報(bào)告綜述
預(yù)計(jì) 2023 年搭載車型產(chǎn)量突破 30 萬， 2030 年全球前裝量產(chǎn)市場(chǎng)規(guī)模將超 230 億美元。激光雷達(dá)乃高階自動(dòng)駕駛標(biāo)配，存在顯性參數(shù)、隱性指標(biāo)及實(shí)測(cè)表現(xiàn)多個(gè)性能評(píng)價(jià)維度。整車廠從多方面提出上車要求，通過投資或合作方式積極參與，傾向于定制化或自研軟件算法。經(jīng)測(cè)算，我們認(rèn)為已確認(rèn)搭載的前裝量產(chǎn)車型產(chǎn)量將于 2023 年突破 30 萬臺(tái)，價(jià)位集中在 40 萬 – 80 萬 元， 2024 年全球激光雷達(dá)前裝量產(chǎn)市場(chǎng)出貨量將超百萬個(gè)； 2028 年全球前裝量產(chǎn)市場(chǎng)規(guī)模將超百億美元， 2021-2030 年復(fù)合增速近 90%，總體前裝滲透率達(dá) 45%。
眾多技術(shù)路線驅(qū)動(dòng)降本增效，邁過成本及車規(guī)大山，發(fā)展呈現(xiàn)固態(tài)化、芯片化、智能化。激光雷達(dá)在測(cè)距原理、激光發(fā)射、激光接收、光束操縱及信息處理等五個(gè)方面均存在不同路線，創(chuàng)新技術(shù)可組合改善性能及成本等問題。測(cè)距原理：FMCW 方案創(chuàng)新，長(zhǎng)期將與飛行時(shí)間法共存。激光發(fā)射：VCSEL 發(fā)射器推動(dòng)量產(chǎn)降本，905nm、1550nm 光源或?qū)⒐泊?。激光接收：主流使用APD，SPAD或SiPM替代成共識(shí)。光束操縱：機(jī)械式成熟度最高，近年來 ASP 顯著降低；混合固態(tài)最快上車成共識(shí)，MEMS、轉(zhuǎn)鏡方案放量在即；固態(tài)成熟度低，長(zhǎng)期有望成主流。信息處理：主控芯片標(biāo)配為 FPGA， 長(zhǎng)期或與 SoC 共存。
產(chǎn)業(yè)鏈上游由海外光電子巨頭壟斷，激光雷達(dá)廠商自研鑄壁壘，2030年上游市場(chǎng)規(guī)模可達(dá) 112 億美元。激光雷達(dá)三大核心元器件為激光發(fā)射器、光電探測(cè)器及光束操縱元件，主要由海外光電子巨頭如 Lumentum、濱松、AMS 等壟斷，國(guó)產(chǎn)替代正起步。創(chuàng)新技術(shù)路線的核心控制點(diǎn)不一，激光雷達(dá)廠商多通過內(nèi)研外擴(kuò)布局以鑄壁壘；長(zhǎng)期來看，創(chuàng)新技術(shù)有待產(chǎn)業(yè)整合，廠商可通過多種方式授權(quán)上游供應(yīng)商代工核心器件以標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品、擴(kuò)大規(guī)模、降低成本。
近期領(lǐng)先玩家紛紛上市，2021 年規(guī)模生產(chǎn)即將鋪開。2020 年開啟激光雷達(dá)上市潮，廠商多通過 SPAC 方式上市；融資投向多在于自建工廠，以規(guī)模化生產(chǎn)降本增效。關(guān)注焦點(diǎn)從自動(dòng)駕駛市場(chǎng)轉(zhuǎn)向前裝市場(chǎng)，不同廠商定位與策略各異。在對(duì)激光雷達(dá)廠商估值過程中，凈利潤(rùn)率、增長(zhǎng)率、投資效率、風(fēng)險(xiǎn)為我們關(guān)注的四大要素；性能、成本、體積、產(chǎn)能、車規(guī)認(rèn)證、車企訂單等指標(biāo)助于我們跟蹤廠商發(fā)展情況，對(duì)要素取值作出判斷。
一、激光雷達(dá)為高階自動(dòng)駕駛必備，前裝量產(chǎn)元年正開啟
“智能化”是我們投資智能汽車大時(shí)代的核心關(guān)鍵詞和主線，而智能駕駛系統(tǒng)是智能汽車區(qū)別于傳統(tǒng)汽車最核心的增量部分，按功能可劃分為感知-決策-執(zhí)行三層。
目前，感知層主要分為兩派：1）以攝像頭+毫米波雷達(dá)為主、注重人工智能視覺算法的視覺主導(dǎo)派，以特斯拉為代表(視覺先驅(qū) Mobileye 已投入激光雷達(dá)研發(fā))；2）以激光雷達(dá)為主、毫米波雷達(dá)、攝像頭等為輔的激光雷達(dá)派，以 Waymo、百度為代表。
L3 為自動(dòng)駕駛的分水嶺，代表著主動(dòng)權(quán)從人到車的轉(zhuǎn)變，目前還存在監(jiān)管和消費(fèi)者教育等問題；在整車廠推出具有 L3 級(jí)功能的車型時(shí)，仍傾向于在宣傳中定位為 L2.5 - L3 級(jí)別。作為“所見即所得”的傳感器，激光雷達(dá)可增強(qiáng)感知系統(tǒng)的冗余性，補(bǔ)充毫米波雷達(dá)、攝像頭缺失的場(chǎng)景，與高精地圖配合發(fā)揮定位作用。在 L3 及以上級(jí)別的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，激光雷達(dá)的作用從輔助走向主導(dǎo)，配備個(gè)數(shù)也將增加。
我們認(rèn)為，隨著自動(dòng)駕駛級(jí)別的提高和激光雷達(dá)技術(shù)的進(jìn)步，激光雷達(dá)將成為不可或缺的部件；未來兩派將走向融合，自動(dòng)駕駛感知層將深化體積縮小、控制集成、成本降低、感知多元等趨勢(shì)。
