激光雷达打响“2025新战役”
简体中文 | 繁体中文 您好!欢迎来到广州欧塞盾电子科技有限公司官网

当前位置:首页  >  行业新闻

激光雷达打响“2025新战役”

2021-09-01 阅读:313

继法雷奥之后,全球数家激光雷达公司的前装量产项目,已经是板上钉钉。不过,真正的革命性市场机会,或许还没有真正到来。

硅光子学是20世纪最重要的两项发明——硅集成电路和半导体激光器的结合,也就是通常所说的基于硅芯片的光子学技术。与传统技术路线相比,可以在更长的距离内实现更快的数据传输,同时充分利用芯片制造的效率和成本优势。

“在缩小激光雷达的尺寸和成本方面,芯片级激光雷达系统突破,有助于大幅降低实现完全自动驾驶的传感器组合成本。”Mobileye首席执行官Amnon Shashua预计,这个时间点将在2025年左右。

Mobileye给出的解决方案是,基于硅光子学技术将激光器与芯片集成(SoC),再结合调频连续波技术,可以同时计算目标的距离和速度,这比现有的飞行时间(ToF)法更加有效。

这种可以直接产生4D数据的激光雷达技术路线,意味着汽车制造商可以用更低的成本得到更高的性能。

一、

“硅光子学的优势在于体积小、元器件集成度高,而传统激光雷达大多数依靠更多的离散组件,组合成本和供应链保障难度更高。”业内人士表示,当然如果没有特殊工艺的晶圆厂配合,制造成本反而会更高。

Shashua此前透露,预计每个激光雷达SoC的成本在数百美元左右,比目前可量产系统的成本低一个数量级。更关键的是,依靠母公司英特尔的自有晶圆工厂,可以将成本的主动权掌握在自己手里。

激光雷达SoC也是英特尔所谓的“XPU”战略的最典型案例之一,超越CPU并着眼于各种形式的计算,从数据中心、AI加速到感知智能计算。

目前,硅光子学技术已经开始用于数据中心,收发器(能够发送和接收的设备)将电信号转换成光,然后通过光纤发送。在另一端,这些光信号又被转换回电信号。

但是传统的光收发器价格昂贵,它们的发射器和接收器组件体积较大,而且需要高等级的组件集成以及封装保护,硅光子学就是用高度集成的芯片来解决问题,同时采用类似处理器芯片的生产工艺和设备。

2016年,英特尔推出了首款基于半导体激光器的100Gb/s收发器系列产品,很快就拿到了微软Azure云计算等对性能敏感的客户青睐。目前,已经出货约400多万个模块。

此外,英特尔正在着手将光学I/O容量提高几个数量级,从而实现板级应用,直接进入目前由电子I/O控制的计算引擎,这项技术被称为集成光子学,未来有机会应用于量子计算。

我们回到基本的发射接收原理上来看,传统的发射端,激光产生的光通过调制器对数据进行编码。现有的调制器体积大、价格高。而英特尔推出的新型微环调制器将组件的面积缩小了1000倍以上。

另一端的探测器将光的存在或缺失解释为0和1。现有的光收发器中的光电二极管依靠锗或磷化铟等材料来“采集”用于移动数据的波长中的光。英特尔则采用全硅微环结构作为光电探测器,工作速度为112Gb/s,同时大幅降低材料与加工成本。

此外,英特尔通过从一束激光中捕获多波长(或多种颜色)的光,使每一根光纤的带宽成倍增加,这种技术也被称为波分多路复用。

比如,从一个光通道捕获四个不同的波长来传输四个比特的数据。在早期,这需要四种不同的激光器加上一个多路复用器。而半导体光放大器的增加有助于优化集成光子学系统的功耗,因为放大器提供的光功率比激光器更有效。

同时,英特尔利用3D封装技术,将CMOS电路与硅光子集成,“这种整合是提供性能和成本优化光收发器的关键。”同时,通过将硅光子学模块与计算资源集成,可以打破目前使用更多I/O引脚的弊端,从而实现更低功耗、更大的计算单元之间的吞吐量和更少的引脚数量。

