隨著全球自動駕駛進入產品化和試運營的準備期，行業對固態激光雷達的呼聲越來越高。由於內部完全沒有移動部件，固態LiDAR的可靠性相比現有機械式激光雷達有很大提升。同時，因部件可以IC化，固態LiDAR能夠進行高度自動化的組裝和調校，相比機械式LiDAR也更容易實現批量化生產，並大幅降低量產成本，因此也被公認為是激光雷達實現大規模車載化的主流演進路線。為此，本期《華強電子》邀請了業內多家領先廠商，共同圍繞“傳統機械式激光雷達的成本及量產難題、固態LiDAR的主流商業化路線以及市場的發展趨勢”等備受關注的熱點話題展開探討。
成本與量產難題掣肘下 機械式LiDAR“難越關山”
“自動駕駛汽車到底用不用激光雷達？”這個問題其實業內已經爭論了很多年，發問的最初原因也在於激光雷達高昂的成本和較長的量產週期。即便到了今天，激光雷達的成本及量產問題依舊是“關山難越”，成為制約很多傳感器廠商和LiDAR需求方進一步拓展激光雷達應用及市場、推動自家產品實現智能化升級的根本癥結。
在LiDAR的成本構成中，主要包括物料和量產成本兩大塊。其中，物料成本是內因。眾所周知，當前的激光雷達戰場，機械旋轉式方案佔據著絕對的統治地位，目前除了美國Quanergy以外，各大主流的激光雷達供應商都是以機械旋轉式的產品線為主，並以此為基礎不斷推進更高線數產品的迭代。但是，機械旋轉式LiDAR的系統結構十分複雜，且各核心組件價格也都頗為昂貴，其中主要包括激光器、掃描器、光學組件、光電探測器、接收IC以及位置和導航器件等，這對廠商在物料採購方面的成本控制提出了諸多挑戰。
這些核心組件當中，成本佔比最大的當屬IC芯片，有業內人士告訴記者：“16線的機械式LiDAR一般需要16組IC芯片組，其中包括跨阻放大器（TIA）、低噪聲放大器(LNA)、比較器（Comparator）以及模數轉換器（ADC）等。據估算，每組的芯片成本大約在200美元左右，而16組的話芯片成本會高達3200美元，64組的話芯片成本則將翻倍，如果再加上激光器以及各種光學組件的成本，這個價格確實是相當高的。落實到量產車上的話，基本上平均價格會在6000到20000美元左右，顯然不符合當前車企們的預期。”
除了物料成本以外，作為核心的外部的影響因子，量產成本在LiDAR成本構成中也佔據著較大比重。深圳市鐳神智能系統有限公司總經理胡小波表示：“放眼全球，急速攀升的市場需求量和超低的供應量嚴重製約了激光雷達的產業突破。以美國激光雷達廠商Velodyne為例，自2016年起該公司就開始擴建工廠並企望量產，儘管近期Velodyne也在著手自動化工廠的建設，但當前LiDAR的生產仍主要依賴手工裝配，生產難度大，面對市場需求的爆發式增長，Velodyne的缺貨問題並未得到緩解。而公開市場上，線下渠道商也開始對多線激光雷達的價格採取加價銷售策略，乘勢大撈一筆。”
深圳市鐳神智能系統有限公司總經理胡小波
同時，在量產問題上，由於過於精密而複雜的內部結構，極大的增加了機械式LiDAR的光路調試、裝配等各種工序的難度。比如在裝配過程中，需要將發射和接收模塊進行精密的光學對準裝配，工作繁複不說且工作量巨大，耗時很長，且容易延誤生產週期，良率也難以保證。
胡小波補充到：“這也使得國內外絕大多數的激光雷達企業基本上很少選擇自建產線，大都選擇交由代工廠代工，這進一步加劇了LiDAR量產良品率低下、成本高昂的局面。但我們認為激光雷達是硬件、軟件以及算法三合一的綜合性產品，在製作的過程中設計的很多訣竅，如果單純交付給代工廠負責，相互之間的配合很困難。而自建工廠在很大程度上能夠保證量產的良品率，同時把控生產成本，能夠進一步解決LiDAR產品價格高昂等問題。目前，我們已在位於嘉善歸谷15000平米的生產廠房投入了近百條自動化及半自動化產線，能夠快速量產多種線數的激光雷達產品，充分保證了產能和良品率。”
多家主流供應商推動下 LiDAR“價格戰”初現端倪
