我們已經(jīng)多次見(jiàn)證了「數(shù)字化」如何重塑行業(yè)格局:數(shù)碼相機(jī)終結(jié)了膠卷時(shí)代,智能手機(jī)取代了功能手機(jī),從“模擬到數(shù)字”已成為科技行業(yè)的一般規(guī)律,曾經(jīng)的「奢侈品」由此迅速進(jìn)入大眾市場(chǎng)。

　　如今,這股“規(guī)律之力”正作用在智能汽車感知系統(tǒng)的核心激光雷達(dá)。

　　未來(lái)智能汽車的競(jìng)爭(zhēng),真正的分水嶺不是更快的百公里加速或更豪華的內(nèi)飾,而是它們究竟有多「聰明」。這種「聰明」很大程度上取決于汽車能否「看清」周圍的世界。

　　激光雷達(dá)作為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的「眼睛」,正是賦予智能汽車超越人類感官極限「視力」的關(guān)鍵技術(shù)。但要讓這雙「慧眼」從少數(shù)高端車型的專配,成為大眾車型的標(biāo)配,「數(shù)字化」是一道必須邁過(guò)去的坎。

　　傳統(tǒng)的模擬激光雷達(dá)使用雪崩光電二極管(APD)或PIN光電二極管或SiPM硅光電倍增管作為探測(cè)器,將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電流或電壓信號(hào)。這些微弱的模擬信號(hào)需要經(jīng)過(guò)一系列模擬電路進(jìn)行放大、濾波等處理,然后才通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),以便后續(xù)處理。

　　從特征上看,模擬激光雷達(dá)通常采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行掃描,這也是 早期激光雷達(dá)體積較大、成本較高、可靠性相對(duì)較低 的原因之一。模擬信號(hào)傳輸和處理過(guò)程中容易引入噪聲干擾,降低測(cè)量精度,同時(shí)復(fù)雜的模擬電路鏈路也限制了系統(tǒng)集成度和小型化程度,也就是說(shuō)模擬架構(gòu)的激光雷達(dá)無(wú)法在小尺寸產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)高線數(shù),性能上限低。

　　激光雷達(dá)數(shù)字化就是接收端去掉了「模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)」的過(guò)程,接收光后直接生成數(shù)字信號(hào),然后傳輸數(shù)字、處理數(shù)字信號(hào),輸出點(diǎn)云。 這種從源頭數(shù)字化的方式,大大簡(jiǎn)化了信號(hào)處理鏈路,提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和信號(hào)完整性。

　　數(shù)字激光雷達(dá)的 核心在于它的光電探測(cè)和信號(hào)處理方式發(fā)生了根本性變革,力求在信號(hào)產(chǎn)生的最前端就實(shí)現(xiàn)數(shù)字化 。它采用了單光子雪崩二極管(SPAD)或類似的數(shù)字陣列探測(cè)器,當(dāng)單個(gè)或極少數(shù)光子到達(dá)時(shí),它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)雪崩效應(yīng),直接輸出一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)。

　　由于探測(cè)器直接輸出數(shù)字信號(hào),后續(xù)的信號(hào)處理可以更多地在數(shù)字域進(jìn)行。通常SPAD陣列會(huì)與時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)等電路集成在同一塊芯片上,直接計(jì)算光子飛行時(shí)間,輸出數(shù)字化的距離信息。

　　這種架構(gòu)不僅大大簡(jiǎn)化了后續(xù)的模擬信號(hào)處理鏈路,還提高了集成度。通過(guò)半導(dǎo)體工藝(如CMOS),可以將大量的SPAD單元、TDC以及其他數(shù)字邏輯電路集成到一顆或少數(shù)幾顆芯片上,大幅降低尺寸、功耗和成本,并且易于大規(guī)模量產(chǎn)。這就是數(shù)字取代模擬的底層技術(shù)原因。

　　▲采用dToF技術(shù)的深度傳感器使用SPAD(單光子雪崩二極管)數(shù)字陣列探測(cè)器,這種探測(cè)器可以檢測(cè)到單個(gè)光子,因此即使在遠(yuǎn)距離也能實(shí)現(xiàn)高精度的深度測(cè)量

