只是組裝？遙遙領先的國產(chǎn)激光雷達，繞不開索尼的傳感器芯片

我們知道，許多旗艦手機，在宣傳拍攝能力的強悍時，廠商往往都在強調(diào)——使用了索尼的IMX???圖像傳感器。 為什么？ 這是因為，索尼是全球CMOS圖像傳感器遙遙領先的王者——無論是技術實力亦或是市場份額，CMOS圖像傳感器是攝像頭的最核心器件。 據(jù)Yole最新的《2024年CMOS圖像傳感器行業(yè)現(xiàn)狀》顯示，索尼CMOS圖像傳感器（CIS）的市場份額在2023年進一步攀升至45%——幾乎快要占據(jù)全球CIS一半的市場，足見這位全球CMOS圖像傳感器王者地位的穩(wěn)固。 ▲來源：yole ? 然而，索尼的傳感器芯片，不僅統(tǒng)治了攝像頭，還將壟斷另一個國產(chǎn)似乎看起來遙遙領先的傳感器賽道——激光雷達。 Yole《2024車載激光雷達市場報告》顯示，禾賽科技、速騰聚創(chuàng)、圖達通、華為、覽沃等國產(chǎn)激光雷達廠商，合計占據(jù)全球84%的市場份額。 ? 激光雷達不是禾賽科技、速騰聚創(chuàng)等廠商生產(chǎn)的嗎？ ? 是，但不全是。 ? 激光雷達是一個復雜、精密的傳感器系統(tǒng)，主要有激光發(fā)射、激光探測、信息處理、掃描等四大部件構成，禾賽科技、速騰聚創(chuàng)等廠商屬于中游集成商，其產(chǎn)品既有自研的部分，也有向外采購的部件。 激光器、探測器和信號處理是激光雷達BOM總體成本最高的部分，占比高達70%，其中激光器+探測器占比30%-40%，是目前激光雷達降低成本（激光雷達賽道的主邏輯）的關鍵環(huán)節(jié)和核心技術壁壘之一。 當前，激光雷達技術方案業(yè)內(nèi)已經(jīng)基本達成共識，整體遵循機械式>半固態(tài)>全固態(tài)的演進路線，光線波段采用905nm，激光器由EEL向VECSEL發(fā)展，探測器由APD向SiPM和SPAD面陣發(fā)展。其中，SPAD（單光子雪崩二極管）被認為是SiPM迭代的下一代探測芯片，具有更高的集成度、跟高設計靈活性和更低的成本。 2020年，索尼推出了行業(yè)真正意義上的第一款車規(guī)級SPAD 芯片，如今幾乎一統(tǒng)天下。 ? 華為率先使用！蘋果推動，索尼不看好卻推出行業(yè)第一款車規(guī)級SPAD探測器芯片！ 還記得2023年12月，華為發(fā)布的全球汽車業(yè)界首個量產(chǎn)的最高線數(shù)激光雷達——192線激光雷達嗎？ 據(jù)業(yè)界分析，這顆“遙遙領先”的激光雷達，使用的就是索尼的SPAD芯片——IMX459，IMX459作為業(yè)界真正意義上的第一款車載SPAD SoC（片上系統(tǒng)），具有里程碑意義。它的成功研發(fā)和應用，證明了SPAD技術在激光雷達領域的可行性。 作為CMOS圖像傳感器的老大，起初索尼是不太愿意做SPAD芯片的，索尼工程師提到他們認為在實際應用中很難實現(xiàn)。 然而，蘋果公司決定在iPhone手機上配置短距激光雷達以實現(xiàn)3D掃描應用，蘋果公司找到了索尼研發(fā)SPAD芯片，與此同時，汽車自動駕駛領域的激光雷達應用也在飛速發(fā)展，于是，索尼順手一并研發(fā)車規(guī)級IMX459激光雷達芯片，并在2020年實現(xiàn)流片。 相關數(shù)據(jù)顯示，如今索尼每年向蘋果提供0.8-1億顆SPAD面陣芯片，用于iPhone等產(chǎn)品中。 作為業(yè)界第一款車規(guī)級SPAD芯片，IMX459的性能其實并不理想，早在2022年國內(nèi)外車企測試完后，大都給出負面評價，大部分廠商認為這是一顆Demo（樣品），很難在量產(chǎn)中應用。 這時候，第一個吃螃蟹的廠商出現(xiàn)了：