1.1 分析激光信號(hào)描繪環(huán)境點(diǎn)云圖，激光雷達(dá)乃高階自動(dòng)駕駛標(biāo)配
激光雷達(dá)可分為激光發(fā)射、激光接收、光束操縱和信息處理四大系統(tǒng)，通過分析激光信號(hào)描繪三維點(diǎn)云圖，實(shí)現(xiàn)環(huán)境實(shí)時(shí)感知及避障功能。激光雷達(dá)（LiDAR，Light Detection And Ranging），采用激光發(fā)射器及光束掃描技術(shù)發(fā)射介于紅外線與可見光之間的激光，通過測(cè)量激光信號(hào)的時(shí)間差及相位差描繪周圍物體的三維點(diǎn)云圖，從而獲取精確距離、輪廓信息。
激光雷達(dá)最早發(fā)明于 1960s，早期主要用于太空探測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)、地形勘測(cè)、軍事測(cè)距、武器制導(dǎo)等，自 2005 年美國(guó) DARPA 挑戰(zhàn)賽起首次搭載于自動(dòng)駕駛車輛，目前廣泛應(yīng)用于自動(dòng)駕駛、物流運(yùn)輸、高精地圖、智慧交通、機(jī)器人、工業(yè)自動(dòng)化、無人機(jī)、測(cè)繪等領(lǐng)域。
作為“所見即所得”的傳感器，激光雷達(dá)可增強(qiáng)感知系統(tǒng)的冗余性，補(bǔ)充毫米波雷達(dá)、攝像頭缺失的場(chǎng)景，是高階自動(dòng)駕駛標(biāo)配。較短波長(zhǎng)及主動(dòng)激光技術(shù)賦能激光雷達(dá)測(cè)量分辨率高、探測(cè)距離遠(yuǎn)、探測(cè)角度大、夜間工作能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，可直接獲取距離、角度、反射強(qiáng)度、速度等信息。在高階自動(dòng)駕駛方案中，激光雷達(dá)的點(diǎn)位還可通過和高精地圖數(shù)據(jù)匹配來實(shí)時(shí)定位車輛信息。但是，同時(shí)存在成本較高、受惡劣天氣影響較大、工作壽命較短等問題，有望通過技術(shù)進(jìn)步、規(guī)模量產(chǎn)解決。
而毫米波雷達(dá)存在無法探測(cè)行人、靜止物體等弱點(diǎn)，車載攝像頭存在過度依賴光線環(huán)境、訓(xùn)練樣本等弱點(diǎn)，安全性、可靠性、精度、穩(wěn)定性均不能得到高度保障。
目前，激光雷達(dá)已成為主流高階自動(dòng)駕駛玩家必備傳感器。96%獲加州DMV路測(cè)牌照的自動(dòng)駕駛公司認(rèn)為激光雷達(dá)是必需的零部件，Waymo、Cruise、百度、小馬智行等在美國(guó)加州 DMV 公布的獲得無人駕駛公開道路測(cè)試牌照的 65 家公司多搭載自研或外采的激光雷達(dá)，主要供應(yīng)商為 Velodyne、禾賽科技等。
以 L3 為分界點(diǎn)，較低等級(jí)的自動(dòng)駕駛主要配備的傳感器為車載攝像頭、毫米波雷達(dá)等，L3 及以上自動(dòng)駕駛需要配備的激光雷達(dá)數(shù)量隨級(jí)別提升增加，L3 級(jí)為 1 個(gè)，L4 級(jí)為 2-3 個(gè)，L5 級(jí)高達(dá) 4-6 個(gè)。
1.2 激光雷達(dá)存在顯性參數(shù)、隱性指標(biāo)及實(shí)測(cè)表現(xiàn)多個(gè)性能評(píng)價(jià)維度
激光雷達(dá)最常見的顯性參數(shù)包括線數(shù)、探測(cè)距離、測(cè)量精度、測(cè)量準(zhǔn)度、掃描頻率、垂直視場(chǎng)角、角分辨率、點(diǎn)云密度、功耗、集成度等。隱性指標(biāo)主要指激光雷達(dá)產(chǎn)品的可靠性、安全性、可量產(chǎn)性及使用壽命等，缺乏公開信息及可量化系統(tǒng)，只能通過產(chǎn)品是否得到車規(guī)級(jí)行業(yè)認(rèn)證、應(yīng)用于整車廠或自動(dòng)駕駛出租方案提供商的測(cè)試車隊(duì)或量產(chǎn)項(xiàng)目來側(cè)面了解。
實(shí)測(cè)表現(xiàn)主要指激光雷達(dá)實(shí)際使用過程中影響自動(dòng)駕駛體驗(yàn)的關(guān)鍵性能，如點(diǎn)云數(shù)量、實(shí)際探測(cè)距離、信噪比、測(cè)距精度等，可參考的公開測(cè)試數(shù)據(jù)有限。2020 年 7 月，日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu) JST 下屬戰(zhàn)略創(chuàng)造研究推進(jìn)事業(yè)小組 CREST 聯(lián)合日本 Open Innovation Platform with Enterprises, Research Institute and Academia（簡(jiǎn)稱 OPERA）從公開渠道直接采購(gòu)了 10 款 4 個(gè)品牌的激光雷達(dá)， 包括 Velodyne 的 VLS-128、HDL-64S2、HDL-32E、VLP-32c、VLP-16，禾賽科 技的Pandar64、Pandar40P，Ouster的OS1-64、OS1-16及速騰聚創(chuàng)的RS-LiDAR- 32。
