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    成都希德光安全科技有限公司

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    發布時間:2020-09-10 11:27:55
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    激光雷達行業研究報告:放量在即,開啟前裝元年

     

    報告綜述

    預計 2023 年搭載車型產量突破 30 萬, 2030 年全球前裝量產市場規模將超 230 億美元。激光雷達乃高階自動駕駛標配,存在顯性參數、隱性指標及實測表現多個性能評價維度。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。經測算,我們認為已確認搭載的前裝量產車型產量將于 2023 年突破 30 萬臺,價位集中在 40 萬 – 80 萬 元, 2024 年全球激光雷達前裝量產市場出貨量將超百萬個; 2028 年全球前裝量產市場規模將超百億美元, 2021-2030 年復合增速近 90%,總體前裝滲透率達 45%。

    眾多技術路線驅動降本增效,邁過成本及車規大山,發展呈現固態化、芯片化、智能化。激光雷達在測距原理、激光發射、激光接收、光束操縱及信息處理等五個方面均存在不同路線,創新技術可組合改善性能及成本等問題。測距原理:FMCW 方案創新,長期將與飛行時間法共存。激光發射:VCSEL 發射器推動量產降本,905nm、1550nm 光源或將共存。激光接收:主流使用APD,SPAD或SiPM替代成共識。光束操縱:機械式成熟度最高,近年來 ASP 顯著降低;混合固態最快上車成共識,MEMS、轉鏡方案放量在即;固態成熟度低,長期有望成主流。信息處理:主控芯片標配為 FPGA, 長期或與 SoC 共存。

    產業鏈上游由海外光電子巨頭壟斷,激光雷達廠商自研鑄壁壘,2030年上游市場規模可達 112 億美元。激光雷達三大核心元器件為激光發射器、光電探測器及光束操縱元件,主要由海外光電子巨頭如 Lumentum、濱松、AMS 等壟斷,國產替代正起步。創新技術路線的核心控制點不一,激光雷達廠商多通過內研外擴布局以鑄壁壘;長期來看,創新技術有待產業整合,廠商可通過多種方式授權上游供應商代工核心器件以標準化產品、擴大規模、降低成本。

    近期領先玩家紛紛上市,2021 年規模生產即將鋪開。2020 年開啟激光雷達上市潮,廠商多通過 SPAC 方式上市;融資投向多在于自建工廠,以規模化生產降本增效。關注焦點從自動駕駛市場轉向前裝市場,不同廠商定位與策略各異。在對激光雷達廠商估值過程中,凈利潤率、增長率、投資效率、風險為我們關注的四大要素;性能、成本、體積、產能、車規認證、車企訂單等指標助于我們跟蹤廠商發展情況,對要素取值作出判斷。

    一、激光雷達為高階自動駕駛必備,前裝量產元年正開啟

    “智能化”是我們投資智能汽車大時代的核心關鍵詞和主線,而智能駕駛系統是智能汽車區別于傳統汽車最核心的增量部分,按功能可劃分為感知-決策-執行三層。

    目前,感知層主要分為兩派:1)以攝像頭+毫米波雷達為主、注重人工智能視覺算法的視覺主導派,以特斯拉為代表(視覺先驅 Mobileye 已投入激光雷達研發);2)以激光雷達為主、毫米波雷達、攝像頭等為輔的激光雷達派,以 Waymo、百度為代表。

    L3 為自動駕駛的分水嶺,代表著主動權從人到車的轉變,目前還存在監管和消費者教育等問題;在整車廠推出具有 L3 級功能的車型時,仍傾向于在宣傳中定位為 L2.5 - L3 級別。作為“所見即所得”的傳感器,激光雷達可增強感知系統的冗余性,補充毫米波雷達、攝像頭缺失的場景,與高精地圖配合發揮定位作用。在 L3 及以上級別的自動駕駛系統中,激光雷達的作用從輔助走向主導,配備個數也將增加。

    我們認為,隨著自動駕駛級別的提高和激光雷達技術的進步,激光雷達將成為不可或缺的部件;未來兩派將走向融合,自動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。