縱使成本高企，但市場行情也在不斷髮生變化。今年以來，在行業老大哥Velodyne的牽頭下，激光雷達的“價格戰”已初現端倪。據胡小波介紹：“目前，市面上採用最多的就是美國Velodyne的激光雷達，其16線產品今年的市場價格定在4000美金（RMB35000元），相比去年的8000美金來說價格已降低了50%。大規模的市場需求是其成本降低的最大決定性因素，這個價格也引發了國內外激光雷達企業的軒然大波，引領整個市場快速向前發展。”
針對16線的降價問題，Velodyne亞洲區總監翁煒也作出瞭解釋，他表示：“16線激光雷達價格驟降的原因有四個：1.產能上升帶動價格下降的趨勢，這是我們新工廠擴建產生的積極效應；2.研發成本逐漸平攤，目前自動化的生產正日益完善；3.著力推動自動駕駛行業發展，以更為優惠的價格降低傳感器標配准入門檻；4.也是為了進一步拓展我們的第二代，第三代市場。”此外，翁煒也表示除16線以外，未來根據市場行情，其他線數的產品後期也會有相應的降價計劃。
或許是看到了Velodyne的大張旗鼓，越來越多的企業也開始走上“降價路線”。機械式LiDAR領域最典型的比如美國的Ouster公司，在Velodyne宣佈降價50%之後，該公司也宣佈旗下的16線產品價格下探到3500美元（RMB22363元），其他產品線也在不斷跟進Velodyne的同類產品價格，以保持自身產品的性價比。而固態LiDAR領域巨頭Quanergy也表示將根據行情及需求的變化，其激光雷達量產價格未來也會逐步從如今的250美元/臺向100美元/臺靠近。
與國外相比，國內供應商在產品的定價上相對更為貼近本國國情，一些16線的機械式LiDAR價格甚至定在Velodyne產品價格的1/3甚至1/10。胡小波也告訴記者：“2016年，我們的激光雷達核心芯片的研發就已經提上日程，2017年與以色列公司合作開發的三角法激光雷達芯片已經流片成功，同時與以色列公司建立了戰略合作關係，聯合開發3D FLASH固態激光雷達核心芯片，享有最低價格特權，同時鐳神與西電合作研發的多線和固態激光雷達核心芯片也於5月18日正式對外發布，這極大的幫助我們降低了激光雷達產品的量產成本。目前，我們的16線激光雷達已經量產，單臺價格為2萬元人民幣不等，後期大規模量產後單價為5000元，且交貨期一般為15天到30天左右，在業內擁有絕對的成本優勢。”
MEMS方案成LiDAR固態化先鋒 但短期內難具競爭優勢
不過，無論機械旋轉式LiDAR價格如何變動，想要落地到量產車上仍是不現實的。要真正實現LiDAR規模化普及的“小目標”，固態化方案才是當前業內公認最主流且最靠譜的技術路線，深圳市速騰聚創科技有限公司合夥人王嗣翔認為：“今年，業內基本達成一個共識，L3以上自動駕駛方案一定要用激光雷達。但是，傳統機械旋轉式雷達，基本是不可能在量產車上使用的，尤其是乘用車，這種雷達成本高，體積大，過車規困難。所以，大家才期待固態LiDAR的出現，固態方案不但成本低，而且性能更強，在分辨率上輕易超過機械多線，在上車最重要的穩定性上，固態沒有大型旋轉結構，更容易通過車規。”
深圳市速騰聚創科技有限公司合夥人王嗣翔
從掃描原理上看，固態激光雷達的方案可以細分為MEMS、OPA以及Flash等幾種形式。西安知微傳感技術有限公司董事長喬大勇告訴記者：“五年內，中遠距離激光雷達是MEMS固態的天下，短距離是Flash固態的天下。OPA的方案因為技術暫不成熟，因此兩年內估計不會有落地的產品出現，但在更遠的未來，OPA可能會取得技術突破從而佔據一席之地。而MEMS和Flash原理的固態激光雷達國內外像Innoviz、速騰聚創、知微傳感、禾賽科技以及北醒光子等多家公司都在努力通過車規認證，估計兩年內會有滿足車規的產品出現，能分別解決汽車對中遠距離和近距離固態LiDAR的要求。但是，由於無人駕駛技術真正落地可能還需要3到5年甚至更長的時間，在無人駕駛需求還沒有爆發之前，我們認為固態激光雷達可能還需要在智能交通管控、智能安防以及AGV等領域先試水。同時，一部分整車廠也在試圖自行開發固態激光雷達，這對於LiDAR的產業鏈會造成比較大的衝擊，LiDAR企業應該認真籌劃和思考該如何在產業鏈中找到自己合適的位置。”
