作者：David E. Zoia
概要
激光雷达已经发展到了3.0阶段，并且正在不断进步。以色列初创公司Opsys等开发商认为，200美元以下的传感器将成为未来的发展方向。随着汽车制造商纷纷与上游供应商合作，为即将到来的新一代ADAS功能提供支持，激光雷达领域的赢家正开始出现。
如果初创公司Opsys在苹果技术的帮助下成功了，则应做好准备，迎接激光雷达领域可能出现的第一次真正的优胜劣汰。
这家以色列公司是少数几家采用了消费电子巨头苹果iPhone核心技术的激光雷达开发商之一。这有可能将激光雷达的成本降低到大众市场的水平，并为未来几代汽车制定技术路线图。
但即使不考虑与苹果的合作带来的好处，Opsys的设计方法似乎也足以让这家初创公司在2025年之前成为竞争激烈的激光雷达领域的一个有力竞争者。
尽管该行业的震荡不可避免（甚至可能即将发生），但估计仍有70至100家激光雷达公司在抢占市场。目前，在路上行驶的车辆很少装有激光雷达——奥迪的Traffic Jam Pilot车型是第一个。但随着汽车制造商在其产品线中引入更高水平的先进驾驶辅助系统，以及自动驾驶车队开始上路，预计未来几年自动驾驶应用将激增。
如今，这70多家激光雷达公司的不同之处在于它们提供的技术类型、背后的资方以及它们已经或尚未形成的战略合作关系。这些因素将决定它们是否成功。Velodyne威力登是激光雷达领域的早期领导者，但此后许多公司已经赶上甚至些许超过了它，吸引了关键的战略投资者，并以较低价获取供应合同，但从长远来看，哪些技术和公司将胜出仍不清楚。
技术现状
英国研发咨询公司Technology Partnerships的自动驾驶技术负责人汤姆•杰利科（Tom Jellicoe）表示，“激光雷达技术已经进入3.0阶段，少数开发商正在竞相以市场能够承受的成本率先供应传感器。”
第一代激光雷达是安装在自动驾驶测试汽车车顶的大型旋转装置，成本在6万美元以上。它们已经被基于MEMS（微机电系统）半固态技术的更小的第二代设备所淘汰，这种设备可以更容易地被封装到量产汽车的格栅和大灯中。
尽管它们有机械反射镜，可以通过改变角度来引导少量激光束扫描场景，但总体而言，这些激光雷达的运动部件较少，从而提高了质量和可靠性。在过去几年里，其成本下降了一半，现在约为每辆车600美元左右，为未来在豪华汽车上的应用铺平道路。
例如，宝马将使用Innoviz的激光雷达，而沃尔沃也将在2022年的汽车上使用Luminar传感器。据报道，奥迪的供应商法雷奥（Valeo）最早也将于明年为现代捷恩斯（Genesis）提供产品，而采埃孚（ZF）控股40%的Ibeo、AEye及其股东大陆集团（Continental）表示，他们已与未具名的OEM达成短期协议。杰利科指出，“就OEM投资和订单而言，第2代激光雷达显然是当前的最佳选择。”
垂直腔面激光发射器（VCSEL）是否颠覆了行业？
即使第二代系统的应用已经开始占据主导地位，激光雷达已经进入了全固态技术的下一个发展阶段。固态技术去除了所有机械部件，意味着更低的成本、更好的质量和可靠性。然而，这项技术存在一定挑战。
第一波固态激光雷达的制造基于边缘发射激光技术。制造这些激光器的过程很复杂，因为半导体晶圆必须切成小方块，这样光才能从边缘发出，且它们还需要特殊的涂层。由于制造的复杂性，废品率高达80%-90%。
但包括Opsys在内的几家初创企业目前正专注于基于垂直腔面激光发射器（VCSEL）的技术。VCSEL半导体激光器的生产方式与大多数其他集成电路相同，即在晶圆上分层组件，不需要切割或特殊涂层。传统工艺的使用大大提高了产量，降低了成本，VCSEL的良品率在85%-95%范围内。
杰利科指出有四家公司在VCSEL方面处于领先地位：Ibeo、Sense Photonics、Ouster（从机械激光雷达起步，现已过渡到VCSEL开发）和Opsys。
Opsys执行主席Eitan Gertel表示，“VCSEL使我们可以在一个微型芯片上放置数千个激光器。”他补充说，“5年前，我们不可能使用边缘发光技术，因为每个激光器的成本是1-2美元。”
然而，闪光激光雷达面临着来自监管机构的严峻挑战。由于担心反复强烈的激光脉冲会损害视网膜，美国食品和药物管理局（FDA）限制了单一脉冲所能发射的光的强度。当光扩散到激光雷达的整个视场时，光的漫射量会变得太大，以至于激光雷达无法探测到远距离的物体。
