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【芯视野】华为们都在押注 激光雷达的胜算与焦虑

来源:爱集微

#激光雷达#

04-12 11:12

(集微网报道)近日,来自以色列的激光雷达供应商Innoviz成功曲线上市,完成了3.71亿万美元的募资。在去年12月,处在同一赛道的Luminar也用同样的手法登陆纳斯达克。尽管被寄予厚望的“中国激光雷达第一股”禾赛科技撤回IPO申请,业界对激光雷达的追捧却有增无减。

无论是小鹏、蔚来、百度等造车新势力,还是一汽、长城等传统大厂,无不争先恐后进行投入。将重心转移到汽车的华为更是亲自下场,誓用自己的产品改写市场格局。

面对这个价值180亿美元的市场,中外各路选手都在蓄势待发,今年能否成为破局之年呢?

脱离质疑

狂人马斯克一向对自动驾驶的技术选择颇为激进,唯独对“激光雷达”不感冒,“激光雷达是个愚蠢的解决方案,谁用谁倒霉(Lidar is a fool, Anyone relying on lidar is doomed)”的言论就出自他口中。

马斯克认为强大的主控芯片、摄像头、毫米波雷达和算法的组合就能搞定一切。不过,从事过激光雷达开发的投资人刘明(化名)认为另有原因:“在马斯克开发自驾之初,激光雷达的成本要达好几万美元,他自然不会选择了。”

作为行业鼻祖的Velodyne公司,其64线雷达最高可卖到70万美元一台,入门级的16线雷达也要卖8000美元。即使经过几次调价,主流激光雷达的价格已经下探至3000美元,还有一些国内厂商将价格做到1000多美元,但是与其他方案相比,其仍显价格过高。

比如,摄像头、超声波雷达、毫米波雷达平均成本分别为60美元、12美元、90美元,按当前1个前视摄像头+ 4个环视摄像头+12个超声波雷达+3个毫米波雷达的主流组合,总成本也就是700美元左右。

有趣的是,除了特斯拉外的厂商还是一致选择了激光雷达。因为与摄像头、毫米波雷达等方案相比,激光雷达具有高性能、高分辨率、高精度等非常明显的优点。

激光雷达以激光信号来探测目标,不但可以获得位置信息,还可以根据反射率来区分目标物质的不同材质。由于激光频率高,波长短,所以可以获得极高的角度、距离和速度信息。并且,利用多谱勒成像技术,激光雷达可以创建出目标清晰的3D图像,这是其无可比拟的优势。

摄像头也有不错的信息获取能力,但遇见较强的反光,或者以白色为基调的物体时,则可能会判断成云朵甚至认为没有障碍物。特斯拉的事故就说明了这个问题,即便还配备了毫米波雷达,但受限于感知距离较短,如果车速过快,系统也无法迅速响应。

理想汽车首席执行官李想曾表示:“摄像头+毫米波雷达的组合像青蛙的眼睛,对于动态物体判断还好,对于非标准的静态物体几乎无能。视觉在这个层面的进展几乎停滞,哪怕是动态,车辆以外的识别率也低于80%,千万别真当自动驾驶来使用。”

再不用说弱光和黑暗环境下,激光雷达的表现更远胜摄像头。因此,谷歌Waymo、国内的百度Apollo等都以激光雷达主导,搭配摄像头、毫米波雷达等元件一起来使用。业界也基本达成共识,不依靠激光雷达,实现有效的L2.5级以上自驾是非常困难的。

2020年的CES就成了激光雷达的狂欢节,来自全球30多家厂商的产品让汽车行业目眩神迷。无论是产品的核心性能指标(视场角、分辨率、测距范围)、还是关键的价格(1000美金成为分水岭),激光雷达都展示了能全面商用的实力。

到2020年末,华为也正式发布了车规级96线激光雷达产品,更是为这个市场又点了一把火。

条条大路通罗马

激光雷达的分类非常复杂,一个经常出现的分类是按线数(激光光束数量)来划分,因为线数的多少就决定着激光雷达的扫描精度,也划分了产品的具体档次。

根据线数的不同,激光雷达又具体分为2D、2.5D(1,4,8线)和3D(16,32,64线)三类产品。按照业内的认知,自动驾驶要3D,至少是16线以上,一般都是64线以上,最新要求100线以上。

64线激光雷达的价格非常“感人”,一般在上万美元左右。因此,华为推出的96线激光雷达号称要将价格降到200美元左右,无疑在市场上掀起了巨大的波澜。

如果按扫描结构划分,激光雷达又可以分为两大类:机械式和固态激光雷达。机械式的装配困难、扫描频率低;固态激光雷达有3种实现方式:MEMS、Flash和光学相控阵(optical phased array, OPA)。