該測(cè)評(píng)包括感知性能、測(cè)量距離精度、點(diǎn)云數(shù)量三個(gè)方面。激光雷達(dá)感知性能可分為二次反射、強(qiáng)度偏差、光暈、丟失點(diǎn)和交通標(biāo)識(shí)視覺化等選項(xiàng)。其中，二次反射容易形成虛像，最好不要出現(xiàn)；強(qiáng)度偏差可能導(dǎo)致噪音，功率密度較大時(shí)容易出現(xiàn)；光暈指陽光強(qiáng)烈時(shí)的色變；丟失點(diǎn)指弱反射目標(biāo)或小反射面積被忽略；交通標(biāo)識(shí)視覺化識(shí)別主要是識(shí)別車道線、路沿和標(biāo)識(shí)。而測(cè)量距離精度主要指觀測(cè)有效范圍內(nèi)的誤差水平。點(diǎn)云數(shù)量為實(shí)際使用中最重要的指標(biāo)之一，一般來說，線數(shù)越高點(diǎn)云數(shù)量越密集。
1.3 整車廠多方面提出上車要求，通過投資或合作提高參與度
整車廠提出的前裝量產(chǎn)要求主要體現(xiàn)在探測(cè)距離（反射率）、探測(cè)角度、使用年限、成本、交付產(chǎn)品時(shí)間點(diǎn)等方面。根據(jù)產(chǎn)業(yè)調(diào)研，車企要求 2022 年前后前 裝量產(chǎn)的主雷達(dá)在 10%反射率下達(dá)到 150 米 - 200 米探測(cè)距離，水平 FOV 達(dá) 120°、垂直 FOV 達(dá) 20°，精度要求精度±3 厘米 - ±5 厘米，分辨率要求 0.2*0.2；保修 3-5 年，20 萬公里。L4-L5 級(jí)別高階自動(dòng)駕駛要求達(dá)到 250 米探測(cè) 距離，分辨率要求 0.1*0.1。
2025 年，定位于較高端車型的 ADAS 前裝量產(chǎn)產(chǎn)品價(jià)格將降至約 500 美元，自 動(dòng)駕駛產(chǎn)品價(jià)格將降至約 1000 美元。長(zhǎng)期來看，未來高階自動(dòng)駕駛的激光雷達(dá) 將逐步將整車成本控制在 1000 美元以內(nèi)。除此之外，車企還會(huì)關(guān)注產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn) 化程度，是否得到行業(yè)車規(guī)認(rèn)證、配備清洗/加熱/診斷等功能，交付產(chǎn)品的時(shí)間 點(diǎn)是否合適等。
避免排他性，整車廠多通過投資或合作的方式參與激光雷達(dá)領(lǐng)域中，傾向于定制化或自研軟件算法。隨著自動(dòng)駕駛級(jí)別的提高，激光雷達(dá)已成為業(yè)界默認(rèn)的主傳感器，又因?yàn)榧夹g(shù)路線眾多、不確定性較大，若為并購(gòu)或自行成立事業(yè)部會(huì)存在內(nèi)部排他性約束，福特、沃爾沃、戴姆勒、奔馳等傳統(tǒng)整車廠多通過投資或合作的方式積極參與到激光雷達(dá)領(lǐng)域中；Velodyne、Luminar、Ouster、速騰聚創(chuàng)等均獲 OEM 投資。
激光雷達(dá)廠商通常自研軟硬件全棧套件，但整車廠多要求參與軟件定制化研發(fā)或自行研發(fā)決策算法，如小鵬、蔚來等將自研核心感知算法，尋找廠商的配套硬件支持。
1.4 2023 年搭載量產(chǎn)車型將突破 30 萬臺(tái)，2030 年全球市場(chǎng)超 230 億美元
2021 年起有望迎來前裝放量，2023 年確定搭載激光雷達(dá)的量產(chǎn)車型將突破 30 萬臺(tái)。近日 ，Velodyne、Luminar、Aeva、Ibeo、 華為 、 大疆 Livox、 Innovusion 等激光雷達(dá)廠商紛紛宣布已與福特、沃爾沃、奧迪、北汽新能源、 小鵬、寶馬等整車廠達(dá)成合作，推出多款車規(guī)級(jí)產(chǎn)品，最早于 2021年推出前裝量產(chǎn)車型。
我們通過對(duì)比類似定位的品牌、功能車型得到預(yù)測(cè)價(jià)格。對(duì)于傳統(tǒng)整車廠，我們參考類似車型得到預(yù)測(cè)產(chǎn)銷量；對(duì)于造車新勢(shì)力，我們根據(jù)其現(xiàn)有產(chǎn)能及產(chǎn)能擴(kuò)張計(jì)劃得到預(yù)測(cè)產(chǎn)銷量。
由表可知，預(yù)計(jì) 2023 年左右搭載激光雷達(dá)的前裝車型將首次突破 30 萬臺(tái)，目前確定搭載激光雷達(dá)的車型主要售價(jià)區(qū)間為 40 萬 - 80 萬。
激光雷達(dá)有望通過規(guī)模量產(chǎn)+技術(shù)進(jìn)步快速降價(jià)，2030年超230億美元，2021- 2030 年復(fù)合增速近 90%，總體前裝滲透率達(dá) 45%。根據(jù)車型價(jià)位分類測(cè)算激光雷達(dá)滲透率、配備數(shù)量及量產(chǎn)價(jià)格，結(jié)合全球不同價(jià)位車型銷量變化趨勢(shì)進(jìn)行測(cè)算，我們認(rèn)為，2024 年全球激光雷達(dá)前裝量產(chǎn)市場(chǎng)出貨量將超百萬個(gè)， 2030 年將超 1.2 億個(gè)，2021-2030 年復(fù)合增速將超 120%；2030 年全球激光雷達(dá)前裝量產(chǎn)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 233 億美元，2021-2030 年復(fù)合增速近 90%，總體前裝滲透率超 45%。