2020年對于激光雷達行業來說，可以稱得上拐點之年。而2021年將是激光雷達行業“百花齊放”周期的開始。
去年，首次引入蘋果iPhone 12的消費級激光雷達，不僅為手機端帶來增強拍攝能力，更強大的3D建模及AR應用，更是讓車載激光雷達行業看到了希望。
進入2021年，隨著蘋果造車消息的進一步披露，該公司近日被爆出正在與多家汽車激光雷達供應商進行談判，作為自動駕駛汽車的外部配套硬件合作伙伴。
知情人士透露，蘋果公司同時也在考慮不同的技術方案設計，以滿足其獨特的需求。按照計劃，蘋果正在推進其自動駕駛汽車項目，最早在2024年量產下線。
另一則消息同樣備受關注，在去年10月蘋果公司的一項涉及dToF（直接飛行時間）無掃描激光雷達技術專利曝光，同時，索尼公司被曝出與蘋果公司簽訂了為期3年的合同，提供新一代近紅外(NIR)+單光子雪崩二極管(SPAD)模組的dToF激光雷達。
有消息稱，安卓手機陣營的幾家大廠預計也將在未來兩到三年進入激光雷達的量產導入，這意味著包括VCSEL芯片、SPAD等核心部件持續受益于規模效應實現成本的快速下降。
這是過去數年，汽車激光雷達行業希望看到的一幕。除了下游需求的釋放（目前，數家汽車制造商已經宣布數款搭載激光雷達的新車計劃），上游供應鏈的完善以及規模化產能釋放有助于幫助大幅降低成本。
一、備戰低成本
如今，索尼更進一步，趁勢“殺入”汽車激光雷達行業。
事實上，在去年CES展上，該公司發布的首款純電動概念車型（VISION-S）上就亮相了一系列基于索尼的成像與傳感創新技術，其中就包括自主研發的固態激光雷達。
近日，索尼在國際固態電路大會（ISSCC）上發布了首款基于SPAD的dToF汽車遠程激光雷達方案。這套方案的創新之處，在于利用CMOS圖像傳感器開發的堆疊結構、銅-銅連接、MEMS（905nm波長）等技術，在上下兩層芯片上實現了SPAD時序和測距處理電路架構。
比如，在SPAD（上層芯片）和邏輯電路（下層芯片）堆疊時，通過連接的Cu（銅）焊盤而不是嵌入電極實現連接的TSV（硅穿孔）布線，這種方法可以提高設計的自由度，提高生產效率，實現更緊湊的尺寸，同時提高性能。
在SPAD效率指數方面，索尼通過技術創新實現了對于940nm近紅外光的PDE（光子檢測效率）提高到14.2％的水平，是傳統SPAD的3至4倍。
此外，更為關鍵的是，索尼首次引入了直接測距法（directToF，dToF），直接計算被物體反射并返回所需的時間來測量距離，好處是可以實現300米的測距，適用于遠程激光雷達方案。
同時，即使是小型的芯片，也能在10μm的像素尺寸下實現約11萬有效像素（189×600像素）的高分辨率。這就可以實現以15厘米為單位間隔進行高精度測量，測距最遠可達300米，從而有助于提高激光雷達的檢測和識別性能。
同時，索尼通過光子飛行時間轉換為數字值的時間數字轉換器（TDC）和無源淬滅/電路，使每個光子在正常情況下的響應速度提高到6ns，滿足高速測距要求。
在車規級方面，這套獨創的SPAD像素結構，即使在-40℃至125℃的惡劣條件下，也能實現穩定的光子探測效率和響應速度，有助于提高激光雷達的可靠性。
一直以來，業內達成共識的是，低成本的固態激光雷達解決方案對于L3級及以上自動駕駛來說至關重要。CMOS集成SPAD陣列也被視為最有希望的低成本解決方案之一。
作為全球CMOS感知技術的另一家巨頭，安森美半導體在三年前宣布收購SensL Technologies，這是一家專為汽車、醫療、工業和消費市場提供SiPM、SPAD和LiDAR感測產品的公司。
過去十幾年時間，SensL公司一直是全球深度傳感技術的領導者，基于CMOS工藝為高性價比固態激光雷達方案提供規模效益的可能性，此次收購也是安森美強化ADAS及自動駕駛感知領域市場競爭力的戰略布局之一。
二、供應鏈“助力”
過去，傳統的激光雷達大多數是采用APD（雪崩光電二極管），而單光子雪崩二極管(SPAD)則是工作在擊穿電壓上的APD。這意味著，對于極弱光學信號的探測，SPAD是更為理想的選擇之一。
而SiPM是由多個帶有猝滅電阻的SPAD并聯組成，每個單元是獨立的，最終輸出的信號是多個像素輸出信號疊加，有幅度變化；如果照射到SiPM的光子數越多，幅度越大。
在進行遠距離探測時，SiPM可實現比其它傳感器更高的信噪比，主要優點包括高增益，低電壓操作，出色的定時性能，高靈敏度（低至單個光子）和對磁場的抵抗力。
此前，SiPM和SPAD工藝已在醫療影像領域有大量應用。按照安森美的說法，相比于APD技術，采用CMOS工藝，可以達到真正的低成本、低功耗，優化尺寸等優勢，可實現激光雷達真正落地。
目前，在全球已經有數家激光雷達公司采用了安森美公司研發的基于SPAD的硅光電倍增管（SiPM）技術，“在近紅外(NIR)、905nm波長的固態激光雷達系統方案設計上，SiPMs正在迅速取代APDs。”
此外，蘋果使用的是基于SPAD（單光子雪崩二極管）的dToF技術，而目前市面上還主要是基于普通CMOSPD的iToF技術，兩者存在著非常大的差別，是一次全新的技術升級革命。
兩年前，索尼公司決定將其半導體部門更名為“成像與傳感”（Imaging & Sensing），其中傳感部分主要面向工業（包括汽車）機器視覺圖像傳感器，這是一個高端利基市場。
隨后，索尼拿下了華為和三星的iToF傳感器訂單，其次就是蘋果的dToF激光雷達訂單，去年該公司傳感業務收入預計超過10億美元，整個市場規模預計未來幾年將超過100億美元。
上游供應鏈的逐步起量（尤其是巨頭的不斷加碼），也在帶動越來越多的激光雷達公司推出性能更強的產品。一家名為Sense Photonics的公司近日宣布，一款基于CMOS SPAD（像素超過14萬）+VSCELs（940nm）的Flash激光雷達正式亮相，實現200米中遠程探測。
該公司表示，這款全新的技術方案可以消除復雜的運動模糊校正，同時允許像素級，逐幀融合RGB相機數據。首批樣品將于今年年中交付客戶，計劃于2024年底投產。
在高工智能汽車研究院看來，隨著近年來激光雷達核心部件供應商逐步開始啟動產能釋放以及對消費級、工業級、汽車級幾大市場的樂觀預期，未來幾年快速降本的趨勢已經非常明確。
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