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11000 线的 LiDAR,售价仅为 3000 美元,能引爆市场吗?
2020-02-03 14:18   作者:大壮旅   来源:新智驾      推荐人:桂彦杰   浏览:50   我要评论
     激光雷达传感器(LiDAR)因自动驾驶汽车而生,也因自动驾驶汽车而为人所知,这种通过向外发射和接收激光生成 3D 点云图的传感器正是诞生于 2005 年的 DARPA 自动驾驶挑战赛。如今,业界大多数专家将 LiDAR 看作是自动驾驶汽车的关键赋能技术。
     2005 年那款元祖级的 LiDAR 来自 Velodyne,该 LiDAR 搭载了垂直排布的 64 线激光,能通过旋转进行 360 度发射。当然,每束激光都要小心翼翼地与相应的探测器对齐,这样复杂的设置也将一台 LiDAR 的价格推高到 7.5 万美元。虽然十几年过去了,但如今高端 LiDAR 还是要卖数万美元。
     “高烧不退”的 LiDAR 价格也催生了十多家新创公司抢滩登陆,它们的目标也无一例外都是打造更廉价的 LiDAR,其中一些公司甚至想用单激光束来省成本。
     不过,市场上也有“做加法”的,它们与单激光束省成本的公司背道而驰,一家名为 Sense 的公司出了一款有 11000 线的 LiDAR,售价仅为 3000 美元,而另一家叫做 lbeo 的公司则也在开发“万线 LiDAR”。
     需要说明的是,lbeo 的新款 LiDAR 依然处在研发阶段,因此我们不知道它到底性能如何。至于 Sense 的现有产品,在性能上也与 Velodyne 的顶配产品有差距。Sense 的 LiDAR 探测距离只有 15-40 米,而 Velodyne 的 LiDAR 则能“一眼看到”200 米外。
     Sense 公司 CEO Scott Burroughs 倒也挺淡定,他表示这才刚刚开始,公司正在研发的新 LiDAR 明年就会面世,探测距离也能达到 200 米,到时 Sense 就能和市场上的顶级 LiDAR 竞争了。至于 lbeo,则和汽车行业有着紧密的联系,因此未来市场开发不成问题。

1、微转印技术

     无论 Sense 还是 lbeo,都在用着垂直腔面发射激光器(VCSEL),它的一大特点就是成本低,因为靠着传统半导体技术就能源源不断生产 VCSEL。除了这两家公司,此前名为 Ouster 的新创公司造 LiDAR 靠的也是 VCSEL。
     不过与 Ouster 相比,Sense 的 LiDAR 在激光的数量上可是要多得多。为了实现这一技术指标,Sense 用到了被称为微转印的技术。
     虽然 VCSEL 可以大量生产,但要在一块芯片上整合 11000 束激光,肯定会引发各种问题,比如发热以及对人眼的伤害。
     Sense 考虑到了这些问题,它们有自己明确的解决方案:将这 11000 束激光散射开来。在一块砷化镓晶圆上造出成千上万个 VCSEL 后,Sense 会将它们转移到新的导热陶瓷基片上并在这个过程中分散它们。


图1.橡胶凸起能借助静电力拾取微芯片
     这里,Sense 就要用到微转印技术了。该技术使用的橡皮印章底部带有微小凸起的网格。当这些凸点之一接触到微小的 VCSEL 芯片时,可以利用静电力将其拾取起来。

     这些凸起都是精心安排的,为的就是在水平和垂直方向上每 n 个芯片中就有一个能从原始晶圆上被拾取起来并放置在新基片上。随后,对于下一个 LiDAR 单元,印章将在另一插槽上拾取另一组芯片。通过这种方式,单个硅晶片就可以为许多 LiDAR 单元生产 11000 个激光组件。