同時(shí)，2030 年國(guó)內(nèi)激光雷達(dá)前裝量產(chǎn)市場(chǎng)出貨量將超 4200 萬個(gè)，2021-2030 年復(fù)合增速達(dá) 124%；2030 年國(guó)內(nèi)激光雷達(dá)前裝量產(chǎn)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 80 億美元，2021-2030 年復(fù)合增速達(dá) 90%，總體前裝滲透率近 45%。除前裝市場(chǎng)外，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括自動(dòng)駕駛項(xiàng)目、前裝量產(chǎn)、測(cè)繪、機(jī)器人、最后一公里配送等。
二、眾多技術(shù)路線驅(qū)動(dòng)降本增效，未來呈現(xiàn)固態(tài)化、芯片化、智能化
激光雷達(dá)在測(cè)距原理、激光發(fā)射、激光接收、光束操縱及信息處理等五個(gè)方面均存在不同技術(shù)路線，創(chuàng)新技術(shù)可組合改善性能及成本等問題。新趨勢(shì)從多層次降本增效，推動(dòng)自動(dòng)駕駛出租、ADAS 前裝量產(chǎn)等商業(yè)化落地進(jìn)程。
2.1 測(cè)距原理：FMCW 方案創(chuàng)新，長(zhǎng)期將與飛行時(shí)間法共存
測(cè)距原理部分：目前中長(zhǎng)距主流方案為飛行時(shí)間法，而 FMCW 法因可直接測(cè)量速度信息、抗干擾能力強(qiáng)成為新方案，長(zhǎng)期來看兩種方法將并存。激光雷達(dá) 的測(cè)距方法主要有飛行時(shí)間法、三角測(cè)距法及基于相干探測(cè)的 FMCW 法，其中飛行時(shí)間法和 FMCW 法可實(shí)現(xiàn)室外陽光下較遠(yuǎn)的測(cè)距。飛行時(shí)間法通過直接測(cè)量發(fā)射激光與回波信號(hào)的時(shí)間差來獲取距離信息，具有響應(yīng)速度快、探測(cè)精度高的特點(diǎn)；常見的光束操縱分類如機(jī)械式、混合固態(tài)、固態(tài)式均采用了飛行時(shí)間的原理進(jìn)行測(cè)距。
FMCW 法通過線性調(diào)制激光光頻得到頻率差，間接獲得飛行時(shí)間來反推距離，可根據(jù)多普勒頻移信息直接測(cè)量速度信息，抗環(huán)境光和其他激光雷達(dá)干擾能力強(qiáng)，可大大改善信噪比，未來往利用硅基光電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)芯片化方向發(fā)展。Aeva 已與采埃孚合作布局 FMCW 技術(shù)，Aurora 也推出首個(gè) FMCW 激光雷達(dá) Firstlight，國(guó)內(nèi)的禾賽科技、速騰聚創(chuàng)均有一定技術(shù)儲(chǔ)備。
對(duì)比來說，飛行時(shí)間系統(tǒng)已有較為完整成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，供應(yīng)商可提供包括發(fā)射器、探測(cè)器、專用集成電路等在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)組件，而 FMCW 的產(chǎn)業(yè)鏈上游處于早期培育階段，尚停留在測(cè)試階段、未推出規(guī)模面世產(chǎn)品，許多優(yōu)勢(shì)仍未得到證實(shí)；飛行時(shí)間法多采用 APD 或 SPAD 作為光電探測(cè)器，而 FMCW 可采用成本更低的 PIN 光電二極管。我們認(rèn)為，綜合成本、性能、點(diǎn)云質(zhì)量等因素，飛行時(shí)間法仍是目前最有效的落地方法；隨著 FMCW 激光雷達(dá)及上游產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，兩種方法將長(zhǎng)期共存。
2.2 激光發(fā)射：VCSEL 發(fā)射器推動(dòng)量產(chǎn)降本，905nm、1550nm 光源或?qū)⒐泊婕す獍l(fā)射部分：半導(dǎo)體激光器從 EEL 向 VCSEL 發(fā)展，長(zhǎng)期 PCSEL 或成為新方向。作為探測(cè)光源，EEL 具有高發(fā)光功率密度，但復(fù)雜工藝步驟帶來成本高企、易 碎、標(biāo)準(zhǔn)化程度不足等問題。傳統(tǒng)的 VCSEL發(fā)光功率密度不足，探測(cè)距離不足 50m；創(chuàng)新的多層結(jié) VCSEL 功率密度提升了 5-10倍，可達(dá)百瓦級(jí)，在封裝方式 和光束整形等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，信噪比、生產(chǎn)成本與產(chǎn)品可靠性問題大大改 善，Ibeo、Ouster、禾賽科技均已布局相關(guān)技術(shù)。而 PCSEL 為格拉斯哥大學(xué)分拆出的最新激光器技術(shù)，具有寬波長(zhǎng)范圍、高發(fā)光功率密度、堅(jiān)固耐用等優(yōu)勢(shì)， 或成為業(yè)界新的技術(shù)方向。