　　從應(yīng)用角度看, 數(shù)字激光雷達(dá)在駕駛輔助系統(tǒng)和Robotaxi應(yīng)用中扮演著關(guān)鍵角色 。它提供的密集點(diǎn)云能夠精確感知前方車輛、加塞車輛以及車道邊界,使得ACC啟停更平順,車道保持更穩(wěn)定,變道決策更安全。

　　在高階自動(dòng)駕駛中,高分辨率的數(shù)字激光雷達(dá)能提供更早的預(yù)警和更精細(xì)的物體輪廓,大幅提升系統(tǒng)的感知能力和安全冗余。一些高性能數(shù)字激光雷達(dá),比如支持定制化的速騰聚創(chuàng)EM4甚至可實(shí)現(xiàn)1080線線的超高分辨率,將感知精度提升到前所未有的水平。

　　隨著激光雷達(dá)大規(guī)模商用,整個(gè)激光雷達(dá)行業(yè)的發(fā)展大勢(shì)所趨是向數(shù)字化和固態(tài)化協(xié)同發(fā)展,為當(dāng)前的數(shù)字化浪潮奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)。

　　傳統(tǒng)模擬架構(gòu)在線數(shù)擴(kuò)展上存在根本限制,數(shù)字化架構(gòu)通過(guò)芯片級(jí)集成和信號(hào)處理優(yōu)勢(shì),打破了這一限制,使千線級(jí)激光雷達(dá)成為可能,為感知系統(tǒng)提供了前所未有的分辨率和精度。

　　2004-2007年:DARPA Grand Challenge & Urban Challenge (美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局挑戰(zhàn)賽): 這是車載激光雷達(dá)發(fā)展的關(guān)鍵催化劑 。參賽隊(duì)伍(許多來(lái)自高校和研究機(jī)構(gòu))廣泛采用激光雷達(dá)進(jìn)行環(huán)境感知。

　　Velodyne Acoustics (后來(lái)的Velodyne Lidar): David Hall在參加DARPA挑戰(zhàn)賽時(shí),為其團(tuán)隊(duì)車輛開(kāi)發(fā)了標(biāo)志性的64線機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá) (HDL-64E)。 這款產(chǎn)品成為早期自動(dòng)駕駛研發(fā)的「標(biāo)配」 。雖然開(kāi)創(chuàng)了3D感知先河,但其復(fù)雜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致體積大、成本高、功耗大、可靠性低等問(wèn)題,難以滿足車規(guī)級(jí)應(yīng)用需求。

　　單光子雪崩二極管(SPAD)技術(shù)在科研領(lǐng)域的持續(xù)突破,以及CMOS工藝的不斷進(jìn)步,為激光雷達(dá)「數(shù)字化」奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。車企和自動(dòng)駕駛公司對(duì)更高性能、更低成本激光雷達(dá)的持續(xù)需求,推動(dòng)了行業(yè)不斷探索新技術(shù)路線。斯坦福大學(xué)、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)等高校在激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理、SLAM算法等方面做出了開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)。

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　　隨著CMOS工藝的進(jìn)步,將SPAD與讀出電路集成在同一芯片上成為可能,這為低成本、高集成度的數(shù)字激光雷達(dá)奠定了基礎(chǔ)。全球許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)(如瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院EPFL、代爾夫特理工大學(xué)等)在SPAD器件物理、電路設(shè)計(jì)方面有深入研究。

　　自動(dòng)駕駛商業(yè)化的需求,迫使產(chǎn)業(yè)界對(duì) 「芯片化」和「數(shù)字化」 進(jìn)行初步嘗試,尋找降低激光雷達(dá)成本和尺寸的路徑。

　　成立于2015年的Ouster較早提出并推廣「數(shù)字激光雷達(dá)」架構(gòu),將SPAD探測(cè)器陣列和VCSEL激光器陣列與定制CMOS系統(tǒng)級(jí)芯片結(jié)合,為數(shù)字激光雷達(dá)的商業(yè)化指明了方向。其他激光雷達(dá)公司也開(kāi)始積極探索數(shù)字化路線,嘗試將先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)引入傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng),推動(dòng)行業(yè)技術(shù)革新。

　　數(shù)字芯片制造工藝的持續(xù)進(jìn)步,使得高性能SPAD陣列和配套芯片的成本持續(xù)下降,性能不斷提升,為數(shù)字激光雷達(dá)大規(guī)模應(yīng)用掃除了技術(shù)障礙。