“因此，我們也專門針對MEMS固態激光雷達開發了掃描器P1130，今年一季度的訂單量已經達到了10k，需求量最大的用戶是智能交通管控，其次是AGV。車載領域的話，目前主要有兩種客戶，不過都還是以產品驗證為主，其中一種是無人駕駛算法企業，主要集中在將普通車輛改裝使其具備無人駕駛功能，目前在封閉場景下的特種車輛改裝方面已經有一定營收，但這種需求並不大，單個企業應該在百臺以下；另一種是整車廠，追求的是通過前裝實現商用車或者乘用車的無人駕駛，這個落地的路徑很長，現階段都是場內試驗或者指定路段路試，這個需求量目前也不大，上量可能需要更長的時間。”喬大勇補充到。
西安知微傳感技術有限公司董事長喬大勇
王嗣翔也十分看好MEMS方案在固態LiDAR領域的發展潛力，他表示：“同樣是芯片級方案，千元級別的MEMS方案和OPA相比成本雖難以快速降到百元甚至十元級別，但是MEMS更容易做到遠距離，而OPA與Flash想達到200米距離還有大量的路要走。而且，MEMS激光雷達的芯片化特徵，使得它具有車規級、千元級、易量產的基因，因此這個方案將最先被OEM接受，成為第一代L3以上自動駕駛量產車的感知配件。”
那麼，與前文所述的傳統機械旋轉式LiDAR相比，MEMS方案的優勢有哪些具體體現？王嗣翔告訴記者：“這種LiDAR在關鍵的掃描方式上採用的是MEMS微振鏡，需要的激光發射器和接收器都非常少，在工作的時候只有微振鏡在擺動。相比之下，傳統機械多線LiDAR上每條線都需要一組激光發射接收器，數量多，同時這些接收和發射器在工作時都要通過旋轉完成掃描。因此，MEMS固態的優點就顯而易見了，激光發射接收器數量大幅度減少，大大降低了MEMS固態成本，而且掃描結構的微型化也極大的提升了MEMS固態LiDAR的穩定性，通過車規比較容易。此外，在分辨率的提高方面，MEMS固態LiDAR無需像傳統機械式那樣通過堆砌激光發射接收器數量來增加分辨率，它使用MEMS微振鏡偏轉控制激光光路從而完成掃描，只需要少數的激光發射器和接收器就能完成高分辨率的掃描效果，可以通過改變振鏡的工作方式來提高分辨率，並能指定視場角內部分區域進行集中掃描，掃描方式的可控性高。目前，我們已經在加緊推進MEMS固態LiDAR的量產了，在今年CES展出演示後，我們對方案進行了升級，並在北京車展上做了展出和演示。” 而不久前，國外廠商Innoluce也曾發佈一款固態LiDAR設計，把各種分立芯片集成設計到一套LiDAR控制芯片組中，最終將成本控制在了200美元以內，正是採用了MEMS微振鏡的方案。
但在短期以內，固態LiDAR在價格方面相比傳統機械式方案難具競爭優勢。喬大勇表示：“因為出貨量限制，固態LiDAR的BOM成本和裝調成本沒有批量優勢，現階段不可能比機械激光雷達便宜更多。比如，目前Velodyne的VLP-16 Puck機械激光雷達價格為3999美元，而一些國產的16線機械激光雷達的價格是3999美元的1/3甚至1/10，固態激光雷達價格暫時不會比國產16線激光雷達更具優勢。”
總而言之，現階段車載應用市場仍將是傳統機械旋轉式LiDAR的天下。針對成本以及量產等關鍵難題，編者認為核心芯片技術的自研尤為必要，相信經歷過近期“中興事件”後各大廠商定有所感悟；至於其他的核心零組件，在衡量成本以及性能二者之間平衡的基礎上，選擇國產替代方案可能會更具性價比。對於量產問題，可仿效Velodyne以及鐳神智能這類廠商，建立自己的自動化及半自動生產線來提升LiDAR生產效率，畢竟高效率的自動化產線投入已成為業內的主流趨勢。
針對價格方面的問題，相比國外的Velodyne以及Ouster等公司的產品，編者認為在充分量產之後，國產LiDAR在性價比上相對會更具優勢。而且，與這些國外企業相比，國內廠商更為理解本國市場行情及客戶的需求，在售後方面也更有保障。因此，對越來越多的做自動駕駛系統及量產車業務的廠商們而言，採用國內LiDAR傳感器產品作為替代方案會是更好的選擇。儘管在短短几年之內，我們難以看到固態LiDAR的普及放量，但隨著各LiDAR廠商在該領域的不斷“蓄力”，加之汽車智能化轉型機遇的快速逼近，一旦時機爆發，相信固態激光雷達定能“馳騁疆場、一鳴驚人”。
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