By Jeff Dorsch,, SEMICONDUCTOR ENGINEERING（節選）
術語小百科：
光學雷達，簡稱「光達」(LiDAR)，是以發射雷射光束探測目標的位置、速度等特徵量的雷達系統，也就是無人車上不停旋轉發射的雷射光束的「帽子」，透過反射回來的信號繪製出周圍環境的 3D 模型。
雖然該技術主要為自動駕駛開發服務，但其應用正在以迅猛的速度進入其它領域。
光學雷達不僅正成為自動駕駛技術中越來越重要的一部分，也促進著電腦視覺和雷達感測器晶片的發展。與此同時，光學雷達系統也正在進入各種其他應用領域，例如機器人和無人機的工業自動化領域。
對光學雷達而言，作為該技術的最初應用領域，高級測繪是其另一個快速增長的市場。隨著光學雷達技術的新發展，測繪系統變得更加強大而複雜，該領域的相關工作也取得了顯著的進展。事實上，光學雷達已被應用到在瓜地馬拉的叢林中定位龐大的馬雅都市，其中包括幾個世紀以來一直被隱藏著的數千種結構和數千條縱橫交錯的商業道路。
馬雅都市蒂卡爾的新發現（圖片來源：http://wemedia.ifeng.com）
越來越多的應用案例以及技術的持續改進對於光學雷達市場來說是個良好的開端。ABI Research 預測，截至 2027 年，汽車光學雷達的市場價值將達到近 130 億美元。
隨著光學雷達的發展，相關市場也會出現增長。據 Yole Développement 預測，氮化鎵功率器件的市場將在未來五年內實現 79％ 的年複合增長率，並在 2022 年底達到 4. 6 億美元。 該市場研究公司表示，氮化鎵功率技術非常適用於高性能和高頻率器件。Yole 的 Ana Villamor 指出：「光學雷達、無線電源和封包追蹤是高階的低 / 中電壓應用，而氮化鎵是唯一能夠滿足其要求的現有技術。」
因此，雖然領先的光學雷達供應商依然追求著自動駕駛汽車的願景，但除了開發先進的駕駛員輔助系統之外，他們還在為無人機、工業系統和測繪領域開發產品。
自動駕駛 / 輔助駕駛
目前，光學雷達的最大商機與市場仍然是汽車領域，並且正在努力透過固態設計減少運動部件的數量和相應系統的成本。
也因此引發了光學雷達領域的激烈競爭。Cadence 定制 IC 封裝事業部高級研發總監 Ian Dennison 指出，「競爭的目標是低成本、小尺寸的固態光學雷達，標價需要降到 200 美元或更低…仿佛又是一場淘金熱…這個領域有很多初創公司，吸引了大量的投資。而其魅力的部分原因在於它混合了各式各樣的矽設計技術：CMOS，矽光子學，矽 MEMS 等。不同的參與者對技術組合持有不同的看法。」
Dennison 同時指出光學雷達有著出色的深度解析度技術，「這對於自動駕駛汽車的表徵具有很大的好處，是光學雷達真正的殺手鐧 。」
殊途同歸
光學雷達的發展也推動了對用氮化鎵和其他特種半導體材料製造的高電流、高頻、低電阻、低電容功率電晶體的需求。
部分專家因為 MEMS 器件具有移動部件而認為它們不是固態元件，一些光學雷達供應商也已經由 MEMS 而轉向相控陣。
「不同的人採取不同的方法，」 Cadence 的 Dennison 表示：「矽光子學非常適合像光學雷達這樣的、基於光的應用。如果你可以使用光子學來操縱光線，那麼你已經開始研究一種不企圖跟上光頻率的解決方案——使用原始光線的方案。」
Dennison 指出，將 MEMS 與光子學、CMOS 晶片相結合代表了協同設計的領域，「這就是混合技術。」
投資熱潮
光學雷達的可觀前景也引發著投資熱潮。該系統的三家主要供應商都位於矽谷 —— Velodyne LiDAR，Quanergy Systems 和 Cepton Technologies，這三家都在過去一年中擴大了業務範圍。
