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激光雷达的世界大战

谷歌、百度、通用、Uber等各主要参战方的持续发力下,L4级无人驾驶汽车离量产越来越近,不过,在最终目标实现前,业界还需要克服不少障碍。 

在被问到“无人驾驶量产最大的障碍是什么”时,几乎所有从业者都会提到“激光雷达太贵”。特斯拉的两次致命事故及接二连三的追尾事故似乎也在暗示,离开了激光雷达,无人驾驶汽车的量产就只能是一个遥不可及的梦想。 

也正因此,激光雷达就成了产业链上各方关注的焦点、甚至是竞相争夺的“战略制高点”。尤其是,进入2017年第四季度,激光雷达的战场,成了无人驾驶战争中最激烈、也最夺人眼球的“分战场”之一,一轮轮的“你方唱吧我登场”陆续上演。 

国内激光雷达厂商禾赛科技CEO李一帆曾把全球激光雷达行业的客户分为“测试派”和“整车厂派”,他发现,与测试派客户“量少,着急”及对价格不敏感相比,整车厂对激光雷达的需求是“量大,标准高,钱少”,几百美金是他们能接受的上限。由于这些条件的限制,他们往往只能考虑体积成小、成本更低的固态激光雷达(或混合固态)。 

为了迎合整车厂派的要求,激光雷达市场上的参与者都在着手开发性能更好、体积更小、成本更低的激光雷达,并且,其中一些公司已经取得了初步进展并公布了量产计划。 

当下,“低成本激光雷达”各种技术路线的优劣如何,哪种更容易实现量产?市场上的主要玩家都有谁,进展如何?未来,激光雷达的发展还会出现哪些新的趋势?在本文,我们根据已公开资料,做一个简单的梳理。 

一.混合固态与纯固态 

按技术路线,激光雷达主要可分为这三个大类:机械旋转式;混合固态;纯固态。 

我们最熟知的机械旋转式激光雷达如Velodyne的 HDL 64线和HDL 32等,因为量产难度大,机械旋转式激光雷达被成本更低的混合固态激光雷达和固态激光雷达取代已经是大势所趋。所以,本文我们重点谈混合固态和纯固态。 

1. 混合固态激光雷达 

混合固态激光雷达,这是一个由Velodyne公司创造的名称,即“一半是机械旋转,一半是固态“。具体地说,产品外形上不存在可见的旋转部件,但其内部实际上仍然存在一些机械旋转部件,只是这套机械旋转部件做得非常小巧可以内藏而已(驱动和探测组件是固定的,但扫描系统是机械转动式的 )。 

如Velodyne的VLP-32C和VLP-16,及最新推出的VLS-128即为典型的混合固态,不过,现在,Velodyne内部已经不用“混合固态”这个概念了,他们用的词是“PUCK”。 

当前,各种报道中用的“混合固态”概念模糊不清,虽然很多厂商都声称自己的产品是“混合固态”,但实际上,技术方案可能大不一样。 

比如,Velodyne的PUCK系列,机械部件都是360度旋转,可视角度也为360度;而IBEO、禾赛科技和Innovusion等的激光雷达,虽然也称为“混合固态”,但其水平可视角度均在100-120度之间,可见并非360度旋转。 

综合各种已公开资料来看,与传统的机械旋转式和“激进”的纯固态相比,走折中路线的混合固态激光雷达的量产难度最低。在未来几年,能批量生产的激光雷达,大多都属于混合固态。 

2. 固态激光雷达: 

内部不存在任何的机械旋转部件。所有的激光探测水平和垂直视角都是通过电子方式实现的,本身有夹角,所以无需旋转也能达到一定视场角。但也因为不能旋转,固态激光雷达的扫描角度有限,要实现全方位扫描,需在不同方向布置多个(至少前后各一个,一般布置4个)。 

但由于装配调试可以实现自动化,量产成本与量产时间可期待,因此,引起了业界的浓厚兴趣。固态雷达被认为是激光雷达在未来的主要方向。 

固态激光雷达常见的技术实现方式有成三类:MEMS、OPA与Flash 

除这三种主流的技术外,Velodyne、Luminar、AEye、禾赛科技等公司也开发出了新型的固态雷达技术方案。

二.已明确了量产进度/计划的主要玩家 

据《建约车评》统计,截止目前,已明确公布了量产计划的激光雷达玩家主要有以下几家: 

