導讀：激光雷達是“光探測和測距”(Light detection and ranging)的簡稱，本質上是激光探測和測距，是一種用于精準獲取物體三維位置信息的傳感器，其原理是通過發(fā)射與接收激光來探測與目標物之間的距離，再根據目標物表面的反射能量大小、反射波譜幅度、頻率和相位等信息，精確繪制出目標物的三維結構信息。
據沙利文的統(tǒng)計及預測，至2025年激光雷達全球市場規(guī)模為135.4億美元，較2019年可實現(xiàn)64.63%的年均復合增長率。
激光雷達市場正在呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢。
激光雷達是“光探測和測距”(Light detection and ranging)的簡稱，本質上是激光探測和測距，是一種用于精準獲取物體三維位置信息的傳感器，其原理是通過發(fā)射與接收激光來探測與目標物之間的距離，再根據目標物表面的反射能量大小、反射波譜幅度、頻率和相位等信息，精確繪制出目標物的三維結構信息。
激光雷達具有精度高、范圍大、抗干擾能力強的特性。按照測距原理，激光雷達可以分為ToF（飛行時間測距）和FMCW（調頻連續(xù)波），其中ToF路線是當前大多數廠商采用的主流技術方案，通過記錄短脈沖發(fā)射到接收反射光之間的時間來測量距離，并在測量過程中通過反射光的角度來測量物體的位置。ToF激光雷達系統(tǒng)工作在波長850和905nm，接近可見光光譜。因此，最大激光功率受到限制，探測距離存在瓶頸。
相比之下，F(xiàn)MCW激光雷達允許更高的探測靈敏度和準確性。信噪比與傳輸光子的總數成正比，而與峰值激光功率無關。有專家稱，F(xiàn)MCW激光雷達有望完全替代當前更廣泛應用的ToF激光雷達不過，F(xiàn)MCW也有自己的短板，復雜度比ToF脈沖激光雷達更高，同時對激光光源有更嚴格的要求。目前FCMW方案在研居多，未來預計兩者將會并存。
根據掃描方式分類，目前激光雷達可分為三類：機械式、混合固態(tài)式（半固態(tài)式）以及純固態(tài)式。這三類有各自的優(yōu)缺點，例如機械式發(fā)展最成熟，掃描速度快，可以360度全方位探測，但受限于體積、使用壽命和成本高等問題無法大規(guī)模量產，更多的用于算法標定和Robotaxi領域；混合固態(tài)有轉鏡方案，棱鏡方案，MEMS微振鏡等多種方案，成本較低，但視野有限，不能實現(xiàn)360度探測；純固態(tài)或將是未來發(fā)展趨勢，有OPA光學相控陣、Flash和電子掃描等技術路線，但同樣需要技術的進一步突破才能實現(xiàn)量產。
實際上，激光雷達當前階段的痛點主要在于其成本高昂難以量產。以激光雷達龍頭公司Velodyne為例，其64線機械激光雷達售價高達8萬美元，32線機械激光雷達售價約2萬美元；而全固態(tài)、半固態(tài)雷達的價格約為1000美元左右。國內禾賽科技的激光雷達產品平均售價也基本超過10萬元。
數據來源：前瞻產業(yè)研究院
近年來，隨著激光雷達從機械式向固態(tài)式發(fā)展的趨勢，以及中國相關產業(yè)鏈的成熟與完善，特別是中游激光雷達已經有不少國產廠商如禾賽科技、大疆、華為、速騰聚創(chuàng)、鐳神智能等。激光雷達成本實現(xiàn)了快速的降低。其中OPA式的固態(tài)激光雷達在量產后有希望降到200美元以下。
據沙利文的統(tǒng)計及預測，激光雷達整體市場預計將呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢，至2025年全球市場規(guī)模為135.4億美元，較2019年可實現(xiàn)64.63%的年均復合增長率。其中，在汽車和工業(yè)應用領域，Yole發(fā)布的《2021年用于汽車和工業(yè)應用的激光雷達》報告顯示，激光雷達市場規(guī)模預計將從2020年的18億美元增至2026年的57億美元，復合年增長率（CAGR）為21%。