这就是如今许多闪光激光雷达都专注于40-50米（130-165英尺）的近场应用的原因，这意味着汽车制造商仍可能需要依靠第二代MEMS技术来实现高速公路速度所需的远程探测。制造商认为，他们需要至少200米（656英尺）的探测范围，以便能够及早发现物体，以避免以超过70英里/小时（113公里/小时）的速度行驶的车辆发生碰撞。
微闪光解决方案
Opsys表示，他们已经用微闪光技术解决了这个距离问题。与更传统的闪光激光雷达触发所有激光或测序块不同，Opsys激光雷达能够一次快速触发几千激光，意味着专注于收集单个像素的图像数据的每一次闪光，能够最大强度地允许传感器“看得更远”。
Gertel表示，Opsys激光雷达能够探测到位于200米甚至更远距离的物体。该公司于2020年1月在拉斯维加斯的消费电子展（CES）上向潜在客户展示了其2.0设备，并于11月推出了较小的2.5版本进行测试。一款更小的3.0版本符合汽车ASIL B的要求，不同于大多数其他激光雷达，它不需要冷却，将在今年年底前准备在试产汽车中进行测试。
Opsys的盒子里有两个芯片，每个芯片都包含两个发射器和一个接收器，支持一组激光器。每个芯片覆盖前方大约300个像素的场景。由复杂软件单独控制的激光以每秒1000帧的速度扫描场景，这一速度比人眼和大脑能够吸收的速度快30倍，大约是汽车制造商目前要求的速度的30倍。
“因为Opsys激光雷达扫描非常快，每个像素可以在一秒钟内被检测几次，以确保准确性”，Gertel说，“我们努力确保这是一个真实的点，而不仅仅是糟糕的数据。”
苹果效应
Opsys将其激光雷达传感器的起始价格定为200美元，这意味着完全围绕一辆汽车实现完全自动驾驶的成本仅为1200美元。“而且我们的产品能够提供多于其他产品10倍的点云”，Gertel说。
他认为未来几年产品大小将进一步缩减50%，同时性能将再提升30%。Gertel还预测，由于苹果效应，成本可能会再削减30%。
由于苹果公司在其iPhone的人脸识别系统和其他应用程序中使用了VCSEL芯片，半导体行业正在迅速响应以满足需求。Gertel预测，随着产量的增长，VCSEL的成本将继续急剧下降。
他说，“一旦苹果决定使用这项技术，世界上几乎所有人都将投入大量资金试图生产。这使激光的成本降低了两个数量级，从1美元降到了1美分。这就是这类激光雷达能够使用的原因。”
这可能会使基于VCSEL的激光雷达赢得五年的传感器合同。杰利科说:“汽车行业购买产品的方式并不取决于谁的性能最好。谁能出最好的价格，谁就能得到合同。成本绝对是激光雷达的最关键部分。”
Opsys市场策略
Opsys成立于2016年，第一年潜心专注于开发自己的技术，并申请了十几项专利，以保护自己的知识产权。之后，公司才开始寻求外部融资，从风险投资和包括现代集团（Hyundai Group）在内的主要战略投资者处筹集了900万美元。2020年初的B轮融资获得了2200万美元的额外资金。
公司计划与合同制造商合作，使用Opsys拥有和开发的工具和流程生产激光雷达设备。但如果必要，公司也会与首选一级供应商合作。
公司已经获得了一些业务，包括与一家未具名的亚洲汽车制造商2022年的2+级和3级ADAS应用的合作。
当被问及激光雷达的市场规模有多大时，Gertel表示，“按照每辆车700-1400美元的平均价格计算，即使只有30%的汽车达到这个水平，这也是一个巨大的数字。这只是汽车行业。我们认为，将规模再缩小50%，可以让我们拥有超强的整合能力，并能够应对许多其他市场和应用。”
所有人都在猜测激光雷达领域接下来会发生什么。但VCSEL有机会成为下一个重大飞跃，将激光雷达的成本降至与雷达相似的水平——如果它们的效果如宣传的那样，那么围绕闪光技术的市场整合似乎是可能的。基于MEMS的第2代和基于闪光技术的第3代传感器之间的战争将在未来24-36个月内打响，制造商们将确定未来5年的ADAS业务，并开始押注激光雷达技术。
但这可能不会是故事的结束。杰利科指出，即将问世的4.0激光雷达技术，工作原理类似于多普勒雷达，但使用的是激光。这些传感器不仅可以测量距离，还可以检测速度。
Blackmore Sensors & Analytics公司是开发这种类型的调频连续波激光雷达的公司之一。该公司于2019年被自动驾驶汽车开发商Aurora收购，目标是在4级自动驾驶汽车上使用传感器。
由两名前苹果工程师领导并得到保时捷支持的加州初创公司Aeva，是另一家追求FMCW激光雷达路线的公司。去年11月，该公司首次公开募股（IPO）吸引了20多亿美元资金。