雷射雷達產業及核心元器件-2020版

LiDAR Industry and Core Components 2020

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麥姆斯諮詢 王懿
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雷射雷達產業關鍵詞：「退燒」

雷射雷達（LiDAR）起源於20世紀60年代早期，首次應用是在氣象學中，國家大氣研究中心用它來測量雲層。1971年阿波羅執行15號任務期間，太空人採用一種雷射雷達設備——雷射高度計來繪製月球表面圖，由此進入太空探測、氣象監測、地形勘測等科學研究領域。但雷射雷達真正進入「炙熱期」，是從自動駕駛產業的興起開始。

據麥姆斯諮詢觀察，隨著自動駕駛產業的不斷發酵，2017年成為雷射雷達產業被寄予過高期望的「發燒」期：從全球融資情況來看，2017年成為投融資事件發生最為頻繁的一年，中國的投融資高峰相比全球晚一年。2017年之後，雷射雷達通過車規的難度被更清醒地認識，看似花哨、晦澀的雷射雷達技術的神秘面紗被慢慢揭開，投融資熱度逐漸「退燒」，該產業回歸理性。

國外雷射雷達廠商融資概況（來源：麥姆斯諮詢）

雷射雷達吸引了兩種不同商業模式企業的加入：網際網路企業和汽車製造商。網際網路企業將從Level 4/5的自動駕駛汽車切入，傳統汽車製造商從ADAS汽車開始切入，追逐ADAS級別進階。我們曾經對自動駕駛雷射雷達市場的增長速度寄予過高的期望值，認為其市場份額將迅速超過ADAS汽車雷射雷達市場份額。實際上，自動駕駛車輛對雷射雷達技術要求更為苛刻；2018年3月28日美國亞利桑那州，一輛Uber（優步）自動駕駛汽車撞倒一名女性行人E. Hertzberg並導致其死亡，該事故對自動駕駛汽車行業的衝擊力非常巨大。因此自動駕駛汽車市場增長速度被不斷進行放緩的修正，我們預計全球自動駕駛汽車雷射雷達將從2020年的9700萬美元增至2025年的1.72億美元，2020~2025年的複合年增長率（CAGR）為12%。

雷射雷達技術關鍵詞：從模擬、機械式到數字、固態化，從「看見」到「看懂」

回顧計算機的發展歷史。1946年，第一臺電子計算機問世於美國賓夕法尼亞大學，由馮·諾依曼設計，佔地170平方米，採用電子管作為核心元件，價格讓人高攀不起（550萬美元）。1971年，美國英特爾公司研製出第一代微處理器Intel 4004，這款基於超大規模集成電路（VLSI）的晶片幫助計算機進入數字時代，親民的價格與迷你的尺寸，讓計算機逐漸成為平民可以享用的電子產品。雷射雷達也曾因為體積大、價格昂貴為世人詬病。但隨著關鍵元件採用半導體技術，成本不斷降低，而性能不斷優化，雷射雷達也將從價格昂貴、模擬信號輸出、機械旋轉式的初始階段，逐漸過渡到價格親民、數位訊號輸出、關鍵元件固態化的階段。

雷射雷達技術趨勢：從模擬、機械式到數字、固態化（來源：麥姆斯諮詢）

雷射雷達具有「看見」的能力，但缺乏思考能力：無法識別看到的是什麼？看到的物體速度有多少？具體尺寸是多少？這一短板，讓以馬斯克（Elon Musk，特斯拉執行長）為代表的「雷射雷達無用論」派別堅持為自動駕駛車輛選用攝像頭。其實，雷射雷達已經向著實現智能信息捕獲的技術方向發展，功能從「被動搜索」或目標探測擴展到「主動搜索」，在許多情況下，還可以實時獲取目標的分類屬性。算法則是為雷射雷達帶來思考能力的制勝法寶。中國著名雷射雷達企業速騰聚創（RoboSense）早在2017年就推出「普羅米修斯」計劃；美國雷射雷達企業Aeye也在同年提出了智能數據採集的新方式iDAR™平臺；中國阿里巴巴達摩院在今年8月宣布其自研感知算法實現了對低線束雷射雷達（LiDAR）的高線束模擬。有了算法的加持，雷射雷達才具備了思考能力，實現對場景的理解，真正「看懂」場景，讓雷射雷達幫助汽車做出正確的決策，與此同時還能降低雷射雷達成本。

雷射雷達技術趨勢：從「看見」到「看懂」（來源：麥姆斯諮詢）

該報告從四個維度深入分析了雷射雷達技術：測距原理、光源、光束操縱、探測器。並從四個維度重點分析了汽車雷射雷達的原理、技術發展趨勢、典型器件和代表廠商。關於雷射雷達的稱謂眾多，如：機械式、固態、全固態、混合固態；或者：MEMS（微機電系統）、OPA（光學相控陣）、Flash（閃光）；亦或：FMCW（調頻連續波）、ToF（飛行時間法），以上種種說法常常讓圈外人出現概念混淆。雷射雷達的測距原理可分為三角測距法和ToF（飛行時間法），前者主要用於掃地機器人、工業機器人等非車載應用，而後者才是汽車雷射雷達的主要測距原理。雷射雷達的光束操縱方式有MEMS微振鏡掃描、OPA掃描、機械式掃描（又包括旋轉馬達掃描、平面擺鏡掃描、多稜鏡掃描等多種宏觀可見的掃描方式）、閃光式（無需掃描元件）等，光束操縱也是最複雜、最關鍵的雷射雷達技術維度。在光源方面，涵蓋LED、EEL、VCSEL和光纖雷射器，而在探測器方面，包括PIN PD、APD/SPAD/SiPM、CMOS圖像傳感器、CCD圖像傳感器。