    1.1 分析激光信號描繪環境點云圖,激光雷達乃高階自動駕駛標配

    激光雷達可分為激光發射、激光接收、光束操縱和信息處理四大系統,通過分析激光信號描繪三維點云圖,實現環境實時感知及避障功能。激光雷達(LiDAR,Light Detection And Ranging),采用激光發射器及光束掃描技術發射介于紅外線與可見光之間的激光,通過測量激光信號的時間差及相位差描繪周圍物體的三維點云圖,從而獲取精確距離、輪廓信息。

    激光雷達最早發明于 1960s,早期主要用于太空探測、氣象監測、地形勘測、軍事測距、武器制導等,自 2005 年美國 DARPA 挑戰賽起首次搭載于自動駕駛車輛,目前廣泛應用于自動駕駛、物流運輸、高精地圖、智慧交通、機器人、工業自動化、無人機、測繪等領域。

     

     

    作為“所見即所得”的傳感器,激光雷達可增強感知系統的冗余性,補充毫米波雷達、攝像頭缺失的場景,是高階自動駕駛標配。較短波長及主動激光技術賦能激光雷達測量分辨率高、探測距離遠、探測角度大、夜間工作能力強、抗干擾能力強等優勢,可直接獲取距離、角度、反射強度、速度等信息。在高階自動駕駛方案中,激光雷達的點位還可通過和高精地圖數據匹配來實時定位車輛信息。但是,同時存在成本較高、受惡劣天氣影響較大、工作壽命較短等問題,有望通過技術進步、規模量產解決。

    而毫米波雷達存在無法探測行人、靜止物體等弱點,車載攝像頭存在過度依賴光線環境、訓練樣本等弱點,安全性、可靠性、精度、穩定性均不能得到高度保障。

    目前,激光雷達已成為主流高階自動駕駛玩家必備傳感器。96%獲加州DMV路測牌照的自動駕駛公司認為激光雷達是必需的零部件,Waymo、Cruise、百度、小馬智行等在美國加州 DMV 公布的獲得無人駕駛公開道路測試牌照的 65 家公司多搭載自研或外采的激光雷達,主要供應商為 Velodyne、禾賽科技等。

    以 L3 為分界點,較低等級的自動駕駛主要配備的傳感器為車載攝像頭、毫米波雷達等,L3 及以上自動駕駛需要配備的激光雷達數量隨級別提升增加,L3 級為 1 個,L4 級為 2-3 個,L5 級高達 4-6 個。

    1.2 激光雷達存在顯性參數、隱性指標及實測表現多個性能評價維度

    激光雷達最常見的顯性參數包括線數、探測距離、測量精度、測量準度、掃描頻率、垂直視場角、角分辨率、點云密度、功耗、集成度等。隱性指標主要指激光雷達產品的可靠性、安全性、可量產性及使用壽命等,缺乏公開信息及可量化系統,只能通過產品是否得到車規級行業認證、應用于整車廠或自動駕駛出租方案提供商的測試車隊或量產項目來側面了解。

    實測表現主要指激光雷達實際使用過程中影響自動駕駛體驗的關鍵性能,如點云數量、實際探測距離、信噪比、測距精度等,可參考的公開測試數據有限。2020 年 7 月,日本科學技術振興機構 JST 下屬戰略創造研究推進事業小組 CREST 聯合日本 Open Innovation Platform with Enterprises, Research Institute and Academia(簡稱 OPERA)從公開渠道直接采購了 10 款 4 個品牌的激光雷達, 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及速騰聚創的RS-LiDAR- 32。

    該測評包括感知性能、測量距離精度、點云數量三個方面。激光雷達感知性能可分為二次反射、強度偏差、光暈、丟失點和交通標識視覺化等選項。其中,二次反射容易形成虛像,最好不要出現;強度偏差可能導致噪音,功率密度較大時容易出現;光暈指陽光強烈時的色變;丟失點指弱反射目標或小反射面積被忽略;交通標識視覺化識別主要是識別車道線、路沿和標識。而測量距離精度主要指觀測有效范圍內的誤差水平。點云數量為實際使用中最重要的指標之一,一般來說,線數越高點云數量越密集。

     

    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要求主要體現在探測距離(反射率)、探測角度、使用年限、成本、交付產品時間點等方面。根據產業調研,車企要求 2022 年前后前 裝量產的主雷達在 10%反射率下達到 150 米 - 200 米探測距離,水平 FOV 達 120°、垂直 FOV 達 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 級別高階自動駕駛要求達到 250 米探測 距離,分辨率要求 0.1*0.1。