2、Sense 的下一步就是提升 LiDAR 探测距离
     与其他 LiDAR 连续扫描一个场景的方式不同,Sense 的 LiDAR 闪一次就能用 11000 束激光照亮整个场景,随后传感器会计算激光束的飞行时间以判断车辆与物体间的距离。
     一般来说,这样的快闪式 LiDAR 探测距离都是短板,毕竟照亮整个场景意味着光被浪费在了像素之间的空隙中。为了解决这一问题,Sense 干脆上了“蛮力”——光不够我们就加。
     不过,Ouster CEO Angus Pacala 也指出,Sense 的方案有个重大缺陷,即超高功耗。“更高的功耗意味着更大的传感器,更大的传感器又意味着更高的成本和集成难度。”Pacala 说道。
     现在的 Sense LiDAR 确实有这个问题,它们不但探测距离短,功耗还高。Sense 的 LiDAR现在功耗为 25-35 瓦,与 Ouster(14-20 瓦)和 Velodyne(8-12 瓦)的产品相比确实高上不少。别忘了,其他竞品的 LiDAR 还能 360 度旋转,而 Sense 的产品想实现全覆盖,还得多装几个。
     Burroughs 表示,Sense 的目标是在 2021 年推出探测距离 200 米的 LiDAR,到时其激光数量会再上一个台阶(现在还未公布具体参数)。不过,在大幅提升探测距离的同时能否将功耗压下去,现在恐怕是 Sense 最大的挑战。

3单光子雪崩二极管(SPAD)正成为新趋势


     好在,Sense 已经有了自己的计划,它们这次要借助于单光子雪崩二极管(SPAD)技术。事实上,Ouster 的 LiDAR 也用到了这一技术。2018 年接受采访时,该公司 CEO Pacala 就表示,Ouster 的长期愿景就是借助 2D VCSEL 激光阵列和 SPAD 探测器打造工作起来类似于摄像头的 LiDAR,与 Sense 要在 2021 年发布的产品简直同属一个思路。
     顾名思义,所谓的 SPAD 探测器敏感到可以探测到单个光子,这强大的光敏性可能是 Sense实现更远探测距离的关键。而且与 VCSEL 一样,SPAD能用传统半导体工艺实现大规模量产,因此有巨大的成本优势。
     有趣的是,lbeo 也计划在下一代 LiDAR 上用到 SPAD 技术。
     其实 lbeo 并不是什么新创公司,它们的 LiDAR 2005 年 DARPA 挑战赛上就投入使用了。可惜,由于只有 4 线激光,当时 lbeo 的产品被 Velodyne 的 64 线 LiDAR 完虐。几年前,lbeo 拿到了奥迪的大单,它们的 LiDAR 也成了首批登上量产车的产品。当然,能得到奥迪青睐主要还是因为 lbeo 背后的采埃孚公司,这家一级供应商巨头 2016 年收购了 lbeo。也就是说,只要 lbeo 产品做得好,未来肯定不缺订单。
     今年接受采访时,lbeo 运营主管 Mario Brumm 还表示,公司下一代 LiDAR 今年年末就会正式亮相,它将搭载 128x80 阵列的 VCSEL 和 128x80 阵列的 SPAD。此外,lbeo 正试图用模块化设计打造自己的产品线,从远程窄视场到近程宽视场 LiDAR 都不会缺席。当然,降成本也是 lbeo 的重中之重。如果一切顺利,lebo 的廉价 LiDAR 将在 2022 年年末或 2023 年年初大规模铺货。
     与 Sense 不同,lbeo 并没有解释它们要如何解决发热和人眼安全的问题。外界猜测,SPAD 技术的引入让 lbeo 能降低激光的功率输出,避免对人眼造成伤害。同时,这种方案还能减少光子的“浪费”。Brumm 还表示,低功耗也是 lbeo 的首要努力方向。
     不过,从现有技术条件来看,没有 Sense 的微转印技术 lebo 和 Ouster 确实举步维艰。当然,后两家也不会熟手就擒,它们正沿着固态快闪式 LiDAR 的路线进行弯道超车。
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