文︱立厷
图︱网络
2021年4月，小鹏P5成为全球首款搭载激光雷达的量产车型，还是双激光雷达；8月底，极狐阿尔法S华为HI版正式下线，成为全球首款搭载3颗激光雷达量产车型；9月初，传统车企上汽宣布，智己IM AD将搭载速腾聚创第二代智能固态激光雷达；发布搭载3颗激光雷达的还有长城摩卡，本田Legend甚至是5颗……事实上，2017年，奥迪A8已搭载了一颗4线激光雷达。
激光雷达已成为汽车新增硬件增长最快的子领域。据Yole预测，2025年中国乘用车激光雷达市场将达378．8亿元，全球将达1082．2亿元，中国市场占全球比重有望达到35％。
未来五年内，汽车将对激光雷达市场产生重大影响；而高分辨率数字激光雷达领先供应商Ouster的创始人、首席执行官Angus Pacala表示，未来五年内，只有三到五家激光雷达公司会活下来。是不是有点耸人听闻？
激光雷达市场寻求突破
Yole刚刚发布的《2021年汽车和工业应用激光雷达预测》显示，ADAS和自动化车辆将推动激光雷达市场从2020年的18亿美元增长到2026年的57亿美元。汽车激光雷达市场预计在2026年增长至23亿美元，期间复合年增长率为111％。工业激光雷达主要是智能基础设施和物流，到2026年可达5亿美元。
应用分类的激光雷达市场预期
2020年市场份额变化不大，主要大型激光雷达公司的收入有所下降。一些Tier 1积极参与了激光雷达导入，如与奥迪合作的法雷奥，开发固态3D闪光激光雷达的大陆公司等。设计导入最多的是法雷奥，是目前ADAS车辆领先的激光雷达供应商。更多的自动驾驶公司正在参与激光雷达的开发，包括Waymo、Argo AI和Cruise等。
2020年和2021年，几家主要的车用激光雷达的公司已经上市。Yole光子、传感和半导体高级技术和市场分析师Alexis Debray博士表示：“2020年，ADAS中的激光雷达仅占汽车和工业激光雷达市场的1．5％。但ADAS的比例预计将在2026年达到41％。”自动化车辆的增长，包括自动驾驶出租车预计不会太引人注目，但仍然很重要。2026年，该细分市场预计将达到5．75亿美元，同期复合年增长率为33％。
安全、高速公路监控和自动检测也是一些重要应用。在物流领域，预计自动驾驶卡车和配送机器人的增长最为显著。
按应用分类激光雷达市场
激光雷达的历史变迁
激光雷达的出现比1886年德国的卡尔·本茨制造出世界上第一辆以汽油为动力的三轮汽车晚了差不多半个世纪。20世纪30年代，EH Synge构思了激光雷达。1939年，卡内基研究所的科学家Ellis A． Johnson用探照灯捕捉到长达40公里的信号。1953年，由Charles Townes领导的哥伦比亚大学团队设计了第一台微波激射器（通过受激辐射进行微波放大）。1960年，TH Maiman发明了第一台激光器。1962年，Hughes Mark II Colidar成为第一台商用激光雷达。
直到1998年，Cyra Technologies推出的Cyrax 2400是第一款安装在三脚架上的商用3D激光扫描系统。2005年，David Hall发明了3D实时激光雷达，并创建了Velodyne LiDAR。
激光雷达的历史
自2005年David Hall的Velodyne公司发明3D实时激光雷达以来，已有80多家激光雷达公司成立。其中的许多人都押注于新技术，导致了激光雷达领域的高度技术多样性。
下图给出了各种激光雷达相关技术在各行各业中的应用，可见技术之多样，应用范围之广。
激光雷达技术的应用
不同技术的设计导入
Yole固态照明和照明系统领域的高级技术与市场部的Pierrick Bouley解释道：“尽管有如此巨大的多样性，最古老的技术仍然代表着汽车行业的大多数设计导入，”他补充道：“考虑到激光雷达的波长，1550nm对人眼的危害比905nm小，并主要通过硅平台进行集成。然而，905nm却代表了汽车行业65％的设计导入。”尽管实测表明，1550nm激光雷达在雨雾天气比905nm具有很大的优势，而905nm的优势主要在成本方面。
对于成像方法，传统的机械扫描占设计导入的69％。MEMS微镜和闪光激光雷达也正在进入汽车领域，但它们的比例较小。