    2025 年,定位于較高端車型的 ADAS 前裝量產產品價格將降至約 500 美元,自 動駕駛產品價格將降至約 1000 美元。長期來看,未來高階自動駕駛的激光雷達 將逐步將整車成本控制在 1000 美元以內。除此之外,車企還會關注產線的標準 化程度,是否得到行業車規認證、配備清洗/加熱/診斷等功能,交付產品的時間 點是否合適等。

    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領域中,傾向于定制化或自研軟件算法。隨著自動駕駛級別的提高,激光雷達已成為業界默認的主傳感器,又因為技術路線眾多、不確定性較大,若為并購或自行成立事業部會存在內部排他性約束,福特、沃爾沃、戴姆勒、奔馳等傳統整車廠多通過投資或合作的方式積極參與到激光雷達領域中;Velodyne、Luminar、Ouster、速騰聚創等均獲 OEM 投資。

    激光雷達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或自行研發決策算法,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 年搭載量產車型將突破 30 萬臺,2030 年全球市場超 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的量產車型將突破 30 萬臺。近日 ,Velodyne、Luminar、Aeva、Ibeo、 華為 、 大疆 Livox、 Innovusion 等激光雷達廠商紛紛宣布已與福特、沃爾沃、奧迪、北汽新能源、 小鵬、寶馬等整車廠達成合作,推出多款車規級產品,最早于 2021年推出前裝量產車型。

    我們通過對比類似定位的品牌、功能車型得到預測價格。對于傳統整車廠,我們參考類似車型得到預測產銷量;對于造車新勢力,我們根據其現有產能及產能擴張計劃得到預測產銷量。

    由表可知,預計 2023 年左右搭載激光雷達的前裝車型將首次突破 30 萬臺,目前確定搭載激光雷達的車型主要售價區間為 40 萬 - 80 萬。

    激光雷達有望通過規模量產+技術進步快速降價,2030年超230億美元,2021- 2030 年復合增速近 90%,總體前裝滲透率達 45%。根據車型價位分類測算激光雷達滲透率、配備數量及量產價格,結合全球不同價位車型銷量變化趨勢進行測算,我們認為,2024 年全球激光雷達前裝量產市場出貨量將超百萬個, 2030 年將超 1.2 億個,2021-2030 年復合增速將超 120%;2030 年全球激光雷達前裝量產市場規模將達 233 億美元,2021-2030 年復合增速近 90%,總體前裝滲透率超 45%。同時,2030 年國內激光雷達前裝量產市場出貨量將超 4200 萬個,2021-2030 年復合增速達 124%;2030 年國內激光雷達前裝量產市場規模將達 80 億美元,2021-2030 年復合增速達 90%,總體前裝滲透率近 45%。除前裝市場外,主要應用領域包括自動駕駛項目、前裝量產、測繪、機器人、最后一公里配送等。

    二、眾多技術路線驅動降本增效,未來呈現固態化、芯片化、智能化

    激光雷達在測距原理、激光發射、激光接收、光束操縱及信息處理等五個方面均存在不同技術路線,創新技術可組合改善性能及成本等問題。新趨勢從多層次降本增效,推動自動駕駛出租、ADAS 前裝量產等商業化落地進程。

    2.1 測距原理:FMCW 方案創新,長期將與飛行時間法共存

    測距原理部分:目前中長距主流方案為飛行時間法,而 FMCW 法因可直接測量速度信息、抗干擾能力強成為新方案,長期來看兩種方法將并存。激光雷達 的測距方法主要有飛行時間法、三角測距法及基于相干探測的 FMCW 法,其中飛行時間法和 FMCW 法可實現室外陽光下較遠的測距。飛行時間法通過直接測量發射激光與回波信號的時間差來獲取距離信息,具有響應速度快、探測精度高的特點;常見的光束操縱分類如機械式、混合固態、固態式均采用了飛行時間的原理進行測距。

    FMCW 法通過線性調制激光光頻得到頻率差,間接獲得飛行時間來反推距離,可根據多普勒頻移信息直接測量速度信息,抗環境光和其他激光雷達干擾能力強,可大大改善信噪比,未來往利用硅基光電子技術實現激光雷達芯片化方向發展。Aeva 已與采埃孚合作布局 FMCW 技術,Aurora 也推出首個 FMCW 激光雷達 Firstlight,國內的禾賽科技、速騰聚創均有一定技術儲備。