隨著自動(dòng)駕駛級(jí)別的提高，整車廠要求探測(cè)距離提高，905nm、1550nm兩種激光雷達(dá)光源波長(zhǎng)或?qū)⒐泊?。主流發(fā)射器的激光波長(zhǎng)分為905nm和1550nm兩種。 其中，905nm 可在人眼液體中傳輸，需要嚴(yán)格限制發(fā)射器功率，對(duì)探測(cè)距離有 所限制，通常采用較為平價(jià)的硅基光電探測(cè)器。1550nm 遠(yuǎn)離人眼可吸收可見光 光譜波長(zhǎng)，可以極大程度上提高功率及測(cè)距，具有點(diǎn)云成像效果好、聚光能力 強(qiáng)、集成程度高等特點(diǎn)；但是，需要使用高價(jià)的銦鎵砷作為探測(cè)器的襯底材料、光纖激光器作為發(fā)射器，后者成本高達(dá)幾千美金；功耗增至 50W - 60W，高溫下也會(huì)出現(xiàn)不可逆的性能衰減問題，車規(guī)檢測(cè)可能存在障礙。我們認(rèn)為，未來 905nm 光源產(chǎn)品可通過工藝改良等方法增進(jìn)性能，1550nm 也可通過擴(kuò)大使用場(chǎng)景以增進(jìn)量產(chǎn)、快速降本，或?qū)㈤L(zhǎng)期共存。
目前，激光雷達(dá)廠商中全球市值第一的 Luminar已率先布局 1550nm 技術(shù)，通過 收購(gòu)銦鎵砷探測(cè)器公司及工程優(yōu)化等使成本由幾萬美元/個(gè)降至 3 美元/個(gè)；國(guó)內(nèi) 的華為、鐳神智能、禾賽科技、速騰聚創(chuàng)也紛紛入場(chǎng)。
2.3 激光接收：主流使用 APD，SPAD 或 SiPM 替代成共識(shí)
激光接收部分：飛行時(shí)間類激光雷達(dá)主流探測(cè)器為 APD，部分廠商已采用使用增益能力更強(qiáng)的 SPAD 或 SiPM；FMCW 類激光雷達(dá)可使用毫無增益的 PIN PD。依據(jù)可增益能力，光電探測(cè)器主要可分為 PIN PD、APD、SPAD、SiPM 四類。 其中，PIN PD 無增益，僅適用于 FMCW 測(cè)距激光雷達(dá)，成本最低；飛行時(shí)間類激光雷達(dá)目前主要使用的是技術(shù)較為成熟的 APD，工作在線性增益范圍。
SPAD 工作在蓋革模式，具有單光子探測(cè)能力，比傳統(tǒng) APD 增益能力提高約 10 萬倍，可實(shí)現(xiàn)低激光功率下的遠(yuǎn)距離探測(cè)能力，功耗、體積較小，已成為一大創(chuàng)新方向；同時(shí)，過于靈敏的接收也會(huì)導(dǎo)致通道串?dāng)_大、寄生脈沖等問題，電 路設(shè)計(jì)等工藝難題帶來較高的制造成本。
SiPM 增益能力與 SPAD 相似，由多個(gè)獨(dú)立且?guī)в写銣珉娮璧?SPAD 組成，可克 服單個(gè) SPAD 不能同時(shí)測(cè)量多個(gè)光子的不足。SPAD 及 SiPM 可探測(cè) 200m、5% 反射率目標(biāo)，不受明亮陽光影響，分辨率極佳；Innovusion、Ouster、禾賽科技等多數(shù)廠商均已布局相關(guān)技術(shù)。
2.4 光束操縱：混合固態(tài)迎來前裝量產(chǎn)前夜，長(zhǎng)期 FMCW 或固態(tài)為主導(dǎo)
光束操縱部分：機(jī)械式較為成熟，為現(xiàn)階段高階自動(dòng)駕駛主要選擇；短期內(nèi)往混合固態(tài)發(fā)展，未來 2-3 年將出現(xiàn)前裝量產(chǎn)爆發(fā)；長(zhǎng)期來看，F(xiàn)MCW、OPA、 Flash 均有可能成為主導(dǎo)路線。根據(jù)光束操縱的方式，可分為掃描系統(tǒng)和 Flash 兩種，其中掃描系統(tǒng)包括機(jī)械式、混合固態(tài)、固態(tài)；也可根據(jù)是否發(fā)生機(jī)械運(yùn) 動(dòng)將 Flash 歸為固態(tài)方案。
2.4.1 機(jī)械式：成熟度最高，近年來 ASP 顯著降低
機(jī)械式方案成熟度最高，目前產(chǎn)量最高；人工成本、使用壽命乃兩大上車難關(guān)， 近年來 ASP 顯著降低。機(jī)械式指在垂直方向上排布多束激光器、通過電機(jī)帶動(dòng) 光電結(jié)構(gòu) 360°旋轉(zhuǎn)，從而化點(diǎn)為線形成三維點(diǎn)云的方案，其線數(shù)與分辨率成 正比，具有高分辨率、高測(cè)距的特點(diǎn)，是目前最成熟的方案。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)高 頻準(zhǔn)確轉(zhuǎn)動(dòng)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，平均失效時(shí)間僅 1000-3000 小時(shí)，與車規(guī)要求 的最低 13000 小時(shí)差距明顯，難以實(shí)現(xiàn)前裝量產(chǎn)；激光器堆疊需要人工操作， 早期高線數(shù)機(jī)械式激光雷達(dá)成本高企成為最大痛點(diǎn)。
后期隨著系統(tǒng)通道數(shù)目、集成度提高及規(guī)?；a(chǎn)，行業(yè) ASP 顯著降低，但均 價(jià)仍為萬元美金，高線數(shù)代表公司為 Velodyne、禾賽科技等。高階自動(dòng)駕駛出 行商對(duì)分辨率及測(cè)距距離要求高，但對(duì)成本、體積、失效時(shí)間敏感度相對(duì)較低， 為機(jī)械式的主要客戶，如 Cruise、小馬智行等。