001.Velodyne 

当前,市场上几乎所有宣称要做低成本激光雷达的厂商,都是把Velodyne作为靶子的,它们喜欢逢人便讲自己相对于Velodyne的优势。但实际上,Velodyne也是勇于自我革命的,它从调整技术路线和自动化两个角度入手降低成本。 

Velodyne的主要产品如下: 

注释1:

VLP-32C虽然线数比HDL-64低,但探测距离、角分辨率均优于后者。鉴于HDL-64并非Velodyne性能最高的量产产品,并且也即将被淘汰,所以,创业公司不要总是拿着自己的产品对标HDL-64了;用户和投资人尤其要注意,不能再被激光雷达厂商给出的自家产品相对比于HDL-64的各种“优越性”给忽悠了。

注释2:

VLS-128可对目标进行分类,但它采集到的数据量特别大,对后台的运算有非常高的要求,而运算量大又导致对计算平台的功耗性能要求比较高。一般的乘用车、低速商用车(L4/L5),用VLP-32C就足够了,应该不太会用VLS-128。VLS-128线将来基本上都是用在出行公司的无人车上。 

据Velodyne亚洲区市场总监翁炜介绍,Velodye对自己的定位并不是激光雷达生产商,而是作为Tier 2,为T1提供激光雷达的技术方案和封装好、达到车规要求的、ASIC等级达的元器件,再由Tier 1来根据车企的要求生产激光雷达。“我们的定位是要成为英特尔、AMD这样的芯片公司”。

002.Quanergy 

003.Ibeo 

004.Luminar

Luminar的激光雷达看到的车外景象。

005.Innoviz

006.Innoluce 

007.日本先锋公司

008.ASC 

009.AEye 

此外,还有生产MEMS固态激光雷达的欧姆龙、生产Flash固态激光雷达的Oryx Vision、TetraVue,我们并未查询到公开的量产计划。 

至于因在2017年10月份被通用收购而名声大噪的Strobe,据说其可采用MEMS技术将单个激光雷达的成本降低99%,并且,无需搭配其他传感器,单个激光雷达即可完成整车感知,但鉴于Strobe只服务于通用自己的无人驾驶汽车,不对外销售,因此,它并未公布量产计划。基于同样的原因计划,被福特收购的Princeton Lightwave也未公布其固态激光雷达的量产计划。 

至于Waymo自己开发的激光雷达,虽然据说价格降低至Velodyne HDL-64的十分之一,但因为其技术路线仍然是机械旋转式的,价格仍高达7500美元,因此,我们将其排除在“低成本激光雷达”之外。 

三.中国/华人初创公司 

激光雷达价格的居高不下,也给中国的初创公司带来了不少机会。 

010.速腾聚创

关于Innovusion的更多信息,请参考《携千元级300线激光雷达向Velodyne“隔空喊话”,这家华人初创公司要“出道”了》。 

011.Innovusion

012.禾赛科技  

013.镭神智能

014.北科天绘 

四.激光雷达的发展趋势

1.技术趋势

尽管目前已经商业化的激光雷达基本上都是混合固态,但混合固态也并不便宜,难以满足无人驾驶汽车量产的需求。混合固态,或许只是厂商在纯固态的技术还不成熟的阶段的一个“过渡方案”。一旦“纯固态”的技术成熟,厂商就会抛弃“混合固态“,发力”纯固态“。 

除从机械式到混合固态,再到纯固态的趋势外,我们还注意到,激光雷达的发展讲还会出现以下几个趋势: 

1)体积越来越小 

Velodyne的几代产品的尺寸变化趋势就证明了这一点。目前的激光雷达主要是用在测试车量,早期的量产激光雷达主要用在出租车、公交车和卡车上,对这些车的外观人们没那么重视,因此“头上顶个球”可能无伤大雅,但如果要安装在私家车上(前装),就不能这么丑。 

现在已经出现的小尺寸激光雷达,最常见的说法是“跟Iphone 6手机一样大”。未来的激光雷达一定会越来越小,小到可以嵌入或隐藏在车身某个不会轻易被发现的角落。 

通常,混合固态和纯固态激光雷达的体积要比传统的机械旋转式的体积小很多。缩小体积的另一个技术就是ASIC。 

2)配合提供算法 

眼下,大多数厂商还停留在“卖硬件”的阶段,但一些走在前沿的厂商已经敏锐地意识到,下游的客户(主机厂)很多都是“大老粗”,你的激光雷达,他们拿回去不会用,得从头开始学习、测试,好麻烦。于是,激光雷达厂商研究算法并跟硬件搭配在一起形成整体方案出售给客户,成了更好的选择。 