H公司率先實現(xiàn)了量產(chǎn)，成本、可靠性、供應鏈穩(wěn)定性等因素逐一克服。即使IMX459在某些方面表現(xiàn)不佳，但它能在其他方面提供優(yōu)勢，例如成本更低以及供應鏈穩(wěn)定，在市場中獲得一定的份額。感謝H公司跑通了驗證以及供應鏈體系，隨后大量的車企和主機廠也給出了DEMO以及量產(chǎn)排班，并且實現(xiàn)了價格的cost down，讓激光雷達真正意義上飛入尋常百姓家。

就這樣，我們在2023年底看到了首個量產(chǎn)上車的192線激光雷達。 從華為激光雷達開始，進入2024年，市場大量出現(xiàn)192線激光雷達產(chǎn)品，而這些激光雷達用到的核心SPAB探測器芯片，都是索尼IMX459。 那么，為什么用索尼IMX459芯片做出來的激光雷達，都是192線？ 索尼SPAD芯片獨步天下，下一代已在路上，國產(chǎn)廠商摩拳擦掌自研SPAD芯片但一個能打的都沒有 索尼是全球CMOS技術領先者，手握三個CMOS半導體制造廠，而IMX459激光雷達探測器芯片也有賴于其多年的技術積累。 IMX459芯片使用堆疊式工藝，頂部芯片使用90nm的背照式工藝實現(xiàn)，完成基于CMOS的SPAD。底部芯片使用40nm 1AI-10cu工藝，負責完成SPAD的信號邏輯處理。整個pixel數(shù)量為100000個SPAD像素(189(H)x600(V))，包含沒有使用的SPAD。 IMX459芯片的結構如下圖： 可以看到，IMX459芯片是上面SPAD芯片+下面邏輯芯片的集成封裝，采用索尼的“Cu-Cu混合鍵合”封裝技術，這也是索尼聞名于世的堆疊式工藝——熟悉CMOS圖像傳感器的童鞋肯定不陌生，正是這一創(chuàng)新讓索尼穩(wěn)居全球CMOS圖像傳感器王者寶座。 IMX459全分辨率600x189, 通過每 3x3 個單元輸出一個像素，因此最終分辨率200x63，而去掉邊緣的 8 個像素之后，激活區(qū)域分辨率為192x63，各家通過把芯片旋轉90度，剛好可以將垂直分辨率對應192線，基本可以確定用的就是IMX459，水平方向通過增加激光器數(shù)量和多面轉鏡，進而實現(xiàn)水平分辨率的倍增。 前文我們提到，作為第一款車規(guī)級SPAD芯片，IMX459的性能參數(shù)并不理想，經(jīng)過廠商和索尼的共同努力，魔改后達到量產(chǎn)要求。 既然索尼能夠研發(fā)出來，那我們國產(chǎn)能不能自研呢？ 在2023年，多家國產(chǎn)芯片企業(yè)宣稱研發(fā)出車規(guī)級SPAD芯片，并且有部分已經(jīng)流片量產(chǎn)。 但據(jù)業(yè)內(nèi)資深人士透露，國產(chǎn)SPAD芯片實測效果沒有一家達到要求“要么測遠了精度達不到，要么精度夠了但只有幾十米，良率還待定?！?/strong> 因此，目前能夠量產(chǎn)的SPAD芯片方案，幾乎只有索尼一家。 而且索尼下一代激光雷達SPAD芯片IMX479已經(jīng)在路上，有信息指華為、禾賽等廠商已經(jīng)在Demo測試和驗證階段。 IMX479的探測效率（PDE）將高達50%，探測效率（PDE）是衡量激光雷達性能的重要指標之一，它表示激光雷達能夠成功探測到并返回有效信號的比例。而在波長為905nm的光源下，IMX459的峰值PDE為22%。 IMX479對比IMX459在性能參數(shù)上或有翻倍的提升，從而讓激光雷達能夠提供更準確、更可靠的環(huán)境感知能力。