2.4.2 混合固態(tài)：最快上車成共識(shí)，MEMS、轉(zhuǎn)鏡方案放量在即
混合固態(tài)指收發(fā)組件靜止、僅掃描器發(fā)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)的激光雷達(dá)類型，可細(xì)分為 MEMS、轉(zhuǎn)鏡等形式，技術(shù)相對(duì)成熟，主要面向前裝量產(chǎn) OEM。
MEMS 有望第一批上車，多廠商布局 MEMS 微振鏡。MEMS 即微機(jī)電系統(tǒng)， 指采用 MEMS 技術(shù)將微型反射鏡、MEMS 驅(qū)動(dòng)器及傳感器集成為微振鏡，后者 通過一定諧波頻率振蕩反射激光、達(dá)到高速掃描形成點(diǎn)云圖的效果。MEMS 大 大減少了激光器及探測(cè)器數(shù)量，具有高集成、高分辨、采集快、小尺寸、低成 本的優(yōu)勢(shì)；但是由于收光孔徑、擺動(dòng)幅度較小導(dǎo)致探測(cè)距離、視場(chǎng)角度有限， 技術(shù)成熟度有待進(jìn)一步提高。
Luminar、禾賽科技、速騰聚創(chuàng)、鐳神智能、一徑科技、Innoviz 均有布局 MEMS，多配合 1550nm 光源提升探測(cè)距離。該類型核心控制點(diǎn)在于 MEMS 微 振鏡，禾賽科技、速騰聚創(chuàng)、鐳神智能及 Innoviz 均有自研。根據(jù)產(chǎn)業(yè)調(diào)研，905nmMEMS 發(fā)光-振鏡-接收這一整套成本占比約為 40%，而 1550nm 產(chǎn)品中激 光發(fā)射器成本占大半。
轉(zhuǎn)鏡最早通過車規(guī)，或?yàn)槟壳白罴焉宪嚪桨浮＾D(zhuǎn)鏡方案指通過電流掃描振鏡帶 動(dòng)多邊形棱鏡運(yùn)動(dòng)反射激光達(dá)到掃描效果的技術(shù)，無需多次校準(zhǔn)。該方案可通 過提高轉(zhuǎn)速來提高掃瞄精度，控制掃描區(qū)域從而提高關(guān)鍵區(qū)域的掃描密度；成 熟的多邊形激光掃描技術(shù)成本較低，為十美元量級(jí)，還可靈活調(diào)整垂直分辨率， 具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、探測(cè)角度大的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)也帶來了功耗高、穩(wěn)定 性不足和光源能量分散等問題。
2010 年 Ibeo 與法雷奧合作進(jìn)行 4 線 Scala 的研發(fā)，成為最早通過車規(guī)的產(chǎn)品， 已于 2017年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；2020 年底，華為也推出了基于轉(zhuǎn)鏡方案的車規(guī)級(jí)激光雷 達(dá)，但并未透露具體技術(shù)細(xì)節(jié)；Innovusion 等廠商采用結(jié)合 1550nm 光源及 SPAD 的方式進(jìn)行改進(jìn)，大疆 Livox 則推出雙楔形棱鏡方案。
2.4.3 固態(tài)：成熟度低，長(zhǎng)期有望成主流
固態(tài)指指無任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的激光雷達(dá)類型，可細(xì)分為 OPA、Flash、電子 掃描等形式，目前技術(shù)成熟度較低。
零部件需大量自研，OPA 上車仍需時(shí)間。OPA 即光學(xué)相控陣技術(shù)，利用電壓 調(diào)節(jié)制造發(fā)射陣列間的相位差實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)，兼具掃描快、精度高、體積小及 強(qiáng)可控、強(qiáng)抗振等優(yōu)勢(shì)，技術(shù)突破后成本較低、量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化程度高，被部分業(yè) 界專家認(rèn)為是激光雷達(dá)最終的主流形態(tài)。
同時(shí)，OPA 產(chǎn)業(yè)鏈培育不足，零部件大部分需要自研、制造工藝要求高，對(duì)激 光雷達(dá)廠商而言難度較大，也存在易形成旁瓣效應(yīng)、光信號(hào)覆蓋有限、測(cè)距不 足等問題。代表廠商為 Quanergy，但近年來輿論不利、影響力逐漸降低；國(guó) 內(nèi)力策科技等廠商已成功自研 OPA 芯片，但目前未有車企合作消息。
Flash 探測(cè)范圍受限，可結(jié)合 VCSEL、SPAD 等其它系統(tǒng)創(chuàng)新改善。Flash 是 目前唯一不存在掃描系統(tǒng)的方案，但由于不存在機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件常被歸類為固態(tài)。 它主要指采用短時(shí)間發(fā)射大覆蓋面陣激光、再以高度靈敏探測(cè)器完成圖像繪制 的技術(shù)，可達(dá)最高等級(jí)的車規(guī)要求，但功率密度及回波光子數(shù)量太低導(dǎo)致的測(cè) 距及分辨率不足是最大的問題。代表廠商 Ouster 結(jié)合 VCSEL、SPAD 技術(shù)改 善性能，也有業(yè)界專家認(rèn)為這種路線會(huì)是激光雷達(dá)最終的主流形態(tài)。