　　數(shù)字化進(jìn)程并非由單一企業(yè)推動(dòng),而是產(chǎn)業(yè)鏈上眾多企業(yè)共同參與的結(jié)果。 SPAD-SoC作為數(shù)字激光雷達(dá)的核心組件 ,其供應(yīng)商日益豐富,代表性企業(yè)的包括索尼、安森美、濱松等國(guó)際巨頭,以及中國(guó)的識(shí)光、阜時(shí)科技、靈明光子等新興企業(yè)。

　　這些關(guān)鍵芯片技術(shù)的逐步成熟,極大地簡(jiǎn)化了激光雷達(dá)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程,支持不同形態(tài)激光雷達(dá)的定制開(kāi)發(fā),為車企自研激光雷達(dá)提供了可能。近年來(lái)「車企自研激光雷達(dá)」的說(shuō)法開(kāi)始變得常見(jiàn),正是源于此。

　　越來(lái)越多的激光雷達(dá)公司開(kāi)始轉(zhuǎn)向或部分采用數(shù)字化的設(shè)計(jì)理念,SPAD芯片技術(shù)、VCSEL陣列技術(shù)、SoC設(shè)計(jì)與制造能力等關(guān)鍵技術(shù)日趨成熟。

　　中國(guó)的激光雷達(dá)企業(yè),如速騰聚創(chuàng),華為等,也迅速抓住激光雷達(dá)數(shù)字化趨勢(shì),投入自研芯片,將數(shù)字激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品線并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

　　嚴(yán)格來(lái)說(shuō), 第一個(gè)量產(chǎn)的數(shù)字激光雷達(dá)是華為的 192線 ,證明了數(shù)字激光雷達(dá)技術(shù)路線的可行性。隨后出現(xiàn)的更高性能數(shù)字激光雷達(dá),如即將量產(chǎn)的速騰聚創(chuàng)的EM4(1080線線,進(jìn)一步突破了激光雷達(dá)性能天花板。

　　數(shù)字激光雷達(dá)逐漸從技術(shù)驗(yàn)證階段過(guò)渡到規(guī)?；瘧?yīng)用階段,開(kāi)始大規(guī)模用于量產(chǎn)車型和自動(dòng)駕駛車輛。 未來(lái)自研激光雷達(dá)核心SoC芯片成為頭部廠商的核心競(jìng)爭(zhēng)力 ?！盖Ь€」級(jí)別、超遠(yuǎn)探測(cè)距離、高點(diǎn)頻將成為宣傳熱點(diǎn),這背后是數(shù)字化帶來(lái)的技術(shù)潛力。

　　雖然尚未達(dá)到「白菜價(jià)」,但數(shù)字激光雷達(dá)的成本已顯著低于早期的模擬激光雷達(dá)。 未來(lái)SPAD芯片、VCSEL芯片等關(guān)鍵部件將有更多供應(yīng)商參與競(jìng)爭(zhēng),推動(dòng)成本持續(xù)下降和技術(shù)不斷進(jìn)步。

　　相比傳統(tǒng)的模擬激光雷達(dá),數(shù)字激光雷達(dá)的架構(gòu)簡(jiǎn)化帶來(lái)了幾個(gè)系統(tǒng)性的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì):

　　高度集成與小型化,成本削減:通過(guò)芯片化設(shè)計(jì)將大量分立元器件集成,顯著縮小體積與重量,降低功耗,提供更靈活的安裝選擇。 隨著技術(shù)成熟和規(guī)?；a(chǎn),數(shù)字激光雷達(dá)的成本有望持續(xù)下降 。

　　提升性能和可擴(kuò)展性:數(shù)字激光雷達(dá)可以受益于摩爾定律,實(shí)現(xiàn)性能隨時(shí)間的指數(shù)級(jí)提升。Ouster指出,模擬激光雷達(dá)從64線線年,而數(shù)字激光雷達(dá)僅用了15個(gè)月。

　　耐用性和可靠性增強(qiáng):分立部件更少,使用堅(jiān)固半導(dǎo)體元件,數(shù)字激光雷達(dá)傳感器通常比模擬傳感器更耐用、可靠。

　　卓越信噪比與抗干擾能力:省去了模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程,避免了噪聲、失真和量化誤差,確保了信號(hào)在復(fù)雜環(huán)境下的完整性與處理準(zhǔn)確性。