數據來源：YOLE
汽車應用正在推動激光雷達發(fā)展
激光雷達在自動駕駛車輛的定位、路徑規(guī)劃、決策、感知等方面有著重要的作用。從落地上看，沃爾沃和Luminar宣布量產；蔚來選擇圖達通的激光雷達作為ET7的標配；小鵬P5搭載了大疆旗下覽沃的激光雷達；理想也與禾賽科技展開了下一代車型的合作。由此看來，激光雷達仍然是絕大多數企業(yè)走上自動駕駛的必經之路，2022-2025年之間預計絕大部分的主機廠會量產上激光雷達。
Yole市場分析師Alexis Debray表示：“2020年激光雷達在ADAS中的應用占汽車和工業(yè)激光雷達市場的1.5%。預計到2026年這一比例將達到41%，市場規(guī)模將達到23億美元，同期CAGR高達111%?！?/p>
圖源：YOLE
與此同時，包括自動駕駛出租車和自動班車在內的Robotic cars市場，預計到2026年將達到 5.75 億美元，同期復合年增長率為 33%。
技術選擇和供應鏈管理是激光雷達發(fā)展的關鍵因素。Yole發(fā)布的《2021年用于汽車和工業(yè)應用的激光雷達》報告中對已經落地的29個項目中的激光雷達供應商、市場份額、波長分類以及技術分類進行了匯總。
供應鏈分析-已知采納的29個設計，圖源：YOLE
能夠看到，法雷奧占比28%排在首位；RoboSense(速騰聚創(chuàng))占比10%排名第二；Luminar、Livox（大疆）、電裝、大陸、Cepton五家廠商以7%占有率并列第三；緊隨其后的是Innoviz、Ibeo、Innovusion、華為、禾賽科技、Innovusion（圖達通）、Velodyne等企業(yè)，占有率均為3%。其中，有5家中國廠商，分別是速騰聚創(chuàng)、Livox、華為、禾賽科技、圖達通。
回顧行業(yè)發(fā)展歷程，自2005年Velodyne的David Hall發(fā)明3D實時激光雷達以來，至今已有80多家激光雷達公司成立。許多廠商都押注于新技術，導致了激光雷達領域的技術充滿多樣性。Yole分析師 Pierrick Boulay表示，“盡管存在如此巨大的多樣性，但傳統(tǒng)的技術仍然代表著汽車行業(yè)的大多數設計成果。”
車載激光波長主要有905nm和1550nm兩種，從不同技術路線來看，汽車制造商的首選仍然是基于905nm波長的邊發(fā)射激光器EEL，但是基于1550nm的激光雷達正逐漸贏得市場。相比較而言，905nm激光雷達的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在成本方面，早期機械激光雷達多采用此波長；但1550nm功率大，抗干擾性更好，在雨霧天氣下具有更大優(yōu)勢，對人眼的危害更小，且有望通過硅平臺進行集成，后續(xù)市場或傾向于采用1550nm波長，如Innovusion，禾賽科技，Luminar，Innoviz，Aeye，鐳神智能都采用了1550nm波長光源。
激光雷達演進趨勢（圖源：YOLE）
對于成像方法，報告顯示，2020年后機械式激光雷達技術路線逐漸式微，MEMS和Flash技術路線將借由上游元器件的成熟度和成本優(yōu)勢而逐漸趨于主流。雖然MEMS激光雷達和Flash激光雷達市場份額正在快速上漲，分別達到17%和10%；但機械式激光雷達仍被主機廠廣泛使用，市場占比高達66%。在國內上榜企業(yè)中，速騰聚創(chuàng)、禾賽和華為多線布局，圖達通走的是混合固態(tài)技術路線，大疆主要采用自己改進的掃描方式。