在测距方法方面，dToF（直接飞行时间法）设计导入达100％。FMCW（调频连续波）具有更好的集成、灵敏度和瞬时径向速度，但预计在2025年之前不会有车辆搭载。毫无疑问，在已公开的总体设计导入中，法雷奥占了8项。这使得法国Tier 1成为目前ADAS车辆的领先激光雷达供应商。
优胜劣汰势在必行
自动驾驶技术的发展正在重塑汽车工业，截至2021年第3季度，已有60多家激光雷达公司瞄准汽车行业。这么多的激光雷达公司又使用了不同的技术，在这些参与者中，一些仍在研发中，而另一些已经在大规模量产。其中已有14家激光雷达公司与汽车制造商展开合作。由于这个市场还很年轻，有如此多样化的参与者实属正常，但随着成熟度的提高，参与汽车行业的玩家数量预计将减少，一些可能会消失，因为他们将无法筹集到足够的资金生存下来；有些会成功，有些则会被收购。
涉足激光雷达的公司日渐减少
Ouster的首席执行官Angus Pacala放话：行业整合一直在继续，“未来五年内，只有三到五家激光雷达公司会活下来。”话音未落，8月底Ouster已就收购其竞争对手Sense Photonics与后者进行高级会谈，旨在深度布局VCSEL＋SPAD技术。
过去几年，玩家之间的收购一直在发生，2016年大陆集团收购了ASC的自动激光雷达业务——高清3D闪光技术的每个激光脉冲（闪光）可采集完整帧（128×128像素）的3D点云数据，最高每秒60帧；2019年，美国自动驾驶初创公司Aurora收购Blackmore，后者的多普勒激光雷达光束处在1550nm波段，对人眼不会产生伤害，它也是FM（调频）激光雷达的坚定支持者，不必为AM广播干扰担忧；2021年3月，Aurora又宣布收购FMCW激光雷达初创公司OURS Technology，后者是一家5D片上激光雷达公司，其FMCW激光雷达可以实现5个维度测量：XYZ＋反射率＋速度，集成硅光子学技术能力将大幅降低新一代激光雷达的系统成本。
自动驾驶的发展自然也会吸引OEM和Tier 1，来自半导体或消费行业的其他参与者也在加入竞争。在这场争取完全自动驾驶的竞赛中，像大众汽车等拥有众多资源的大型OEM将自行开发必要的软件，同时与自动化车辆公司合作或收购。资源有限的多面手OEM预计将依赖Tier 1开发基本的自动驾驶功能。这些Tier 1必须掌握摄像头、雷达、激光雷达传感器和计算机技术。
半导体领域的公司，如高通、英伟达或英特尔－美孚眼（Intel MobileEye）正在通过收购将自己定位在自动驾驶系统的中心位置。2021年8月初，高通开出比Magna高出18％的收购价（45．5亿美元）欲抢亲收购ADAS技术商Veoneer，以巩固其在汽车行业的地位；来自消费品行业的公司，如苹果、华为和小米也在进入该市场。根据他们的战略，他们只能开发自动驾驶部分或自己的汽车，就像华为正在做的那样。
后疫情时代人们越发强调半导体在汽车中的重要性。半导体和软件方面的公司拥有强大的财务实力，可以收购一些Tier 1或Tier 2公司。这可能在未来几年重塑汽车业的格局。
OEM实现自动驾驶的软件和计算战略
从收入角度看，2020年激光雷达的市场份额仍然由测绘（Trimble、Hexagon、Topcon）和工厂自动化（Sick AG）的传统公司主导，但车载将是未来激光雷达应用的主流方向。整个激光雷达市场中国防和空间市场的收入占比并不大。
由于单价的降低，Velodyne在2020年的收入略有下降，不过这是公司的一项战略。像法雷奥和Ouster这样的新来者开始有了激光雷达收入。
Velodyne（目前市值13．34亿美元）2021年度第二季度收入1360万美元，毛利率高于50％，激光雷达出货量超过3800个，2021年全年收入预期为7700－9400万美元。Velodyne在固态领域进展缓慢，内部存在纷争，二季度产品收入同比下滑35％，但是专利和授权费大幅增长，市值下滑较严重。
Outster（市值13．42亿美元）2021年第二季度收入740万美元，同比增长72％，毛利率从负转正达26％，激光雷达出货量超过超过1460个。