電子掃描指依據(jù)時(shí)間順序驅(qū)動(dòng)不同視場(chǎng)激光器實(shí)現(xiàn)掃描的全固態(tài)方案，是禾賽 科技已應(yīng)用于 Pandar FT 的創(chuàng)新方案，結(jié)合 VCSEL 與 SPAD 技術(shù)，目前處于小 批量試制階段。
2.5 信息處理：主控芯片標(biāo)配為 FPGA，長(zhǎng)期或與 SoC 共存
FPGA 為主流選擇，賽靈思產(chǎn)品在激光雷達(dá)主控芯片市場(chǎng)占有率高達(dá) 90%。激 光雷達(dá)信息處理部分主要分為主控芯片及模擬芯片。主控芯片用于激光發(fā)射器、 探測(cè)器等激光雷達(dá)其他功能模塊的控制，最常用的是 FPGA 芯片。最為先進(jìn)的 CMOS 工藝制備的 FPGA 芯片容量巨大，賽靈思產(chǎn)品高算力、高集成、低成本 的特點(diǎn)使市占率高達(dá) 90%；且提供可編程硬件，對(duì)多種技術(shù)路線的適應(yīng)性極強(qiáng)。 此外，MCU、DSP 也可作為主控芯片的選擇。
激光雷達(dá)廠商多自研 SoC 貼合上車要求，長(zhǎng)期二者將共存。最新趨勢(shì)是可片內(nèi) 集成探測(cè)器、前端電路、波形數(shù)字化、算法處理、脈沖控制等模塊的 SoC，可 光子輸入、點(diǎn)云輸出，可顯著降低系統(tǒng)復(fù)雜度及成本，適合規(guī)模量產(chǎn)；同時(shí)也 需要承擔(dān)較高的開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用及周期。
今后，先列、面陣規(guī)模的增大及 CMOS 工藝節(jié)點(diǎn)的升級(jí)可實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)算力、更低 功耗及更高集成，有望逐步替代主控芯片 FPGA 的功能；較高的技術(shù)壁壘及程 序安全性推動(dòng)廠商自研 SoC，禾賽科技、Mobileye、英特爾等已率先布局 SoC 技術(shù)，長(zhǎng)期來看二者將共存。
2.6 總體而言：邁過成本及車規(guī)大山，發(fā)展呈現(xiàn)固態(tài)化、芯片化、智能化
激光雷達(dá)上車存在成本及車規(guī)兩大阻礙，可通過技術(shù)進(jìn)步、建設(shè)流水線解決。前裝量產(chǎn)需要成本大幅下降達(dá)到可商用水平、車規(guī)認(rèn)證產(chǎn)品穩(wěn)定性。不同技術(shù) 路線激光雷達(dá)的核心控制點(diǎn)不一，如1550nm光源激光雷達(dá)的光纖激光器成本占 比高達(dá) 80%，約為 2000美元；905nmMEMS產(chǎn)品的核心控制點(diǎn)在于 MEMS微振 鏡，發(fā)光-振鏡-接收系統(tǒng)成本占比約為 40%。而 ADAS 前裝量產(chǎn)產(chǎn)品價(jià)格要求 降至約 500 美元，自動(dòng)駕駛產(chǎn)品價(jià)格降至約 1000 美元，仍存在一定差距。通過 采購(gòu)供應(yīng)鏈管理、規(guī)模化流水線生產(chǎn)、提升良品率、提高標(biāo)準(zhǔn)化及模塊化水平 等方式，產(chǎn)品成本可得到較大幅度降低。
短期內(nèi)，激光雷達(dá)將往混合固態(tài)發(fā)展；長(zhǎng)期來看，F(xiàn)MCW、OPA、Flash 均有可能成為主導(dǎo)路線。由于機(jī)械式需要人工堆疊激光器及探測(cè)器等收發(fā)元件，雖 探測(cè)性能優(yōu)秀，卻帶來了高成本、低壽命、大體積等問題，無法達(dá)到成本及車 規(guī)要求，目前多應(yīng)用于價(jià)格不敏感的自動(dòng)駕駛領(lǐng)域；而 MEMS、轉(zhuǎn)鏡等混合固 態(tài)方案結(jié)合多層次技術(shù)進(jìn)步突破原有的探測(cè)距離等問題，較符合車企上車要求， 未來 2-3 年將出現(xiàn)前裝量產(chǎn)爆發(fā)；長(zhǎng)期來看，隨著技術(shù)成熟及產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)商的 發(fā)展，F(xiàn)MCW、OPA、Flash 都有可能成為主導(dǎo)的技術(shù)路線，整體呈現(xiàn)明顯的固 態(tài)化趨勢(shì)。
集成度、價(jià)格、體積等方面均有明顯優(yōu)勢(shì)，許多廠商均有布局芯片化技術(shù)。芯 片化主要是指將激光雷達(dá)各模塊集成到芯片上，可以較大程度提升集中度，從 而降本降價(jià)。芯片化架構(gòu)將分立器件集成于一顆芯片，實(shí)現(xiàn)收發(fā)單元陣列化、 核心模塊芯片化，即 SoC；芯片化技術(shù)有助于構(gòu)建系列產(chǎn)品的核心架構(gòu)和技術(shù)中臺(tái)、建設(shè)自動(dòng)化產(chǎn)線，在降低物料成本的同時(shí)，系統(tǒng)失效率和人力生產(chǎn)成本 也顯著降低，產(chǎn)品可靠性、能量利用率、生產(chǎn)效率顯著提高。目前，Luminar、 Innoviz、Ouster、Aeva、Quanergy、禾賽科技等廠商均有布局芯片化技術(shù)。