基于成熟技術的機械激光雷達將繼續(xù)使用，但新的技術也在逐漸發(fā)展
圖源：YOLE
機械旋轉式激光雷達是通過電機帶動整個激光頭做圓周運動，環(huán)繞分部的激光呈360°旋轉掃描。基于這種工作原理，機械旋轉式激光雷達需要依靠增加收發(fā)模塊來實現(xiàn)高線束，整套系統(tǒng)元器件成本非常高。此外，傳統(tǒng)機械旋轉式激光雷達還牽涉到復雜的光路調試、裝配過程。這些都導致傳統(tǒng)機械旋轉式激光雷達成本較高，且可靠性較差，難以達到車規(guī)級應用的狀態(tài)。
MEMS激光雷達是較為成熟的半固態(tài)激光雷達，也是當下乘用車前裝量產的主流方案。MEMS微振鏡本質上是一種硅基半導體元器件，其特點是內部集成了“可動”的微型鏡面，采用靜電或電磁驅動方式，將以電機為主的掃描系統(tǒng)換成MEMS驅動的鏡片，實現(xiàn)激光雷達的掃描。MEMS作為較為成熟的半導體元件具備大規(guī)模生產后成本下降的特性，但下降空間也相對有限。
Flash激光雷達不存在機械掃描過程，其幀率與脈沖頻率有關。Flash激光雷達的成像原理與攝像機類似，其在短時間內向前方發(fā)射大面積的激光，依靠高靈敏度的探測器對回波信號進行收集并繪制成像。不過Flash激光單點面積比掃描型激光單點大，因此其功率密度較低，進而影響到Flash激光雷達的探測精度和探測距離。
圍繞激光雷達的技術路線之爭，一直是個繞不開的話題。就當下市場而言，相較機械式激光雷達，固態(tài)式、半固態(tài)式激光雷達在量產可行性方面更具優(yōu)勢，在現(xiàn)階段更能展示風向標。但是，依然很難說具體哪個路線會成為行業(yè)的未來。
激光雷達行業(yè)的走勢與出路
激光雷達的量產進展是影響這一市場發(fā)展的重要因素。今年以來，國內外車企紛紛加速激光雷達的量產落地進程。小鵬P5、蔚來ET7、極狐阿爾法S、智已L7等搭載激光雷達技術的車型都已經或將于今年年底到明年年初交付。不僅僅是自主品牌，本田或日產等國際傳統(tǒng)巨頭也陸續(xù)宣布將在量產新車上搭載激光雷達。
有數據顯示，截至2021年第三季度，有60多家激光雷達公司瞄準了汽車行業(yè)。不同的技術被使用，在參與者之間，一些仍在研發(fā)，有一些已經在大規(guī)模量產了。有觀點認為，因為激光雷達市場還很年輕，所以有如此多的企業(yè)是正常的，但隨著成熟程度的提高，預計參與汽車行業(yè)的企業(yè)數量將會減少。
因為隨著市場規(guī)律的優(yōu)勝劣汰，有些企業(yè)將無法籌集足夠的錢來維持生存，有些會被收購，有些則被迫倒閉。一方面，激光雷達公司之間將會有更多的收購，比如大陸過去收購了ASC；Aurora收購了Blackmore，今年又收購了OURS技術公司。
此外，自動駕駛的發(fā)展自然也會吸引主機廠和Tier1供應商的關注，其他來自半導體或消費領域的企業(yè)也將加入競爭。在這場完全自主的競賽中，擁有大量資源或雄厚資金的大型企業(yè)將對相關公司進行收購或合作。包括主機廠、頭部Tier1廠商以及高通、英偉達或英特爾等半導體公司正在通過收購提升自身產品布局和競爭力，將自己定位于自動駕駛系統(tǒng)的中心。
同時，來自消費市場的公司，如蘋果、華為或小米也正在進入市場。根據其戰(zhàn)略，他們正在自己造車或成為汽車行業(yè)的供應商。
圖源：YOLE
這可能重塑汽車業(yè)的格局。Ouster首席執(zhí)行官Angus Pacala在接受采訪時表示，在未來五年內，可能只有三到五家激光雷達公司將生存下來。
未來幾年，收購的故事或將在激光雷達行業(yè)更頻繁地上演。鑒于資本的集聚效應，頭部玩家或將獲得更多優(yōu)質資源、占據有利生態(tài)位，逐步形成馬太效應。而對于新入局者和潛在入局者而言，如果不能及時滿足市場的需求，則會被遺忘在歷史的長河之中。
