LiDAR 追逐自動(dòng)駕駛美好愿景 推動(dòng)激光雷達(dá)技術(shù)大步前進(jìn)

激光雷達(dá)技術(shù)在自動(dòng)駕駛愿景的推動(dòng)下大步前進(jìn)，同時(shí)它還在尋找其它用武之地。

隨著先進(jìn)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)和雷達(dá)傳感器芯片的進(jìn)步，激光雷達(dá)正在逐漸成為自動(dòng)駕駛技術(shù)體系中日益重要的一部分。不過(guò)，激光雷達(dá)系統(tǒng)也正在滲透進(jìn)入其它各種應(yīng)用領(lǐng)域，包括工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人和無(wú)人機(jī)。

先進(jìn)地圖測(cè)繪是激光雷達(dá)又一個(gè)快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)，考慮到地圖測(cè)繪正是激光雷達(dá)技術(shù)的最初應(yīng)用場(chǎng)景，所以這一點(diǎn)都不令人感到驚訝。不過(guò)，在激光雷達(dá)最新技術(shù)的推動(dòng)下，地圖繪制功能變得越來(lái)越強(qiáng)大，越來(lái)越復(fù)雜。事實(shí)上，激光雷達(dá)曾經(jīng)被用來(lái)在危地馬拉的叢林中找到了一個(gè)隱藏了多個(gè)世紀(jì)的瑪雅人大都會(huì)，其中包括成千上萬(wàn)個(gè)建筑，以及充滿了商業(yè)氣息的街道。

這些不斷擴(kuò)展的應(yīng)用場(chǎng)景以及LiDAR技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)，預(yù)示著LiDAR市場(chǎng)美好的發(fā)展前景。ABI Research預(yù)測(cè)，到2027年，汽車LiDAR的市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到近130億美元。

相關(guān)市場(chǎng)也將受益于LiDAR的增長(zhǎng)。YoleDéveloppement預(yù)測(cè)，未來(lái)五年，氮化鎵功率器件的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到79%，于2022年底達(dá)到4.6億美元市場(chǎng)規(guī)模。功率GaN技術(shù)非常適合高性能和高頻應(yīng)用?！癓iDAR、無(wú)線充電和包絡(luò)跟蹤都是高端低/中壓應(yīng)用，GaN是現(xiàn)有技術(shù)中唯一能夠滿足其要求的技術(shù)。”Yole的Ana Villamor指出。

因此，當(dāng)領(lǐng)先的LiDAR供應(yīng)商追逐自動(dòng)駕駛汽車美好愿景的同時(shí)，在開發(fā)高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)之外，他們還在向無(wú)人機(jī)、工業(yè)系統(tǒng)和地圖測(cè)繪市場(chǎng)提供相關(guān)產(chǎn)品。

自主駕駛和輔助駕駛

說(shuō)到底，LiDAR最大的機(jī)會(huì)還是在汽車領(lǐng)域，目前業(yè)界正在通過(guò)采用固態(tài)設(shè)計(jì)減少元件數(shù)量、降低系統(tǒng)成本，以加速向汽車領(lǐng)域的滲透。

“對(duì)我來(lái)說(shuō)，LiDAR是一個(gè)非常有趣的系統(tǒng)，因?yàn)樗性S多非常有趣的組件，而且都與半導(dǎo)體有關(guān)，”西門子子公司Mentor的產(chǎn)品策略師Jeff Miller表示。“為了制造固態(tài)LiDAR，硅光子學(xué)領(lǐng)域正在進(jìn)行一些非常有趣的研究工作。在如何獲得激光功率、如何控制激光脈沖這些激光雷達(dá)的傳統(tǒng)研究領(lǐng)域有一些非常有趣的工作，功率晶體管設(shè)計(jì)也非常有趣。從數(shù)據(jù)處理的角度，如何處理LiDAR傳感器的3D點(diǎn)云圖產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)？我如何理解這些數(shù)據(jù)？最終，數(shù)據(jù)處理的目的是提供決策我的汽車可以或者不可以繼續(xù)向前行駛的信息，這也是我們使用這些傳感器的最終目標(biāo)，因?yàn)樗闹饕K端視覺(jué)產(chǎn)品是無(wú)人駕駛汽車?！?/p>