自1998年Bookham发布第一个使用硅光子学平台的产品以来,硅光子学的主要应用一直是光通信,此后,2008年Luxtera(现在的思科)发布了第一台使用硅光电子的光收发器。到了去年,英特尔在用于数据通信的硅光子收发器市场上占有53%的份额。

硅光子学的新应用也在过去几年进一步渗透新的细分市场。在Mobileye之前,另一家激光雷达Aeva也是选择了FMCW+硅光子学的激光雷达技术路线。

二、

而基于FMCW测距方式,被视为一种可能改变未来游戏规则的新型“4D激光雷达”,在原有3D基础上增加第四个维度——速度。

目前,大多数激光雷达都是基于飞行时间(ToF)技术来做测距。ToF LiDAR本质上是发送多个激光脉冲,并测量这些脉冲返回传感器需要的时间,从而间接获得周围障碍物的距离。

连续调频波(FMCW)的技术,与ToF路线不同,主要通过发送和接收连续激光束,并测量发送和接收的频率差异,来测量物体的距离。换句话说,ToF使用时间来测量距离,而FMCW使用频率来测量距离。

这其中,ToF发送的激光脉冲是受噪声影响的波动信号,不能直接捕获速度信息。而FMCW提供连续激光束,提供的流体信号噪声明显更小,可以同时捕获速度信息。

在成本方面,FMCW的优势在于,它利用了光子学和通讯技术的产业链成熟度,使其达到更高的性能水平。比如,更低成本的光电探测器,而ToF经常使用APD和其他更昂贵的探测器。

在今年一季报发布的同时,Aeva公司宣布拿到了一家未披露公司名称的客户订单协议,为后者的自动驾驶项目提供4D激光雷达方案。

考虑到奥迪ARTEMIS项目负责人在关键时刻加入了Aeva公司的顾问委员会,也透露出这个未披露客户名单的项目关联性。

奥迪预计2024年前后量产全新一代旗舰车型、大众ID Buzz自动驾驶车队也计划在2025年前后投入规模化商用,这与Aeva的量产时间点基本吻合,大概率秘密项目来自于大众或者奥迪。

在Aeva公司看来,调频连续波(FMCW)激光雷达,避免了高峰值功率对眼睛的危害,同时,这种类型的相干检测也比直接检测灵敏得多,而且性能更好,包括单脉冲速度测量和抗眩光、其他光源的干扰。

目前,Aeva公司的FMCW激光雷达就是搭载一颗高度集成化的光子芯片,一方面降低了设备的尺寸和功率数量级,同时在低反射物体上实现超过300米的全范围性能,并能够测量每个点的瞬时速度。

Aeva公司在芯片上集成了多个光束,每个光束都能在超过300米的距离内以每秒超过200万个点的速度测量。目前,该公司已经完成了第三代芯片模块的设计研发,测距范围也提高至500米。

此前,自动驾驶公司Aurora也宣布收购了另一家FMCW激光雷达公司Blackmore,同样声称:“这种改变游戏规则的技术使这一切成为可能。”

同时,对于传统AM激光雷达存在诸如“幽灵”对象或报告在错误位置的对象等问题,FMCW激光雷达不需要增加额外的硬件、复杂的软件和更多的计算能力来处理干扰数据。

如果返回的光不匹配最初传输的时间、频率和波长,FMCW激光雷达知道过滤掉那个数据点,这意味着能够实现更精确的目标检测。



粤ICP备15047630号 Copyright 2015 广州欧塞盾电子科技有限公司 版权所有 All Rights Reserved
公司地址:广东省广州市白云区京溪犀牛角村18号 联系电话:020-29882939 / 13268311373陈经理 电子邮件:orsaton@126.com

(8:00-18:30)销售热线020-29882939销售经理13268311373在线QQ

扫码联系