激光雷達(dá)有望在收集數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上完成感知算法的實(shí)時(shí)計(jì)算分析，向智能化發(fā)展。前期感知屬于信息搜集層面，而算法則直接連接決策層。速騰聚創(chuàng)在 2017 年推 出普羅米修斯計(jì)劃，其后在 MEMS 激光雷達(dá)中嵌入 AI 感知算法與專用計(jì)算芯 片組，同步輸出障礙物檢測(cè)、障礙物分類、動(dòng)態(tài)物體跟蹤、可行駛區(qū)域檢測(cè)等 感知結(jié)果。
三、產(chǎn)業(yè)鏈上游由海外光電子巨頭壟斷，激光雷達(dá)廠商自研鑄壁壘
激光雷達(dá)三大核心元器件為激光發(fā)射器、光電探測(cè)器及光束操縱元件，主要由海外光電子巨頭壟斷，國(guó)產(chǎn)替代正起步。激光雷達(dá)可分為激光發(fā)射、激光接收、 光束操縱和信息處理四大系統(tǒng)，光電部分多由日韓德光電子廠商壟斷，如激光 器主要供應(yīng)商有 OSRAM、AMS、Lumentum 等，探測(cè)器主要供應(yīng)商有 First Sensor、濱松、安森美、索尼等，光束操縱元件主要供應(yīng)商有英飛凌、濱松、 Mirrocle 等。
近年來，國(guó)內(nèi)光電器件廠商也逐漸進(jìn)入激光雷達(dá)供應(yīng)鏈中，如深圳瑞波、常州縱慧芯光等的激光器，成都量芯、深圳靈明光子、南京芯視界、飛芯電子等的探測(cè)器。其中，已有部分公司產(chǎn)品獲得車規(guī)認(rèn)證（AEC-Q102），在面向國(guó)內(nèi)激光雷達(dá)廠商需求上也有一定定制化、成本優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)期來看有望實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。
信息處理系統(tǒng)中主控芯片、模擬芯片市場(chǎng)均由美國(guó)半導(dǎo)體公司壟斷，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈培育中。90%主控芯片市場(chǎng)被賽靈思的 FPGA 產(chǎn)品占據(jù)，還可選擇 MCU、 DSP 類產(chǎn)品，主要供應(yīng)商包括瑞薩、英飛凌和德州儀器、亞德諾半導(dǎo)體等。 FPGA 國(guó)內(nèi)主要供應(yīng)商有紫光國(guó)芯、安路半導(dǎo)體等，其邏輯資源規(guī)模和高速接 口性能均能滿足激光雷達(dá)需求。
模擬芯片市場(chǎng) CR5 占有率近 50%，2019 年前五大供應(yīng)商分別為德州儀器 （19%）、 亞 德 諾 半導(dǎo)體 （10%）、 英 飛 凌（6%）、意 法 半 導(dǎo)體 （5%）、 Skyworks（5%）。模擬芯片國(guó)內(nèi)主要供應(yīng)商有圣邦微電子、思瑞浦等，相比起 步較晚，車規(guī)級(jí)產(chǎn)品類型、技術(shù)水平尚有較大差距。
創(chuàng)新技術(shù)路線的核心控制點(diǎn)不一，激光雷達(dá)廠商多通過內(nèi)研外擴(kuò)布局以鑄壁壘。1550nm 光源激光雷達(dá)為光纖激光器、銦鎵砷探測(cè)器，國(guó)內(nèi)廠商如禾賽科技、 鐳神智能等自研光纖激光器，Luminar 并購(gòu)上游銦鎵砷廠商使探測(cè)器單品成本 由幾萬美元降至 3 美元；MEMS 產(chǎn)品在于 MEMS 微振鏡，禾賽科技、鐳神智 能、Innoviz 等廠商均選擇自研，速騰聚創(chuàng)通過投資希景微機(jī)電布局。
長(zhǎng)期來看，創(chuàng)新技術(shù)有待產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值調(diào)整，2030 年激光雷達(dá)前裝量產(chǎn)的上游市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 112 億美元。若未來 1550nm 光源能占有一席之地，光纖激光器、 銦鎵砷探測(cè)器等核心器件或?qū)⑼ㄟ^激光雷達(dá)廠商交叉授權(quán)、License + Loyalty 等方式授權(quán)于上游供應(yīng)商，標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品批量生產(chǎn)以降低成本。其中，光纖激光 器成本占比高達(dá) 80%，約為 2000 美元， Lumentum、Oclaro 等已率先布局的 上游供應(yīng)商將形成一定壁壘。而 905nm路線中，MEMS產(chǎn)品的核心控制點(diǎn)在于 MEMS 微振鏡，發(fā)光-振鏡-接收系統(tǒng)成本占比約為 40%，目前已有部分上游初 創(chuàng)企業(yè)布局；VCSEL、SPAD 技術(shù)已有部分上游光電巨頭掌握?；趯?duì)產(chǎn)業(yè)規(guī)律的理解推測(cè)激光雷達(dá)毛利率及軟硬件價(jià)值占比變化趨勢(shì)，我們認(rèn)為，前裝量 產(chǎn)的上游市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 112 億美元。
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