Luminar（市值59．13亿美元）2021年第二季度收入为630万美元，同比增长84％，与上一季度相比增长19％，非GAAP净亏损1800万美元。不过该公司将其2021年全年收入预期提高至3000万美元至3300万美元。
Aeva（市值22．07亿美元）和Innoviz（市值9．25亿美元）收入都不足100万美元。Aeva从香港对冲基金Sylebra Capital获得2亿美元投资，并与特殊目的收购（SPAC）公司InterPrivate Acquisition Corp．合并上市交易。
Aeye（估价为20亿美元）与空白支票公司（CFAC）完成合并，开始路演准备在美国纳斯达克交易。
禾赛科技（Hesai）因财务指标达不到、产品大多在测试环节，终止了科创板IPO半年之后，正准备选择到美国上市。
谷歌旗下的自动驾驶公司Waymo主要为自己的自动驾驶出租车生产激光雷达，因其产品符合激光雷达的市场价格，2019年开始向机器人、农业和其他不是竞争对手的自动驾驶公司销售激光雷达。8月下旬，Waymo表示：“我们将逐步停止商业激光雷达业务，继续专注于在Waymo One（叫车服务）和Waymo Via（快递服务）部门开发和部署我们的Waymo Driver。”
按收入划分的市场份额
从伙伴关系和供应链分析看，法雷奥的SCALA是搭载ADAS车辆大规模批量生产的唯一激光雷达。在一年来公开的29项设计导入中，8项属于法雷奥。
汽车激光雷达技术／玩家细分
由于成本的原因，EEL（边发射激光器）的905nm波长仍然是制造商的首选。尽管如此，基于1550nm的激光雷达正在赢得市场。虽然MEMS和闪光激光雷达正在兴起，但机械式激光雷达仍被OEM广泛使用，而一些厂商同时拥有了几种技术。
供应链设计导入细分
至于激光雷达技术路线，从成本考虑，基于905nm的系统将继续使用，但从长远来看可能会慢慢走向基于1550nm的FMCW激光雷达。
法雷奥2020年发布的第二代激光雷达SCALA、宝马2021年将在其车辆上安装的Innoviz激光雷达，还有Ibeo的MEMS和闪光激光雷达，三者的相似之处在于：都是905nm EEL，采用飞行脉冲时间及硅基传感器。这是目前最流行的测距方法，因为它最简单，可以降低组件成本。
当前的技术路线图
基于成熟技术的机械式激光雷达将继续使用，但同时也会出现新技术。FMCW激光雷达和OPA（光学相控阵）激光雷达都适用于1550nm相干检测和径向速度测量。作为机械式或MEMS扫描的替代品，行业应用仍然没有准备好。
未来的技术路线图
这里特别关注一下基于焦平面阵列（FPA）技术的FMCW激光雷达，它代表了灵敏度的突破。美国Pointcloud公司利用硅光子学技术实现了一种FPA格式的图像传感器，具有相干4D成像检测功能。因此，图像传感器同时受益于FPA的低变形或非变形成像（与扫描技术相比）和相干检测的高灵敏度。
该图像传感器可用于实现FMCW闪光激光雷达，应用领域包括汽车、机器人、智能城市、智能办公和消费，包括增强现实（AR）。
相干FPA图像传感器被视为终极图像传感器，但由于像素级需要本地振荡器（LO），因此很难实现。
接收器焦平面阵列六个像素的光学显微照片
未来FMCW最有希望
相比脉冲式激光雷达，FMCW激光雷达具有明显的性能优势：抗太阳光和其他激光干扰，使传感器安全可靠；多普勒效应单像素实时测速，可提供4D信息，有助于目标分类；大于60dB的灵敏度和动态范围；适合硅光子和OPA技术低成本批量生产。
但是，FMCW激光雷达门槛高，起步晚，近百家脉冲式激光雷达厂商中能做FMCW的寥寥无几。丰田、Cruise、宝马、Aurora都对FMCW青睐有加一定有其道理。如果能够在激光器调频速度／范围、线性度、激光相干性，以及满足车规要求和低成本量产等方面取得进展，FMCW激光雷达的前景最佳。
菲亚特集团旗下马瑞利（Marelli）汽车照明公司ADAS传感器和Smart Corner产品管理和业务开发总监Frederic Chave认为：“激光雷达真正落地还为时尚早，在AD（自动驾驶）中扮演关键角色将在本十年的后半期发生。雷达花了十多年才成为一种商品，因此预计激光雷达使用的时间不会更少。”最近，马瑞利正在与真固态激光雷达技术公司XenomatiX合作将激光雷达与照明结合在一起的感知解决方案。