雷射雷達四個維度（來源：麥姆斯諮詢）

雷射雷達產業鏈關鍵詞：中國力量崛起

雷射雷達將主要被高端ADAS汽車和自動駕駛汽車採用，並且自動駕駛汽車是改變雷射雷達產業的重要力量。在中國，截至2019年底，共有25個城市出臺自動駕駛測試政策；2020年2月，中國國家發展改革委牽頭髮布《智能汽車創新發展戰略》，這是繼《中國製造2025》之後又一個重磅的戰略發布；2020年，國家發改委首次官方明確「新基建」七大板塊，雷射雷達作為終端傳感器設備，在自動駕駛、車路協同等智能交通、智慧城市領域的作用不斷凸顯。中國政府對自動駕駛的支持，也將對全球雷射雷達產業發展啟動積極的推動作用。

汽車雷射雷達產業鏈（來源：麥姆斯諮詢）

2019年初，由大疆（DJI）等知名科技公司投資並提供銷售渠道支持的覽沃（Livox）推出了全系列雷射雷達傳感器。同年，華為宣布了研發和製造雷射雷達的雄心。受到博世（Bosch）和安森美半導體（On Semiconductor）投資並刷新雷射雷達產業界融資金額記錄的中國企業禾賽科技（Hesai），在專利方面被雷射雷達產業先驅企業Velodyne投訴後再「握手言和」……全球雷射雷達廠商，在窺視中國自動駕駛巨大市場的同時，對中國雷射雷達力量的崛起也充滿了敬畏之情！

麥姆斯諮詢整理了全球機械式雷射雷達廠商、MEMS雷射雷達廠商、光學相控陣（OPA）雷射雷達廠商、調頻連續波（FMCW）雷射雷達廠商、閃光式（Flash）雷射雷達廠商，並對相關廠商的雷射雷達技術進行分析。從各大雷射雷達技術路線廠商的全球分布中，我們驚喜地看出了中國雷射雷達廠商的份量！

在本報告中，麥姆斯諮詢也對雷射雷達採用的核心元器件，如光源、光束操縱元件和光電探測器的技術發展趨勢和代表廠商進行了詳細分析。在光源方面，被寄予厚望的VCSEL已經開始出現在雷射雷達產品上，如Ouster的數字雷射雷達採用自研VCSEL光源，ibeo將為長城汽車提供的雷射雷達也將採用艾邁斯半導體（ams）的可尋址VCSEL晶片。在光束操縱元件方面，不少廠商採用自研的商業模式，禾賽科技（Hesai）、一徑科技（ZVISION）、Blickfeld、AEye等雷射雷達廠商自研MEMS微振鏡，而速騰聚創（RobSense）通過投資蘇州希景微機電科技有限公司間接掌握MEMS微振鏡，力策科技（LITRA）、國科光芯（CSPC）、Voyant Photonic、Strobe等自研OPA晶片。光電探測器仍主要掌握在國外巨頭手中，如First Sensor、安森美（On Semiconductor）、濱松（Hamamatsu）等，但中國也湧現出一些初創企業，如芯視界（visionICs）、靈明光子（Adaps Photonics）、飛芯電子（ABAX Sensing）等！

汽車雷射雷達光電探測器發展趨勢（來源：麥姆斯諮詢）

此外，在這份報告中，麥姆斯諮詢還提供一份雷射雷達專利資料庫（Excel版本），其中包含了本研究所涉及的2000多件授權發明專利和發明專利申請。這份高價值專利資料庫支持多欄位檢索，包括專利標題、摘要、申請人、公開號、申請號、申請日、發明人、IPC分類號、當前法律狀態以及摘要附圖。

麥姆斯諮詢經過近幾年的深入調研和專家訪談，撰寫了《雷射雷達產業及核心元器件-2020版》報告。報告共300多頁，將從以下八方面詳細分析雷射雷達產業及核心元器件：

報告大綱：

1. 雷射雷達概念
內容包括雷射雷達定義、原理、發展歷史、應用領域、性能參數等。

2. 雷射雷達產業綜述及市場狀況
內容包括自動駕駛、汽車視覺傳感器、汽車雷射雷達市場、雷射雷達廠商融資情況等。

3. 雷射雷達行業標準/規範
內容包括車規標準（汽車產品安全、汽車安全、質量管理系統、可靠性規範等）、電磁兼容（EMC）標準、振動測試標準，以及雷射雷達核心元器件相關標準/規範：如雷射光源、光電探測器、集成電路、MEMS器件。

4. 雷射雷達技術路線
內容包括雷射雷達四個維度分析（測距原理、光源、光束操縱、探測器）、雷射雷達核心元器件介紹。

5. 雷射雷達廠商及主要產品
內容包括機械式雷射雷達廠商及主要產品、MEMS雷射雷達廠商及主要產品、OPA雷射雷達廠商及主要產品、Flash雷射雷達廠商及主要產品。

6. 雷射雷達核心元器件及供應商
內容包括雷射雷達三大核心元器件（光源、探測器、光束操縱）及全球代表廠商。

7. 雷射雷達產業政策解讀
內容包括國家和地方政府發布的雷射雷達相關政策，還涉及新基建和自動駕駛路測牌照。

8. 雷射雷達專利分析
內容包括雷射雷達中國專利申請趨勢、專利法律狀態、專利地區分布、專利申請人和發明人，並提供核心專利介紹及雷射雷達專利資料庫（Excel版本）。

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