最早期的产品就是机械式激光雷达,这也是技术最成熟的产品,目前主要应用于Robotaxi(自驾出租车)领域,属于市场主力。从商业化的角度来看,机械旋转式雷达成本高,体积大,且很难通过车规级验证,不适合自动驾驶汽车的前装量产。

将机械扫描系统进行革新,就出现了MEMS(微机电系统)激光雷达。其采用了MEMS微镜,把所有的机械部件集成到单个芯片上,利用半导体工艺生产,不需要机械式旋转电机,而是以电的方式来控制光束。由于微镜振动幅度很小,频率高,成本低,技术成熟,主流的方案都在向MEMS方向靠拢。

MEMS激光雷达也被称为半固态激光雷达,与之相对的则是全固态激光雷达。OPA激光雷达就是一种全固态激光雷达,由光电元件阵列组成,通过控制每个元件发射光的相位和振幅来控制光束,无需任何机械部件。

OPA激光雷达具有无惯性器件、精确稳定、方向可任意控制等优点,成为近年来研究的热点,液晶、集成波导光学相控阵等固态技术方法层出不穷。

因其体积大幅减少,装配时间也可控,可靠性高,但受到芯片成熟度不足等各种问题的牵制,离落地还有一段较长的路要走。

最前沿的是Flash激光雷达,虽暂时无法同时满足远近成像的要求,但随着单光子面阵探测技术的成熟,有望成为未来的激光雷达技术路线方向。

图 各种激光雷达比较(来自银河证券)

自动驾驶的巨大需求是激光雷达技术演进的动力和目标。按照目前全球主要汽车制造商的预估,1000美元以下是L4自动驾驶的激光雷达规模化采购的价格目标,而L2+、L3的价格目标在500美元以下。

为了解决成本问题,各家厂商正在固态激光雷达的三条技术路线上精耕细作,都希望将价格降低到几百美元,甚至100美元以下。

不过业内人士指出,激光雷达厂商要在未来的竞争中脱颖而出,技术路线并不是最重要的,能否商业化应用才是取胜关键,而这取决于其是否能平衡光源、接收、光路控制等方向的成本、量产进度以及其可靠性。

还有一点,每家汽车原始设备制造商(OEM)和汽车一级供应商均有着不同的要求(视场角、探测距离等参数,以及安装激光雷达的位置)。因此,这个市场不一定会形成一家独大的局面。

一步之遥

从2020年开始,多家车企就宣布了将激光雷达用在量产车型的计划。小鹏汽车宣布与大疆孵化的Livox览沃科技达成合作,2021年推出的新车将使用其定制版的车规级激光雷达;蔚来ET7将搭载Innovusion配套的激光雷达;长城的咖啡智能平台首款车型“摩卡”将搭载Ibeo配套的激光雷达;北汽集团旗下高端品牌ARCFOX则搭载了华为的解决方案。

一时间,2021年成为激光雷达规模商用元年的声音不绝于耳。不过,很多业内人士对此还是持保守的态度。

图 国内满足车规要求的部分激光雷达产品

激光雷达要想成为“车规”级产品,必须要同时满足“成本够低”、“可靠”以及“可量产”三个重要条件。

如果依照这些标准,业内人士并不认为现在的激光雷达能真正达到自动驾驶的要求,还存在着稳定性差、寿命短等诸多问题,即使勉强上车,后面难保不出现问题。

“从产业链来看,因为上游核心的一些电子元器件、技术支持不成熟,短期内很难有量产产品落地。”刘明告诉集微网,“现在比较成熟的还是机械扫描式的,但只能做自驾验证,没有上车的价值。不管是MEMS还是OPA,现在都不成熟。”

“MEMS振镜特别难做,国内现在有几家在做,都没有量产,国外虽然有批量出货,但是非常贵。”刘明补充道。

技术的不成熟也就使得产品成本很难降低。华为智能汽车解决方案BU总裁王军此前表示:“在成本方面,华为的96线激光雷达,暂时还做不到此前宣称的100美元,但是基本在几百美元左右。”

刘明认为华为现在的做法是“亏本挣吆喝”,强行降价以实现装车量产,期望由量产带来的规模效应反过来降低成本。这条路也是其他公司所推崇的,不过能否成功,还需要后续很多的努力。

即使过了技术关,激光雷达的可靠性、稳定性这些隐性指标也要达标,确保功能安全,这就还需要激光雷达公司拥有很高的品质管控能力和批量交付能力。华为应该具备这种能力,但是对很多初创公司,情况也就难说了。

“所以,2022年或许才是激光雷达全面商用之年,而整个行业也已经过了导入期和成长期,接下来将会面临全面的洗牌阶段。”刘明最后表示。

(校对/Andrew)

责编: 慕容素娟

李延

作者

微信:Glxy523

邮箱:lixy@lunion.com.cn

作者简介

集微网记者,关注半导体投资、晶圆制造、IC设计、AI等领域

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