任何時代或市場從來不缺風口和機遇，重要的是如何成為那個勇立潮頭，引領時代浪潮的人。
據沙利文的統(tǒng)計及預測，至2025年激光雷達全球市場規(guī)模為135.4億美元，較2019年可實現(xiàn)64.63%的年均復合增長率。
激光雷達市場正在呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢。
激光雷達是“光探測和測距”(Light detection and ranging)的簡稱，本質上是激光探測和測距，是一種用于精準獲取物體三維位置信息的傳感器，其原理是通過發(fā)射與接收激光來探測與目標物之間的距離，再根據目標物表面的反射能量大小、反射波譜幅度、頻率和相位等信息，精確繪制出目標物的三維結構信息。
激光雷達具有精度高、范圍大、抗干擾能力強的特性。按照測距原理，激光雷達可以分為ToF（飛行時間測距）和FMCW（調頻連續(xù)波），其中ToF路線是當前大多數廠商采用的主流技術方案，通過記錄短脈沖發(fā)射到接收反射光之間的時間來測量距離，并在測量過程中通過反射光的角度來測量物體的位置。ToF激光雷達系統(tǒng)工作在波長850和905nm，接近可見光光譜。因此，最大激光功率受到限制，探測距離存在瓶頸。
相比之下，F(xiàn)MCW激光雷達允許更高的探測靈敏度和準確性。信噪比與傳輸光子的總數成正比，而與峰值激光功率無關。有專家稱，F(xiàn)MCW激光雷達有望完全替代當前更廣泛應用的ToF激光雷達不過，F(xiàn)MCW也有自己的短板，復雜度比ToF脈沖激光雷達更高，同時對激光光源有更嚴格的要求。目前FCMW方案在研居多，未來預計兩者將會并存。
根據掃描方式分類，目前激光雷達可分為三類：機械式、混合固態(tài)式（半固態(tài)式）以及純固態(tài)式。這三類有各自的優(yōu)缺點，例如機械式發(fā)展最成熟，掃描速度快，可以360度全方位探測，但受限于體積、使用壽命和成本高等問題無法大規(guī)模量產，更多的用于算法標定和Robotaxi領域；混合固態(tài)有轉鏡方案，棱鏡方案，MEMS微振鏡等多種方案，成本較低，但視野有限，不能實現(xiàn)360度探測；純固態(tài)或將是未來發(fā)展趨勢，有OPA光學相控陣、Flash和電子掃描等技術路線，但同樣需要技術的進一步突破才能實現(xiàn)量產。
實際上，激光雷達當前階段的痛點主要在于其成本高昂難以量產。以激光雷達龍頭公司Velodyne為例，其64線機械激光雷達售價高達8萬美元，32線機械激光雷達售價約2萬美元；而全固態(tài)、半固態(tài)雷達的價格約為1000美元左右。國內禾賽科技的激光雷達產品平均售價也基本超過10萬元。
數據來源：前瞻產業(yè)研究院
近年來，隨著激光雷達從機械式向固態(tài)式發(fā)展的趨勢，以及中國相關產業(yè)鏈的成熟與完善，特別是中游激光雷達已經有不少國產廠商如禾賽科技、大疆、華為、速騰聚創(chuàng)、鐳神智能等。激光雷達成本實現(xiàn)了快速的降低。其中OPA式的固態(tài)激光雷達在量產后有希望降到200美元以下。
據沙利文的統(tǒng)計及預測，激光雷達整體市場預計將呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢，至2025年全球市場規(guī)模為135.4億美元，較2019年可實現(xiàn)64.63%的年均復合增長率。其中，在汽車和工業(yè)應用領域，Yole發(fā)布的《2021年用于汽車和工業(yè)應用的激光雷達》報告顯示，激光雷達市場規(guī)模預計將從2020年的18億美元增至2026年的57億美元，復合年增長率（CAGR）為21%。