    對比來說,飛行時間系統已有較為完整成熟的產業鏈,供應商可提供包括發射器、探測器、專用集成電路等在內的標準組件,而 FMCW 的產業鏈上游處于早期培育階段,尚停留在測試階段、未推出規模面世產品,許多優勢仍未得到證實;飛行時間法多采用 APD 或 SPAD 作為光電探測器,而 FMCW 可采用成本更低的 PIN 光電二極管。我們認為,綜合成本、性能、點云質量等因素,飛行時間法仍是目前最有效的落地方法;隨著 FMCW 激光雷達及上游產業鏈的成熟,兩種方法將長期共存。

    2.2 激光發射:VCSEL 發射器推動量產降本,905nm、1550nm 光源或將共存激光發射部分:半導體激光器從 EEL 向 VCSEL 發展,長期 PCSEL 或成為新方向。作為探測光源,EEL 具有高發光功率密度,但復雜工藝步驟帶來成本高企、易 碎、標準化程度不足等問題。傳統的 VCSEL發光功率密度不足,探測距離不足 50m;創新的多層結 VCSEL 功率密度提升了 5-10倍,可達百瓦級,在封裝方式 和光束整形等方面具有獨特優勢,信噪比、生產成本與產品可靠性問題大大改 善,Ibeo、Ouster、禾賽科技均已布局相關技術。而 PCSEL 為格拉斯哥大學分拆出的最新激光器技術,具有寬波長范圍、高發光功率密度、堅固耐用等優勢, 或成為業界新的技術方向。

    隨著自動駕駛級別的提高,整車廠要求探測距離提高,905nm、1550nm兩種激光雷達光源波長或將共存。主流發射器的激光波長分為905nm和1550nm兩種。 其中,905nm 可在人眼液體中傳輸,需要嚴格限制發射器功率,對探測距離有 所限制,通常采用較為平價的硅基光電探測器。1550nm 遠離人眼可吸收可見光 光譜波長,可以極大程度上提高功率及測距,具有點云成像效果好、聚光能力 強、集成程度高等特點;但是,需要使用高價的銦鎵砷作為探測器的襯底材料、光纖激光器作為發射器,后者成本高達幾千美金;功耗增至 50W - 60W,高溫下也會出現不可逆的性能衰減問題,車規檢測可能存在障礙。我們認為,未來 905nm 光源產品可通過工藝改良等方法增進性能,1550nm 也可通過擴大使用場景以增進量產、快速降本,或將長期共存。

    目前,激光雷達廠商中全球市值第一的 Luminar已率先布局 1550nm 技術,通過 收購銦鎵砷探測器公司及工程優化等使成本由幾萬美元/個降至 3 美元/個;國內 的華為、鐳神智能、禾賽科技、速騰聚創也紛紛入場。

    2.3 激光接收:主流使用 APD,SPAD 或 SiPM 替代成共識

    激光接收部分:飛行時間類激光雷達主流探測器為 APD,部分廠商已采用使用增益能力更強的 SPAD 或 SiPM;FMCW 類激光雷達可使用毫無增益的 PIN PD。依據可增益能力,光電探測器主要可分為 PIN PD、APD、SPAD、SiPM 四類。 其中,PIN PD 無增益,僅適用于 FMCW 測距激光雷達,成本最低;飛行時間類激光雷達目前主要使用的是技術較為成熟的 APD,工作在線性增益范圍。

    SPAD 工作在蓋革模式,具有單光子探測能力,比傳統 APD 增益能力提高約 10 萬倍,可實現低激光功率下的遠距離探測能力,功耗、體積較小,已成為一大創新方向;同時,過于靈敏的接收也會導致通道串擾大、寄生脈沖等問題,電 路設計等工藝難題帶來較高的制造成本。

    SiPM 增益能力與 SPAD 相似,由多個獨立且帶有淬滅電阻的 SPAD 組成,可克 服單個 SPAD 不能同時測量多個光子的不足。SPAD 及 SiPM 可探測 200m、5% 反射率目標,不受明亮陽光影響,分辨率極佳;Innovusion、Ouster、禾賽科技等多數廠商均已布局相關技術。