早期的汽車LiDAR系統(tǒng)安裝在車頂上，旋轉(zhuǎn)著運(yùn)行。這種造型不大適合消費(fèi)者市場(chǎng)?！皹I(yè)界已經(jīng)開始著手LiDAR系統(tǒng)的商業(yè)化，”Miller說(shuō)?！八枰雌饋?lái)就像一輛普通汽車一樣。”

而這正是LiDAR系統(tǒng)真正開始變得有趣的地方。Cadence公司定制和IC封裝事業(yè)部高級(jí)研發(fā)總監(jiān)Ian Dennison說(shuō)：“目前的競(jìng)爭(zhēng)賽道是低成本、小尺寸的固態(tài)LiDAR?！彼赋觯瑑r(jià)格需要降到200美元或以下。“這個(gè)市場(chǎng)現(xiàn)在有點(diǎn)火熱，涌進(jìn)來(lái)很多初創(chuàng)公司，很多投資人也愿意參與。它之所以令人興奮，部分原因在于存在各種各樣的設(shè)計(jì)材料。比如CMOS、硅光子、硅MEMS等等。不同的玩家對(duì)LiDAR系統(tǒng)哪個(gè)部分選擇哪種方案百家爭(zhēng)鳴。”

Dennison補(bǔ)充說(shuō)，LiDAR提供了出色的深度分辨率，“特別適合自動(dòng)駕駛汽車。這正是LiDAR的真正殺手锏特性?！?/p>

有什么不同

LiDAR的增長(zhǎng)也推動(dòng)了對(duì)采用GaN和其他奇異半導(dǎo)體材料制造的大電流、高頻率、低電阻、低容性的功率晶體管的需求。

Mentor公司產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Chris Cone表示：“我們看到一種趨勢(shì)，是將更高性能的III/V族材料應(yīng)用到傳統(tǒng)的硅系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)更高的集成度。LiDAR設(shè)計(jì)對(duì)幾何形狀高度敏感，和硅光子IC設(shè)計(jì)的許多能力要求相同，包括基于曲線對(duì)象生成稱設(shè)計(jì)組件的能力，通過(guò)多種波導(dǎo)類型將設(shè)計(jì)組件和所需的錐形和變換組合在一起的能力，以及采用適當(dāng)?shù)?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/2800/" target="_blank">光電模型進(jìn)行多域電路仿真的能力。非常重要的一點(diǎn)是，進(jìn)行物理驗(yàn)證時(shí)需要具備光子結(jié)構(gòu)意識(shí)，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證流程容易產(chǎn)生大量假錯(cuò)誤，使用標(biāo)準(zhǔn)的DRC檢查技術(shù)會(huì)產(chǎn)生無(wú)法被充分檢查的大量誤報(bào)。這樣就只能放棄大量的檢查項(xiàng)目，但這樣又會(huì)漏掉真正的錯(cuò)誤?！?/p>

因此，工具供應(yīng)商正在研究不同的方法?！癓iDAR設(shè)計(jì)需要新的方法論，設(shè)計(jì)工具必須足夠靈活，”Cone說(shuō)。“但是，你可以在LiDAR設(shè)計(jì)中實(shí)施同樣的開發(fā)里程碑-設(shè)計(jì)完成后，通過(guò)包括DRC、LVS和布局后提取等仿真和布局驗(yàn)證手段進(jìn)行設(shè)計(jì)分析?！?/p>

有些專家并沒(méi)有將MEMS器件定性為固態(tài)元件，因?yàn)镸EMS激光雷達(dá)里面有一些可移動(dòng)的部件，現(xiàn)在，有些LiDAR廠商沒(méi)有采用MEMS技術(shù)，轉(zhuǎn)而采用了相控陣列技術(shù)。

“不同的人采取不同的方法，”Cadence的Dennison說(shuō)。“硅光子技術(shù)非常適合像LiDAR這樣基于光的應(yīng)用，如果您可以使用光子來(lái)操縱激光，那么您的解決方案就不需要跟蹤激光頻率了，它本身就使用光?！?/p>

將MEMS和光子器件、CMOS芯片混合在一起需要解決協(xié)同設(shè)計(jì)問(wèn)題，他說(shuō)，“這是一種混合技術(shù)?！?br />