數據來源：YOLE
汽車應用正在推動激光雷達發(fā)展
激光雷達在自動駕駛車輛的定位、路徑規(guī)劃、決策、感知等方面有著重要的作用。從落地上看，沃爾沃和Luminar宣布量產；蔚來選擇圖達通的激光雷達作為ET7的標配；小鵬P5搭載了大疆旗下覽沃的激光雷達；理想也與禾賽科技展開了下一代車型的合作。由此看來，激光雷達仍然是絕大多數企業(yè)走上自動駕駛的必經之路，2022-2025年之間預計絕大部分的主機廠會量產上激光雷達。
Yole市場分析師Alexis Debray表示：“2020年激光雷達在ADAS中的應用占汽車和工業(yè)激光雷達市場的1.5%。預計到2026年這一比例將達到41%，市場規(guī)模將達到23億美元，同期CAGR高達111%?！?/p>
圖源：YOLE
與此同時，包括自動駕駛出租車和自動班車在內的Robotic cars市場，預計到2026年將達到 5.75 億美元，同期復合年增長率為 33%。
技術選擇和供應鏈管理是激光雷達發(fā)展的關鍵因素。Yole發(fā)布的《2021年用于汽車和工業(yè)應用的激光雷達》報告中對已經落地的29個項目中的激光雷達供應商、市場份額、波長分類以及技術分類進行了匯總。
供應鏈分析-已知采納的29個設計，圖源：YOLE
能夠看到，法雷奧占比28%排在首位；RoboSense(速騰聚創(chuàng))占比10%排名第二；Luminar、Livox（大疆）、電裝、大陸、Cepton五家廠商以7%占有率并列第三；緊隨其后的是Innoviz、Ibeo、Innovusion、華為、禾賽科技、Innovusion（圖達通）、Velodyne等企業(yè)，占有率均為3%。其中，有5家中國廠商，分別是速騰聚創(chuàng)、Livox、華為、禾賽科技、圖達通。
回顧行業(yè)發(fā)展歷程，自2005年Velodyne的David Hall發(fā)明3D實時激光雷達以來，至今已有80多家激光雷達公司成立。許多廠商都押注于新技術，導致了激光雷達領域的技術充滿多樣性。Yole分析師 Pierrick Boulay表示，“盡管存在如此巨大的多樣性，但傳統(tǒng)的技術仍然代表著汽車行業(yè)的大多數設計成果?！?/p>
車載激光波長主要有905nm和1550nm兩種，從不同技術路線來看，汽車制造商的首選仍然是基于905nm波長的邊發(fā)射激光器EEL，但是基于1550nm的激光雷達正逐漸贏得市場。相比較而言，905nm激光雷達的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在成本方面，早期機械激光雷達多采用此波長；但1550nm功率大，抗干擾性更好，在雨霧天氣下具有更大優(yōu)勢，對人眼的危害更小，且有望通過硅平臺進行集成，后續(xù)市場或傾向于采用1550nm波長，如Innovusion，禾賽科技，Luminar，Innoviz，Aeye，鐳神智能都采用了1550nm波長光源。
激光雷達演進趨勢（圖源：YOLE）
對于成像方法，報告顯示，2020年后機械式激光雷達技術路線逐漸式微，MEMS和Flash技術路線將借由上游元器件的成熟度和成本優(yōu)勢而逐漸趨于主流。雖然MEMS激光雷達和Flash激光雷達市場份額正在快速上漲，分別達到17%和10%；但機械式激光雷達仍被主機廠廣泛使用，市場占比高達66%。在國內上榜企業(yè)中，速騰聚創(chuàng)、禾賽和華為多線布局，圖達通走的是混合固態(tài)技術路線，大疆主要采用自己改進的掃描方式。
基于成熟技術的機械激光雷達將繼續(xù)使用，但新的技術也在逐漸發(fā)展
圖源：YOLE