　　數(shù)據(jù)處理的天然優(yōu)勢(shì):規(guī)整的數(shù)字化點(diǎn)云數(shù)據(jù)與數(shù)字圖像在融合上天然親和,更易于與其他傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行前融合。

　　可編程性與智能化:基于SoC的數(shù)字激光雷達(dá)可能實(shí)現(xiàn)軟件定義的激光雷達(dá),通過(guò)固件升級(jí)優(yōu)化性能、增加功能,甚至根據(jù)不同駕駛場(chǎng)景動(dòng)態(tài)調(diào)整參數(shù)。

　　正是這些顯著的價(jià)值,使得整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈從芯片制造商、激光雷達(dá)生產(chǎn)商到汽車主機(jī)廠,逐漸對(duì)數(shù)字化技術(shù)路線形成共識(shí): 數(shù)字化是激光雷達(dá)擺脫「昂貴測(cè)試設(shè)備」標(biāo)簽,真正成為「大規(guī)模前裝標(biāo)配」的必要條件 。

　　作為中國(guó)激光雷達(dá)行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)之一,速騰聚創(chuàng)在推動(dòng)激光雷達(dá)數(shù)字化和產(chǎn)業(yè)化方面發(fā)揮了重要作用。

　　速騰聚創(chuàng)的數(shù)字化之路并非一蹴而就,而是經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期技術(shù)積累和產(chǎn)品迭代才實(shí)現(xiàn)的。公司早期以機(jī)械激光雷達(dá)起家,但很快認(rèn)識(shí)到激光雷達(dá)固態(tài)化的趨勢(shì),并大力投入MEMS掃描方案的研發(fā)。M系列MEMS激光雷達(dá)的推出,標(biāo)志著其在行業(yè)技術(shù)路線選擇上的前瞻性,為后續(xù)的芯片化和數(shù)字化奠定了基礎(chǔ)。

　　速騰聚創(chuàng)深刻理解芯片對(duì)于激光雷達(dá)性能提升和成本控制的核心作用,因此在自研SoC芯片上進(jìn)行了大量投入。M系列MEMS激光雷達(dá)搭載的自研SoC(M-Core)將信號(hào)處理、點(diǎn)云算法等集成在一起,大幅提升了產(chǎn)品集成度和性能。 這是速騰聚創(chuàng)走向數(shù)字化的關(guān)鍵技術(shù)之一 。

　　隨后,公司推出了E平臺(tái),這是速騰聚創(chuàng)首個(gè)量產(chǎn)的數(shù)字激光雷達(dá)平臺(tái), 其核心是一顆將SPAD陣列和高性能SoC通過(guò)3D堆疊技術(shù)集成到一起的SPAD-SoC芯片 。全固態(tài)補(bǔ)盲激光雷達(dá)E1于2022年發(fā)布,2024年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),同品類面向機(jī)器人的 E1R 全固態(tài)數(shù)字化激光雷達(dá)也在2025年初開(kāi)啟量產(chǎn)交付?；谠撈脚_(tái)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累,速騰聚創(chuàng)進(jìn)一步推出了全面數(shù)字化的EM平臺(tái),強(qiáng)調(diào)從激光發(fā)射、掃描到數(shù)據(jù)處理的全棧芯片化,并采用了SPAD-SoC和VCSEL等關(guān)鍵數(shù)字技術(shù)。

　　這種逐步深入、持續(xù)迭代的技術(shù)發(fā)展路徑,正是速騰聚創(chuàng)能夠在激光雷達(dá)數(shù)字化浪潮中占據(jù)有利位置的關(guān)鍵因素。通過(guò)兩代產(chǎn)品的技術(shù)演進(jìn),公司積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)儲(chǔ)備,為后續(xù)高性能數(shù)字激光雷達(dá)的研發(fā)和量產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　根據(jù)權(quán)威市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Yole Group數(shù)據(jù)顯示,速騰聚創(chuàng)已躍居2024年乘用車激光雷達(dá)市場(chǎng)份額全球第一,同時(shí)也是2018-2024年ADAS激光雷達(dá)累計(jì)銷量冠軍。滴滴、小馬等自動(dòng)駕駛行業(yè)領(lǐng)先者也已搭載其數(shù)字化激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)前裝量產(chǎn)。