    2.4 光束操縱:混合固態迎來前裝量產前夜,長期 FMCW 或固態為主導

    光束操縱部分:機械式較為成熟,為現階段高階自動駕駛主要選擇;短期內往混合固態發展,未來 2-3 年將出現前裝量產爆發;長期來看,FMCW、OPA、 Flash 均有可能成為主導路線。根據光束操縱的方式,可分為掃描系統和 Flash 兩種,其中掃描系統包括機械式、混合固態、固態;也可根據是否發生機械運 動將 Flash 歸為固態方案。

    2.4.1 機械式:成熟度最高,近年來 ASP 顯著降低

    機械式方案成熟度最高,目前產量最高;人工成本、使用壽命乃兩大上車難關, 近年來 ASP 顯著降低。機械式指在垂直方向上排布多束激光器、通過電機帶動 光電結構 360°旋轉,從而化點為線形成三維點云的方案,其線數與分辨率成 正比,具有高分辨率、高測距的特點,是目前最成熟的方案。同時,為實現高 頻準確轉動,其機械結構復雜,平均失效時間僅 1000-3000 小時,與車規要求 的最低 13000 小時差距明顯,難以實現前裝量產;激光器堆疊需要人工操作, 早期高線數機械式激光雷達成本高企成為最大痛點。

    后期隨著系統通道數目、集成度提高及規模化生產,行業 ASP 顯著降低,但均 價仍為萬元美金,高線數代表公司為 Velodyne、禾賽科技等。高階自動駕駛出 行商對分辨率及測距距離要求高,但對成本、體積、失效時間敏感度相對較低, 為機械式的主要客戶,如 Cruise、小馬智行等。

    2.4.2 混合固態:最快上車成共識,MEMS、轉鏡方案放量在即

    混合固態指收發組件靜止、僅掃描器發生機械運動的激光雷達類型,可細分為 MEMS、轉鏡等形式,技術相對成熟,主要面向前裝量產 OEM。

    MEMS 有望第一批上車,多廠商布局 MEMS 微振鏡。MEMS 即微機電系統, 指采用 MEMS 技術將微型反射鏡、MEMS 驅動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、達到高速掃描形成點云圖的效果。MEMS 大 大減少了激光器及探測器數量,具有高集成、高分辨、采集快、小尺寸、低成 本的優勢;但是由于收光孔徑、擺動幅度較小導致探測距離、視場角度有限, 技術成熟度有待進一步提高。

    Luminar、禾賽科技、速騰聚創、鐳神智能、一徑科技、Innoviz 均有布局 MEMS,多配合 1550nm 光源提升探測距離。該類型核心控制點在于 MEMS 微 振鏡,禾賽科技、速騰聚創、鐳神智能及 Innoviz 均有自研。根據產業調研,905nmMEMS 發光-振鏡-接收這一整套成本占比約為 40%,而 1550nm 產品中激 光發射器成本占大半。

    轉鏡最早通過車規,或為目前最佳上車方案。轉鏡方案指通過電流掃描振鏡帶 動多邊形棱鏡運動反射激光達到掃描效果的技術,無需多次校準。該方案可通 過提高轉速來提高掃瞄精度,控制掃描區域從而提高關鍵區域的掃描密度;成 熟的多邊形激光掃描技術成本較低,為十美元量級,還可靈活調整垂直分辨率, 具有探測距離遠、探測角度大的優勢。同時,電機驅動也帶來了功耗高、穩定 性不足和光源能量分散等問題。

    2010 年 Ibeo 與法雷奧合作進行 4 線 Scala 的研發,成為最早通過車規的產品, 已于 2017年實現量產;2020 年底,華為也推出了基于轉鏡方案的車規級激光雷 達,但并未透露具體技術細節;Innovusion 等廠商采用結合 1550nm 光源及 SPAD 的方式進行改進,大疆 Livox 則推出雙楔形棱鏡方案。

     

    2.4.3 固態:成熟度低,長期有望成主流

    固態指指無任何機械運動部件的激光雷達類型,可細分為 OPA、Flash、電子 掃描等形式,目前技術成熟度較低。

    零部件需大量自研,OPA 上車仍需時間。OPA 即光學相控陣技術,利用電壓 調節制造發射陣列間的相位差實現光束偏轉,兼具掃描快、精度高、體積小及 強可控、強抗振等優勢,技術突破后成本較低、量產標準化程度高,被部分業 界專家認為是激光雷達最終的主流形態。

