 與光(guāng)子學、CMOS 晶片相結合代表了(le)協同設計的(de)領域，「這就是混合技術。」
投資熱潮
光(guāng)學雷達的(de)可(kě)觀前景也(yě)引發著投資熱潮。該系統的(de)三家主要供應商都位於矽谷 —— Velodyne LiDAR，Quanergy Systems 和(hé) Cepton Technologies，這三家都在過去一年中擴大(dà)了(le)業務範圍。
這些公司在為大(dà)型汽車製造商及其一級供應商開發成熟的(de)光(guāng)學雷達系統的(de)同時，也(yě)面臨著來自資金雄厚的(de)初創公司的(de)競爭挑戰。Aurora Innovation 剛剛獲得(de)了(le)由 Greylock Partners 和(hé) Index Ventures 共同領投的(de) A 輪融資 9000 萬美(měi)元；密西根州的(de) May Mobility 從 BMW i Ventures 和(hé) Toyota AI Ventures 獲得(de)了(le) 1150 萬美(měi)元的(de)種子資金；位於西雅圖的(de) SEEVA Technologies 從 Revolution's Rise of the Rest Seed Fund 和(hé)其他(tā)投資者那裡獲得(de)了(le) 200 萬美(měi)元。正在開發自動駕駛運載工具的(de) Nuro，最近公佈從 Banyan Capital 和(hé) Greylock Partners 獲得(de)了(le) A 輪融資 9200 萬美(měi)元。加拿大(dà)魁北(běi)克市的(de) LeddarTech 去年獲得(de)了(le)由 Osram 領投的(de) C 輪融資 1.01 億美(měi)元，其中的(de)投資者包括 Delphi Automotive、Magneti Marelli 和(hé) Integrated Device Technology。
「我們認為市場需要兩樣東西，」 Velodyne（總部位於加利福尼亞州聖約瑟市）首席技術官 Anand Gopalan 表示：「機器人(rén)軸的(de)高(gāo)性能感測器和(hé) ADAS（先進駕駛輔助系統）應用(yòng)的(de)小型感測器。」 但他(tā)也(yě)將工業應用(yòng)視為光(guāng)學雷達系統、無人(rén)機和(hé)測繪的(de)快(kuài)速增長市場。
「測繪市場將繼續發展壯大(dà)，」他(tā)表示： 「我們的(de)重點將從簡單地提供高(gāo)清地圖轉向提供可(kě)實現自動駕駛的(de)高(gāo)清地圖。可(kě)以預見，具有 360° 視野和(hé)真正精確的(de)光(guāng)學雷達的(de)互動式測繪市場是非常重要的(de)，因為這樣可(kě)以拍(pāi)攝出高(gāo)清晰度的(de)地圖，我們相信該領域將會繼續得(de)到大(dà)力發展。人(rén)們正在全面地發現光(guāng)學雷達的(de)許多(duō)有趣用(yòng)途，例如區域測繪。總體來說，光(guāng)學雷達作為一個領域，能實現多(duō)種多(duō)樣的(de)新型應用(yòng)是令人(rén)興奮的(de)。當然，在 ADAS 領域，光(guāng)學雷達已成為大(dà)多(duō)數 ADAS 系統的(de)一種模式：全世界的(de)電動汽車和(hé) ADAS 專案都在使用(yòng)光(guāng)學雷達。」
當道路上有積雪(xuě)覆蓋了(le)車道標記而使電腦視覺系統難以工作時，光(guāng)學雷達的(de)作用(yòng)則更加得(de)以凸顯。
Velodyne 的(de)光(guāng)學雷達模組（資料來源：Velodyne）
根據 Velodyne 首席技術長的(de)闡述，開發汽車級光(guāng)學雷達的(de)一大(dà)挑戰是環境問題，例如如何在 105°C、高(gāo)達 150°C、或低至 -40°C 的(de)溫度條件下(xià)工作。該挑戰對汽車應用(yòng)至關重要，而汽車應用(yòng)又將推動其他(tā)應用(yòng)和(hé)功能的(de)發展。
Gopalan 表示：「當光(guāng)學雷達被投入應用(yòng)時，也(yě)意味著在其背後有著越來越多(duō)的(de)智慧模組為其提供高(gāo)階功能，如當地語系化(huà)或物(wù)件跟蹤功能。光(guāng)學雷達中的(de)計算(suàn)量也(yě)在不斷增加。在接下(xià)來的(de)幾年中，內嵌智慧模組的(de)感測器領域將出現更多(duō)有趣的(de)產品。」
Quanergy 首席執行官 Louay Eldada 也(yě)對光(guāng)學雷達市場的(de)迅猛發展趨勢表示認同。 「這是真的(de)。我們可(kě)以更坦然地應對質疑，」他(tā)表示，「我們的(de)業務在汽車安全、工業自動化(huà)以及無人(rén)機進行地面和(hé)航空測繪等方面都取得(de)了(le)可(kě)喜的(de)成績。」
Quanergy 採用(yòng)光(guāng)學相位陣列製造固態光(guāng)學雷達產品。根據 Eldada 的(de)闡述，他(tā)們的(de)目標是將光(guāng)學雷達片上系統設備的(de)價格降至 100 美(měi)元，「光(guāng)學雷達是第 4 級必備的(de)主要感測器。我們希望為汽車行業提供支持。」
Quanergy 的(de)固態光(guāng)學雷達感測器（資料來源：Quanergy）
目前從事光(guāng)學雷達業務的(de)公司約有 50 家，未來幾年該領域將會出現優勝劣汰。但從短期來看，新公司仍在崛起。 Cepton Technologies 成立於 2016 年，該公司的(de)工程副總裁 Mark McCord 表示，他(tā)的(de)團隊正緻力於汽車應用(yòng)中的(de)遠端感測器，並預計在今年下(xià)半年推出汽車級產品。
Cepton 業務開發總監 Wei Wei 表示，在光(guāng)學雷達市場的(de) 50 家公司中，隻有不到 5 家能夠提供 200 米或距離更遠的(de)光(guāng)學雷達系統。他(tā)認為，到今年年底，更多(duō)的(de)汽車製造商將向市場推出自家最先進的(de)汽車產品。
結語
就汽車電子而言，光(guāng)學雷達市場仍處於初期階段；但這項技術的(de)市場正在跨越單一的(de)垂直市場而蓬勃發展著。測繪已經成為光(guāng)學雷達技術的(de)重要應用(yòng)，感測器在無人(rén)機和(hé)機器人(rén)領域的(de)應用(yòng)也(yě)前景可(kě)期。
考慮到這項技術的(de)概念在幾年前還很模糊，目前的(de)階段已經取得(de)了(le)很大(dà)的(de)進步。而隨著價格的(de)不斷下(xià)降，光(guāng)學雷達技術無疑將出現在更多(duō)的(de)應用(yòng)領域中，真正迅猛的(de)發展階段即將到來，讓我們翹首以待。
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