　　▲權(quán)威市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Yole Group數(shù)據(jù)顯示,速騰聚創(chuàng)已躍居2024年乘用車激光雷達(dá)市場(chǎng)份額全球第一

　　作為目前激光雷達(dá)最大的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力,汽車主機(jī)廠和Tier 1供應(yīng)商是推動(dòng)激光雷達(dá)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要力量。 隨著ADAS滲透率的持續(xù)提升和高階自動(dòng)駕駛技術(shù)的逐步落地,數(shù)字化激光雷達(dá)將加速成為智能汽車標(biāo)配 。

　　車企對(duì)激光雷達(dá)的性能(探測(cè)距離、分辨率、視場(chǎng)角)、成本、可靠性、尺寸、功耗以及車規(guī)級(jí)認(rèn)證提出了嚴(yán)苛要求。正是這種需求,倒逼激光雷達(dá)向數(shù)字化、芯片化、固態(tài)化方向發(fā)展,以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模前裝量產(chǎn)。

　　但數(shù)字激光雷達(dá)的的想象空間遠(yuǎn)不止于在汽車這個(gè)單一領(lǐng)域。小型化、低功耗和高性價(jià)比的特性,讓數(shù)字化激光雷達(dá)也成為各類服務(wù)機(jī)器人、物流機(jī)器人的理想選擇。

　　速騰聚創(chuàng)已經(jīng)基于SPAD-SoC芯片技術(shù)推出了機(jī)器視覺(jué)新品類 Active Camera ,該品類的首款產(chǎn)品AC1,為機(jī)器人提供了更豐富的多模態(tài)感知能力。

　　這款產(chǎn)品可以理解為是E平臺(tái)的SPAD-SoC芯片、CMOS圖像傳感器和IMU等傳感器的硬件級(jí)深度融合,能夠?qū)崿F(xiàn)三大信息時(shí)間和空間的同步對(duì)齊,讓機(jī)器人獲得最全面的環(huán)境信息,并且能夠克服陽(yáng)光、高反等環(huán)境干擾,適應(yīng)室內(nèi)外各類復(fù)雜場(chǎng)景。

　　數(shù)字SPAD-SoC芯片與相機(jī)CMOS芯片的技術(shù)同源性,正為是激光雷達(dá)的普及化鋪平道路。

　　未來(lái),得益于此,激光雷達(dá)的制造將有望達(dá)到攝像頭般的簡(jiǎn)易程度與成本效益。這將驅(qū)動(dòng)激光雷達(dá)迅速滲透到生活各個(gè)層面,實(shí)現(xiàn)與攝像頭同等級(jí)別的廣泛部署。

　　激光雷達(dá)數(shù)字化,不僅是技術(shù)發(fā)展的必然,更是市場(chǎng)選擇的大勢(shì)所趨。它正以前所未有的力量,將這一關(guān)鍵感知技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室推向千家萬(wàn)戶。

　　數(shù)字化的意義,對(duì)激光雷達(dá)而言,不只是讓其變得更為普及,從「奢侈品」轉(zhuǎn)變?yōu)椤副匦杵贰?。更重要的?它能夠讓激光雷達(dá)不斷突破性能天花板,做到千線分辨率以上(好比攝像頭可以做到數(shù)億像素一樣),獲得對(duì)外部世界更精準(zhǔn)的感知。

　　通過(guò)在MEMS技術(shù)上的早期布局,以及在自研 SPAD、SoC、VCSEL等芯片以及數(shù)字化平臺(tái)上的持續(xù)投入,取得了顯著的商業(yè)成就,也為整個(gè)激光雷達(dá)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、成本降低和大規(guī)模應(yīng)用做出了積極貢獻(xiàn)。它和其他中國(guó)企業(yè)一起,正在深刻影響全球激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)的格局。

　　在智能汽車的新時(shí)代,誰(shuí)掌握了感知的數(shù)字化,誰(shuí)就掌握了未來(lái)的主動(dòng)權(quán)。數(shù)字激光雷達(dá)的發(fā)展,是整個(gè)行業(yè)最值得關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)。

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