    同時,OPA 產業鏈培育不足,零部件大部分需要自研、制造工藝要求高,對激 光雷達廠商而言難度較大,也存在易形成旁瓣效應、光信號覆蓋有限、測距不 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 內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 探測范圍受限,可結合 VCSEL、SPAD 等其它系統創新改善。Flash 是 目前唯一不存在掃描系統的方案,但由于不存在機械運動部件常被歸類為固態。 它主要指采用短時間發射大覆蓋面陣激光、再以高度靈敏探測器完成圖像繪制 的技術,可達最高等級的車規要求,但功率密度及回波光子數量太低導致的測 距及分辨率不足是最大的問題。代表廠商 Ouster 結合 VCSEL、SPAD 技術改 善性能,也有業界專家認為這種路線會是激光雷達最終的主流形態。

    電子掃描指依據時間順序驅動不同視場激光器實現掃描的全固態方案,是禾賽 科技已應用于 Pandar FT 的創新方案,結合 VCSEL 與 SPAD 技術,目前處于小 批量試制階段。

    2.5 信息處理:主控芯片標配為 FPGA,長期或與 SoC 共存

    FPGA 為主流選擇,賽靈思產品在激光雷達主控芯片市場占有率高達 90%。激 光雷達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射器、 探測器等激光雷達其他功能模塊的控制,最常用的是 FPGA 芯片。最為先進的 CMOS 工藝制備的 FPGA 芯片容量巨大,賽靈思產品高算力、高集成、低成本 的特點使市占率高達 90%;且提供可編程硬件,對多種技術路線的適應性極強。 此外,MCU、DSP 也可作為主控芯片的選擇。

    激光雷達廠商多自研 SoC 貼合上車要求,長期二者將共存。最新趨勢是可片內 集成探測器、前端電路、波形數字化、算法處理、脈沖控制等模塊的 SoC,可 光子輸入、點云輸出,可顯著降低系統復雜度及成本,適合規模量產;同時也 需要承擔較高的開發風險、費用及周期。

    今后,先列、面陣規模的增大及 CMOS 工藝節點的升級可實現更強算力、更低 功耗及更高集成,有望逐步替代主控芯片 FPGA 的功能;較高的技術壁壘及程 序安全性推動廠商自研 SoC,禾賽科技、Mobileye、英特爾等已率先布局 SoC 技術,長期來看二者將共存。

    2.6 總體而言:邁過成本及車規大山,發展呈現固態化、芯片化、智能化

    激光雷達上車存在成本及車規兩大阻礙,可通過技術進步、建設流水線解決。前裝量產需要成本大幅下降達到可商用水平、車規認證產品穩定性。不同技術 路線激光雷達的核心控制點不一,如1550nm光源激光雷達的光纖激光器成本占 比高達 80%,約為 2000美元;905nmMEMS產品的核心控制點在于 MEMS微振 鏡,發光-振鏡-接收系統成本占比約為 40%。而 ADAS 前裝量產產品價格要求 降至約 500 美元,自動駕駛產品價格降至約 1000 美元,仍存在一定差距。通過 采購供應鏈管理、規模化流水線生產、提升良品率、提高標準化及模塊化水平 等方式,產品成本可得到較大幅度降低。

    短期內,激光雷達將往混合固態發展;長期來看,FMCW、OPA、Flash 均有可能成為主導路線。由于機械式需要人工堆疊激光器及探測器等收發元件,雖 探測性能優秀,卻帶來了高成本、低壽命、大體積等問題,無法達到成本及車 規要求,目前多應用于價格不敏感的自動駕駛領域;而 MEMS、轉鏡等混合固 態方案結合多層次技術進步突破原有的探測距離等問題,較符合車企上車要求, 未來 2-3 年將出現前裝量產爆發;長期來看,隨著技術成熟及產業鏈供應商的 發展,FMCW、OPA、Flash 都有可能成為主導的技術路線,整體呈現明顯的固 態化趨勢。