機械旋轉式激光雷達是通過電機帶動整個激光頭做圓周運動，環(huán)繞分部的激光呈360°旋轉掃描?；谶@種工作原理，機械旋轉式激光雷達需要依靠增加收發(fā)模塊來實現(xiàn)高線束，整套系統(tǒng)元器件成本非常高。此外，傳統(tǒng)機械旋轉式激光雷達還牽涉到復雜的光路調試、裝配過程。這些都導致傳統(tǒng)機械旋轉式激光雷達成本較高，且可靠性較差，難以達到車規(guī)級應用的狀態(tài)。
MEMS激光雷達是較為成熟的半固態(tài)激光雷達，也是當下乘用車前裝量產的主流方案。MEMS微振鏡本質上是一種硅基半導體元器件，其特點是內部集成了“可動”的微型鏡面，采用靜電或電磁驅動方式，將以電機為主的掃描系統(tǒng)換成MEMS驅動的鏡片，實現(xiàn)激光雷達的掃描。MEMS作為較為成熟的半導體元件具備大規(guī)模生產后成本下降的特性，但下降空間也相對有限。
Flash激光雷達不存在機械掃描過程，其幀率與脈沖頻率有關。Flash激光雷達的成像原理與攝像機類似，其在短時間內向前方發(fā)射大面積的激光，依靠高靈敏度的探測器對回波信號進行收集并繪制成像。不過Flash激光單點面積比掃描型激光單點大，因此其功率密度較低，進而影響到Flash激光雷達的探測精度和探測距離。
圍繞激光雷達的技術路線之爭，一直是個繞不開的話題。就當下市場而言，相較機械式激光雷達，固態(tài)式、半固態(tài)式激光雷達在量產可行性方面更具優(yōu)勢，在現(xiàn)階段更能展示風向標。但是，依然很難說具體哪個路線會成為行業(yè)的未來。
激光雷達行業(yè)的走勢與出路
激光雷達的量產進展是影響這一市場發(fā)展的重要因素。今年以來，國內外車企紛紛加速激光雷達的量產落地進程。小鵬P5、蔚來ET7、極狐阿爾法S、智已L7等搭載激光雷達技術的車型都已經或將于今年年底到明年年初交付。不僅僅是自主品牌，本田或日產等國際傳統(tǒng)巨頭也陸續(xù)宣布將在量產新車上搭載激光雷達。
有數據顯示，截至2021年第三季度，有60多家激光雷達公司瞄準了汽車行業(yè)。不同的技術被使用，在參與者之間，一些仍在研發(fā)，有一些已經在大規(guī)模量產了。有觀點認為，因為激光雷達市場還很年輕，所以有如此多的企業(yè)是正常的，但隨著成熟程度的提高，預計參與汽車行業(yè)的企業(yè)數量將會減少。
因為隨著市場規(guī)律的優(yōu)勝劣汰，有些企業(yè)將無法籌集足夠的錢來維持生存，有些會被收購，有些則被迫倒閉。一方面，激光雷達公司之間將會有更多的收購，比如大陸過去收購了ASC；Aurora收購了Blackmore，今年又收購了OURS技術公司。
此外，自動駕駛的發(fā)展自然也會吸引主機廠和Tier1供應商的關注，其他來自半導體或消費領域的企業(yè)也將加入競爭。在這場完全自主的競賽中，擁有大量資源或雄厚資金的大型企業(yè)將對相關公司進行收購或合作。包括主機廠、頭部Tier1廠商以及高通、英偉達或英特爾等半導體公司正在通過收購提升自身產品布局和競爭力，將自己定位于自動駕駛系統(tǒng)的中心。
同時，來自消費市場的公司，如蘋果、華為或小米也正在進入市場。根據其戰(zhàn)略，他們正在自己造車或成為汽車行業(yè)的供應商。
圖源：YOLE
這可能重塑汽車業(yè)的格局。Ouster首席執(zhí)行官Angus Pacala在接受采訪時表示，在未來五年內，可能只有三到五家激光雷達公司將生存下來。
未來幾年，收購的故事或將在激光雷達行業(yè)更頻繁地上演。鑒于資本的集聚效應，頭部玩家或將獲得更多優(yōu)質資源、占據有利生態(tài)位，逐步形成馬太效應。而對于新入局者和潛在入局者而言，如果不能及時滿足市場的需求，則會被遺忘在歷史的長河之中。
任何時代或市場從來不缺風口和機遇，重要的是如何成為那個勇立潮頭，引領時代浪潮的人。
