LiDAR 追逐自动驾驶美好愿景 推动激光雷达技术大步前进

激光雷达技术在自动驾驶愿景的推动下大步前进，同时它还在寻找其它用武之地。

随着先进计算机视觉技术和雷达传感器芯片的进步，激光雷达正在逐渐成为自动驾驶技术体系中日益重要的一部分。不过，激光雷达系统也正在渗透进入其它各种应用领域，包括工业自动化、机器人和无人机。

先进地图测绘是激光雷达又一个快速增长的市场，考虑到地图测绘正是激光雷达技术的最初应用场景，所以这一点都不令人感到惊讶。不过，在激光雷达最新技术的推动下，地图绘制功能变得越来越强大，越来越复杂。事实上，激光雷达曾经被用来在危地马拉的丛林中找到了一个隐藏了多个世纪的玛雅人大都会，其中包括成千上万个建筑，以及充满了商业气息的街道。

这些不断扩展的应用场景以及LiDAR技术的持续改进，预示着LiDAR市场美好的发展前景。ABI Research预测，到2027年，汽车LiDAR的市场价值将达到近130亿美元。

相关市场也将受益于LiDAR的增长。YoleDéveloppement预测，未来五年，氮化镓功率器件的年复合增长率将达到79%，于2022年底达到4.6亿美元市场规模。功率GaN技术非常适合高性能和高频应用。“LiDAR、无线充电和包络跟踪都是高端低/中压应用，GaN是现有技术中唯一能够满足其要求的技术。”Yole的Ana Villamor指出。

因此，当领先的LiDAR供应商追逐自动驾驶汽车美好愿景的同时，在开发高级驾驶辅助系统之外，他们还在向无人机、工业系统和地图测绘市场提供相关产品。

自主驾驶和辅助驾驶

说到底，LiDAR最大的机会还是在汽车领域，目前业界正在通过采用固态设计减少元件数量、降低系统成本，以加速向汽车领域的渗透。

“对我来说，LiDAR是一个非常有趣的系统，因为它有许多非常有趣的组件，而且都与半导体有关，”西门子子公司Mentor的产品策略师Jeff Miller表示。“为了制造固态LiDAR，硅光子学领域正在进行一些非常有趣的研究工作。在如何获得激光功率、如何控制激光脉冲这些激光雷达的传统研究领域有一些非常有趣的工作，功率晶体管设计也非常有趣。从数据处理的角度，如何处理LiDAR传感器的3D点云图产生的大量数据？我如何理解这些数据？最终，数据处理的目的是提供决策我的汽车可以或者不可以继续向前行驶的信息，这也是我们使用这些传感器的最终目标，因为它的主要终端视觉产品是无人驾驶汽车。”

早期的汽车LiDAR系统安装在车顶上，旋转着运行。这种造型不大适合消费者市场。“业界已经开始着手LiDAR系统的商业化，”Miller说。“它需要看起来就像一辆普通汽车一样。”

而这正是LiDAR系统真正开始变得有趣的地方。Cadence公司定制和IC封装事业部高级研发总监Ian Dennison说：“目前的竞争赛道是低成本、小尺寸的固态LiDAR。”他指出，价格需要降到200美元或以下。“这个市场现在有点火热，涌进来很多初创公司，很多投资人也愿意参与。它之所以令人兴奋，部分原因在于存在各种各样的设计材料。比如CMOS、硅光子、硅MEMS等等。不同的玩家对LiDAR系统哪个部分选择哪种方案百家争鸣。”

Dennison补充说，LiDAR提供了出色的深度分辨率，“特别适合自动驾驶汽车。这正是LiDAR的真正杀手锏特性。”

有什么不同

LiDAR的增长也推动了对采用GaN和其他奇异半导体材料制造的大电流、高频率、低电阻、低容性的功率晶体管的需求。

Mentor公司产品营销经理Chris Cone表示：“我们看到一种趋势，是将更高性能的III/V族材料应用到传统的硅系统中，从而实现更高的集成度。LiDAR设计对几何形状高度敏感，和硅光子IC设计的许多能力要求相同，包括基于曲线对象生成称设计组件的能力，通过多种波导类型将设计组件和所需的锥形和变换组合在一起的能力，以及采用适当的光电模型进行多域电路仿真的能力。非常重要的一点是，进行物理验证时需要具备光子结构意识，因为标准的验证流程容易产生大量假错误，使用标准的DRC检查技术会产生无法被充分检查的大量误报。这样就只能放弃大量的检查项目，但这样又会漏掉真正的错误。”

因此，工具供应商正在研究不同的方法。“LiDAR设计需要新的方法论，设计工具必须足够灵活，”Cone说。“但是，你可以在LiDAR设计中实施同样的开发里程碑-设计完成后，通过包括DRC、LVS和布局后提取等仿真和布局验证手段进行设计分析。”

有些专家并没有将MEMS器件定性为固态元件，因为MEMS激光雷达里面有一些可移动的部件，现在，有些LiDAR厂商没有采用MEMS技术，转而采用了相控阵列技术。

“不同的人采取不同的方法，”Cadence的Dennison说。“硅光子技术非常适合像LiDAR这样基于光的应用，如果您可以使用光子来操纵激光，那么您的解决方案就不需要跟踪激光频率了，它本身就使用光。”

将MEMS和光子器件、CMOS芯片混合在一起需要解决协同设计问题，他说，“这是一种混合技术。”