    集成度、價格、體積等方面均有明顯優勢,許多廠商均有布局芯片化技術。芯 片化主要是指將激光雷達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。芯片化架構將分立器件集成于一顆芯片,實現收發單元陣列化、 核心模塊芯片化,即 SoC;芯片化技術有助于構建系列產品的核心架構和技術中臺、建設自動化產線,在降低物料成本的同時,系統失效率和人力生產成本 也顯著降低,產品可靠性、能量利用率、生產效率顯著提高。目前,Luminar、 Innoviz、Ouster、Aeva、Quanergy、禾賽科技等廠商均有布局芯片化技術。

    激光雷達有望在收集數據基礎上完成感知算法的實時計算分析,向智能化發展。前期感知屬于信息搜集層面,而算法則直接連接決策層。速騰聚創在 2017 年推 出普羅米修斯計劃,其后在 MEMS 激光雷達中嵌入 AI 感知算法與專用計算芯 片組,同步輸出障礙物檢測、障礙物分類、動態物體跟蹤、可行駛區域檢測等 感知結果。

    三、產業鏈上游由海外光電子巨頭壟斷,激光雷達廠商自研鑄壁壘

    激光雷達三大核心元器件為激光發射器、光電探測器及光束操縱元件,主要由海外光電子巨頭壟斷,國產替代正起步。激光雷達可分為激光發射、激光接收、 光束操縱和信息處理四大系統,光電部分多由日韓德光電子廠商壟斷,如激光 器主要供應商有 OSRAM、AMS、Lumentum 等,探測器主要供應商有 First Sensor、濱松、安森美、索尼等,光束操縱元件主要供應商有英飛凌、濱松、 Mirrocle 等。

    近年來,國內光電器件廠商也逐漸進入激光雷達供應鏈中,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、飛芯電子等的探測器。其中,已有部分公司產品獲得車規認證(AEC-Q102),在面向國內激光雷達廠商需求上也有一定定制化、成本優勢,長期來看有望實現國產替代。

    信息處理系統中主控芯片、模擬芯片市場均由美國半導體公司壟斷,國內產業鏈培育中。90%主控芯片市場被賽靈思的 FPGA 產品占據,還可選擇 MCU、 DSP 類產品,主要供應商包括瑞薩、英飛凌和德州儀器、亞德諾半導體等。 FPGA 國內主要供應商有紫光國芯、安路半導體等,其邏輯資源規模和高速接 口性能均能滿足激光雷達需求。

    模擬芯片市場 CR5 占有率近 50%,2019 年前五大供應商分別為德州儀器 (19%)、 亞 德 諾 半導體 (10%)、 英 飛 凌(6%)、意 法 半 導體 (5%)、 Skyworks(5%)。模擬芯片國內主要供應商有圣邦微電子、思瑞浦等,相比起 步較晚,車規級產品類型、技術水平尚有較大差距。

     

    創新技術路線的核心控制點不一,激光雷達廠商多通過內研外擴布局以鑄壁壘。1550nm 光源激光雷達為光纖激光器、銦鎵砷探測器,國內廠商如禾賽科技、 鐳神智能等自研光纖激光器,Luminar 并購上游銦鎵砷廠商使探測器單品成本 由幾萬美元降至 3 美元;MEMS 產品在于 MEMS 微振鏡,禾賽科技、鐳神智 能、Innoviz 等廠商均選擇自研,速騰聚創通過投資希景微機電布局。

    長期來看,創新技術有待產業鏈價值調整,2030 年激光雷達前裝量產的上游市場規模將達 112 億美元。若未來 1550nm 光源能占有一席之地,光纖激光器、 銦鎵砷探測器等核心器件或將通過激光雷達廠商交叉授權、License + Loyalty 等方式授權于上游供應商,標準化產品批量生產以降低成本。其中,光纖激光 器成本占比高達 80%,約為 2000 美元, Lumentum、Oclaro 等已率先布局的 上游供應商將形成一定壁壘。而 905nm路線中,MEMS產品的核心控制點在于 MEMS 微振鏡,發光-振鏡-接收系統成本占比約為 40%,目前已有部分上游初 創企業布局;VCSEL、SPAD 技術已有部分上游光電巨頭掌握。基于對產業規律的理解推測激光雷達毛利率及軟硬件價值占比變化趨勢,我們認為,前裝量 產的上游市場規模將達 112 億美元。

    相關企業分析及投資建議(詳見報告原文)

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    精選報告來源:【未來智庫官網】。

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