撰文 | 张祥威 编辑｜马青竹华锋优配网
“激光雷达的未来发展方向是SPAD，这很清晰。”一位激光雷达公司从业人士告诉《出行百人会/AutocarMax》。
最近，禾赛科技高管揭秘，“旗下产品ETX采用了自研SPAD 3D堆叠的芯片。”ETX是该公司于今年10月发布的超远距激光雷达。
探测器技术主要分为APD、SiPM和SPAD三类。其中，SPAD全称为Single Photon Avalanche Diode(单光子雪崩二极管)，应用此技术的产品，被部分公司定义为数字激光雷达。
以市场规模论，当下，APD、SiPM仍是主流应用。但SPAD有望成为新宠儿。
Yole报告显示，在2024年车载激光雷达接收器市场中，SiPM与SPAD分别占据了69%和18%的市场份额。报告预测，到2030年，两者的份额预计将调整至61%与33%。至2035年，则分别达到48%和49%。
不只禾赛，华为、速腾聚创等均已入局，如华为D3、速腾聚创EM4，接收端的探测器采用SPAD阵列。
禾赛认为，APD、SiPM、SPAD三种激光探测技术没有优劣之分。选择哪一种，取决于市场需要什么。但也有观点认为，SPAD兴起后，未来基于SiPM的激光雷达会被淘汰。
那么，未来SPAD到底是三分天下有其一？还是完成主流替代，重塑行业？
SPAD打开新门，带来新问题
SPAD技术的核心是，利用半导体材料的雪崩效应，实现对光子的灵敏探测。
从理论概念的提出，到率先被手机等消费电子催化，再到如今应用于车载激光雷达，SPAD的优越性，正随技术成熟而展现。
“SPAD有很多优势。以128线激光雷达为例，使用SPAD可以更好地识别雨夜路面、车道线等目标物。”上述激光雷达人士告诉我们。
整体上华锋优配网，SPAD的优势包括，高增益、高灵敏度、高动态范围、高可靠性、数字信号输出、易集成等。
其劣势在于，由于半导体材料和物理效应，会存在暗计数和串扰问题，以及动态范围有限和像素独立性等问题。
要用好SPAD，就得解决一系列技术挑战：
没有光信号时，由于半导体材料的热激发或缺陷，SPAD会随机产生虚假的雪崩效应，从而形成暗噪声。
有光信号时，一个SPAD像素发生雪崩，会产生微弱的红外光子，被邻近的像素探测到，从而引发错误的连锁反应，导致测距不准或鬼影。雪崩过程中，被陷阱俘获的载流子，在被释放后，还可能再次发出一次虚假的雪崩信号。
强光下，海量的背景光子会持续触发SPAD，使其迅速达到技术上限而“失明”。
另外，SPAD雪崩效应启动需要数百伏的高反向偏置电压，这增加了电路设计的复杂度和功耗，以及高压管理的可靠性风险。SPAD对温度极敏感，还需要复杂的温控。
以上诸多问题，或许是影响SPAD量产进程的原因。尤其要满足车规级，更需技术火候到位。
禾赛一早入局SPAD，并在2022年发布应用SPAD技术的近距补盲激光雷达FT120，去年并购拥有SPAD专利技术的瑞士芯片设计公司Fastree 3D，今年又发布ETX，动作不断。
禾赛科技联合创始人、首席科学家孙恺认为，传统SPAD方案仍存在一些问题：
“例如，当车辆靠近一个高反目标物体时，周围会出现很多杂散的点，有些点甚至弥漫到了马路中央，这种情况下很容易误触发AEB。”
他解释，这是由于传统SPAD的接收端是多通道并收架构。几百个通道，分区数量非常少，往往几十个通道同时发光，出现高反膨胀，周围出现很多点云的噪点。
华锋优配网
禾赛的解决方案是，采用光子隔离技术，从硬件层面入手，将所有发射通道和接收通道一一对应，且互相隔离。此外，采用波形解码引擎等技术，来解决噪点滤除等问题。
代价是，禾赛的单独寻址激光器数量是传统SPAD方案的10倍，达到上百颗。为了不让成本同比例增加，禾赛在发射端做了不少集成化工作。
我们注意到，市面上的SPAD激光雷达，例如速腾聚创，主要通过二维可寻址VCSEL激光芯片，以及集成了具备抗串扰能力的SPAD-SoC芯片，来解决高反等问题。
上述激光雷达人士告诉我们，解决高反问题是用好SPAD的基础能力。过了这一关之后，还要解决二维扫描、数字架构、点云质量、生产制造质量等问题，从研发到产线，都需要进行全新的设计和适配。
集体拥抱SPAD
近几年，SPAD受到重视。上文提及的禾赛FT120、ETX，以及速腾聚创的EM4，均采用SPAD技术。
华为的96线、192线激光雷达产品，均为SPAD方案。“华为至少从2023年就开始采用SPAD。由于其产品主要面向消费者，因而宣传上更侧重性能而非技术细节。”业内人士认为。
从终极形态看，高度集成的SPAD能实现性能提升和成本下降的双重效果。
与SiPM相比，SPAD可采用标准的CMOS工艺制造，量产成本低。而且，由于SPAD对光子的灵敏度，还可降低对激光功率的需求，从而减少激光器成本。
尤其SPAD与芯片集成后，还能降低体积。以市面上的量产激光雷达为例，将SPAD与SoC通过3D堆叠后，体积可缩小50%以上。
但是，目前SPAD方案的核心芯片设计制造成本高，规模效应尚未形成。所以，降本也在不断推进。
禾赛科技联合创始人、CEO李一帆说：“我们会先考虑它的ASP最终会稳定到多少，然后估算一下市场的量，根据这个合理地设计成本。”
值得注意的是，对于SPAD的应用策略，各家并不完全一致。
华为的激光雷达产品属于SPAD阵营，但不同之处在于，其SPAD采用索尼IMX459。
禾赛的ETX虽然采用SPAD技术，但其ATX系列明年推出的焕新版仍将采用SiPM方案。不过，其主控芯片会采用自研的费米C500，替换原有的FPGA和MCU，以实现降本。
另一家公司速腾聚创，据我们了解，其M1P、M2和MX明年同样仍将采用SiPM方案。“之前用M1P、M2、MX的车型没有升级雷达就继续用，继续供货。”
不过，知情人士告诉我们，速腾聚创今年新的定点，从车载激光雷达到机器人，基本都是SPAD的产品。
以此来看，激光雷达未来全面拥抱SPAD的概率，并不低。
“随着产品技术迭代，SiPM的份额将逐步降低，减少到一个很小的比例，甚至消失。”上述知情人士判断。
结语
一方面，激光雷达公司希望凭借新技术，将性能发挥到极致。
如李一帆所说，“激光雷达这类产品，我们希望它的主要功能是，在发生概率仅为万分之一甚至百万分之一的极端危险情况下，我们做的所有事加起来能救车上人员的命。”
对于追求极致性能（如300线以上）和全固态的下一代雷达，车企愿意为SPAD的潜力支付溢价。
另一方面，实现降本，也极为迫切。
200线以内，基于ASIC架构的SiPM方案目前还具有显著的单线成本优势。以SiPM为例，一些公司今年发布的激光雷达产品，在确保激光雷达点频不变甚至有所提升的前提下，大比例减少了接收通道。
身处竞争激烈的汽车行业华锋优配网，激光雷达的商业触角已伸向了机器人和海外市场。为摆脱低毛利竞争的泥沼，唯有不断前进。
胜亿配资提示：文章来自网络，不代表本站观点。