目前,IBEO 、Velodyne、Quanergy 、先锋和速腾聚创等厂商都在开发激光雷达算法。有的厂商,是硬件卖钱,算法作为服务“白送”,有的厂商,则是算法另外收费。 

3)做到“ASIC等级” 

激光雷达的ASIC技术,就是将激光发射器、探测器、放大器等数百个电子元器件封装到了一个比指甲盖还小的专用芯片中,用单枚芯片实现激光雷达的整体控制。 

激光雷达做到ASIC等级,最显而易见的好处是降低功耗、缩小体积,并且,以Velodyne的VLS-128为例,在采用ASIC技术后,内部零配件由超过1000个减少至减少到140个,这将使得流水线上的量产变得更简单,并且也更容易做好品质控制,进而把质量做到车规级。与此同时,因为电路等信息被封装了,别人要抄袭的难度也加大了。 

基本上,要大规模生产激光雷达的,都希望能做到ASIC。目前,将ASIC技术运用到激光雷达上的厂商有Velodyne、Leddartech、镭神、北科天绘等。 

因为都涉及到将众多的部件集成到芯片上,所以,ASIC很容易跟MEMS混为一谈。两者的区别在于:

MEMS中,被集成到芯片上的,是“机械旋转部件”,而在AISC则是将电子元器件集成到芯片上;MEMS只是固态激光雷达的一种方案,而ASIC则可以被应用于机械旋转式、混合固态和纯固态中,当然,MEMS固态激光雷达也可以做到ASIC等级。 

2.市场趋势

1)激光雷达厂商变成“芯片厂” 

无论是因为激光雷达要做到ASIC级还是其他原因,激光雷达厂商跟芯片厂商的关系正变得越来越密切。 

首先我们注意到,很多激光雷达的公司的投资方中,都有芯片制造商的影子。比如,三星投资了Quanergy,英特尔投资了Aeye,而英飞凌更是全资收购了Innoluces。 

其次,越来越多的激光雷达厂商已经不满足于跟芯片公司合作开发芯片了,它们正在努力地让自己变成“芯片厂”。 

比如,Luminar从一开始就自己设计芯片;Velodyne于2016年12月发布了用于激光雷达发射端的ASIC芯片,并称2017年将搞定接收端的信号处理ASIC芯片;镭神于2017年9月份发布了激光雷达专用的ASIC芯片;速腾聚创也在硅谷设立了OPA团队,开始自己设计芯片,因为意识到“激光雷达有可能被芯片取代”,该公司很快就会推出“芯片级激光雷达”...... 

可以看出,Velodyne所说的“我们要变成英特尔、AMD那样的芯片制造商”可能会是一种趋势。 

2)激光雷达厂商与车企或Tier 1高度捆绑 

除去已被通用和福特收购的Strobe和Princeton Lightwave外,我们还注意到,还有不少激光雷达厂商的背后都有车企的影子。 

如Velodyne在2016年获得了福特联合百度的1.5亿美元投资,因为后者希望能获得Velodyen的“优先供货权”;

如相控阵激光雷达公司Luminar拿到了丰田的投资,后者也是它的第一个客户;

Quanergy居然得到了向来对激光雷达“不屑一顾”的特斯拉创始人埃隆.马斯克的个人投资。 

能被车企收购或投资的毕竟只是少数的幸运儿,跟Tier 1的捆绑则是常态——如Velodyne将向几大主要Tier 1提供技术方案和元器件,由后者根据车企的需求制造激光雷达;

Quanergy的背后站着德尔福;

IBEO的背后站着法雷奥和采埃孚;

Leddar Tech和TetraVue的背后是博世;

ASC的背后是大陆;

Innoviz的背后是德尔菲和麦格纳;

中国的初创公司也在积极地抱Tier 1的大腿...... 

可以预见,等市场成熟后,激光雷达市场上的最大赢家将主要是博世、大陆、德尔福、奥托立夫、采埃孚等Tier 1巨头。激光雷达初创公司,如果既不能被车企收购,也不能抱上Tier 1的大腿,生存将会十分艰难。

来源:第一电动网

作者:建约车评

本文地址:https://www.d1ev.com/kol/60394

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