這些公司在為大型汽車製造商及其一級供應商開發成熟的光學雷達系統的同時，也面臨著來自資金雄厚的初創公司的競爭挑戰。Aurora Innovation 剛剛獲得了由 Greylock Partners 和 Index Ventures 共同領投的 A 輪融資 9000 萬美元；密西根州的 May Mobility 從 BMW i Ventures 和 Toyota AI Ventures 獲得了 1150 萬美元的種子資金；位於西雅圖的 SEEVA Technologies 從 Revolution's Rise of the Rest Seed Fund 和其他投資者那裡獲得了 200 萬美元。正在開發自動駕駛運載工具的 Nuro，最近公佈從 Banyan Capital 和 Greylock Partners 獲得了 A 輪融資 9200 萬美元。加拿大魁北克市的 LeddarTech 去年獲得了由 Osram 領投的 C 輪融資 1.01 億美元，其中的投資者包括 Delphi Automotive、Magneti Marelli 和 Integrated Device Technology。
「我們認為市場需要兩樣東西，」 Velodyne（總部位於加利福尼亞州聖約瑟市）首席技術官 Anand Gopalan 表示：「機器人軸的高性能感測器和 ADAS（先進駕駛輔助系統）應用的小型感測器。」 但他也將工業應用視為光學雷達系統、無人機和測繪的快速增長市場。
「測繪市場將繼續發展壯大，」他表示： 「我們的重點將從簡單地提供高清地圖轉向提供可實現自動駕駛的高清地圖。可以預見，具有 360° 視野和真正精確的光學雷達的互動式測繪市場是非常重要的，因為這樣可以拍攝出高清晰度的地圖，我們相信該領域將會繼續得到大力發展。人們正在全面地發現光學雷達的許多有趣用途，例如區域測繪。總體來說，光學雷達作為一個領域，能實現多種多樣的新型應用是令人興奮的。當然，在 ADAS 領域，光學雷達已成為大多數 ADAS 系統的一種模式：全世界的電動汽車和 ADAS 專案都在使用光學雷達。」
當道路上有積雪覆蓋了車道標記而使電腦視覺系統難以工作時，光學雷達的作用則更加得以凸顯。
Velodyne 的光學雷達模組（資料來源：Velodyne）
根據 Velodyne 首席技術長的闡述，開發汽車級光學雷達的一大挑戰是環境問題，例如如何在 105°C、高達 150°C、或低至 -40°C 的溫度條件下工作。該挑戰對汽車應用至關重要，而汽車應用又將推動其他應用和功能的發展。
Gopalan 表示：「當光學雷達被投入應用時，也意味著在其背後有著越來越多的智慧模組為其提供高階功能，如當地語系化或物件跟蹤功能。光學雷達中的計算量也在不斷增加。在接下來的幾年中，內嵌智慧模組的感測器領域將出現更多有趣的產品。」
Quanergy 首席執行官 Louay Eldada 也對光學雷達市場的迅猛發展趨勢表示認同。 「這是真的。我們可以更坦然地應對質疑，」他表示，「我們的業務在汽車安全、工業自動化以及無人機進行地面和航空測繪等方面都取得了可喜的成績。」
Quanergy 採用光學相位陣列製造固態光學雷達產品。根據 Eldada 的闡述，他們的目標是將光學雷達片上系統設備的價格降至 100 美元，「光學雷達是第 4 級必備的主要感測器。我們希望為汽車行業提供支持。」
Quanergy 的固態光學雷達感測器（資料來源：Quanergy）
目前從事光學雷達業務的公司約有 50 家，未來幾年該領域將會出現優勝劣汰。但從短期來看，新公司仍在崛起。 Cepton Technologies 成立於 2016 年，該公司的工程副總裁 Mark McCord 表示，他的團隊正致力於汽車應用中的遠端感測器，並預計在今年下半年推出汽車級產品。
Cepton 業務開發總監 Wei Wei 表示，在光學雷達市場的 50 家公司中，只有不到 5 家能夠提供 200 米或距離更遠的光學雷達系統。他認為，到今年年底，更多的汽車製造商將向市場推出自家最先進的汽車產品。
結語
就汽車電子而言，光學雷達市場仍處於初期階段；但這項技術的市場正在跨越單一的垂直市場而蓬勃發展著。測繪已經成為光學雷達技術的重要應用，感測器在無人機和機器人領域的應用也前景可期。
考慮到這項技術的概念在幾年前還很模糊，目前的階段已經取得了很大的進步。而隨著價格的不斷下降，光學雷達技術無疑將出現在更多的應用領域中，真正迅猛的發展階段即將到來，讓我們翹首以待。
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