報告綜述
預計 2023 年搭載車型產(chǎn)量突破 30 萬， 2030 年全球前裝量產(chǎn)市場規(guī)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(shù)、隱性指標及實測表現(xiàn)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(jīng)測算，我們認為已確認搭載的前裝量產(chǎn)車型產(chǎn)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(chǎn)市場出貨量將超百萬個； 2028 年全球前裝量產(chǎn)市場規(guī)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(shù)路線驅(qū)動降本增效，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。激光雷達在測距原理、激光發(fā)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(chuàng)新技術(shù)可組合改善性能及成本等問題。測距原理：FMCW 方案創(chuàng)新，長期將與飛行時間法共存。激光發(fā)射：VCSEL 發(fā)射器推動量產(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。光束操縱：機械式成熟度最高，近年來 ASP 顯著降低；混合固態(tài)最快上車成共識，MEMS、轉(zhuǎn)鏡方案放量在即；固態(tài)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(chǎn)業(yè)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(guī)?？蛇_ 112 億美元。激光雷達三大核心元器件為激光發(fā)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(chǎn)替代正起步。創(chuàng)新技術(shù)路線的核心控制點不一，激光雷達廠商多通過內(nèi)研外擴布局以鑄壁壘；長期來看，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)上游供應商代工核心器件以標準化產(chǎn)品、擴大規(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)?；a(chǎn)降本增效。關(guān)注焦點從自動駕駛市場轉(zhuǎn)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(guān)注的四大要素；性能、成本、體積、產(chǎn)能、車規(guī)認證、車企訂單等指標助于我們跟蹤廠商發(fā)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(chǎn)元年正開啟
“智能化”是我們投資智能汽車大時代的核心關(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(qū) Mobileye 已投入激光雷達研發(fā))；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(quán)從人到車的轉(zhuǎn)變，目前還存在監(jiān)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(tǒng)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(fā)揮定位作用。在 L3 及以上級別的自動駕駛系統(tǒng)中，激光雷達的作用從輔助走向主導，配備個數(shù)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(shù)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(huán)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(fā)射、激光接收、光束操縱和信息處理四大系統(tǒng)，通過分析激光信號描繪三維點云圖，實現(xiàn)環(huán)境實時感知及避障功能。激光雷達（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(fā)明于 1960s，早期主要用于太空探測、氣象監(jiān)測、地形勘測、軍事測距、武器制導等，自 2005 年美國 DARPA 挑戰(zhàn)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(yè)自動化、無人機、測繪等領(lǐng)域。
作為“所見即所得”的傳感器，激光雷達可增強感知系統(tǒng)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(shù)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(yōu)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(shù)據(jù)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(shù)進步、規(guī)模量產(chǎn)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(huán)境、訓練樣本等弱點，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(shù)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(shù)、隱性指標及實測表現(xiàn)多個性能評價維度
激光雷達最常見的顯性參數(shù)包括線數(shù)、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(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)級行業(yè)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(chǎn)項目來側(cè)面了解。
實測表現(xiàn)主要指激光雷達實際使用過程中影響自動駕駛體驗的關(guān)鍵性能，如點云數(shù)量、實際探測距離、信噪比、測距精度等，可參考的公開測試數(shù)據(jù)有限。2020 年 7 月，日本科學技術(shù)振興機構(gòu) JST 下屬戰(zhàn)略創(chuàng)造研究推進事業(yè)小組 CREST 聯(lián)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(chuàng)的RS-LiDAR- 32。
該測評包括感知性能、測量距離精度、點云數(shù)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(xiàn)；強度偏差可能導致噪音，功率密度較大時容易出現(xiàn)；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(nèi)的誤差水平。點云數(shù)量為實際使用中最重要的指標之一，一般來說，線數(shù)越高點云數(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)在探測距離（反射率）、探測角度、使用年限、成本、交付產(chǎn)品時間點等方面。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(chǎn)產(chǎn)品價格將降至約 500 美元，自 動駕駛產(chǎn)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(nèi)。除此之外，車企還會關(guān)注產(chǎn)線的標準 化程度，是否得到行業(yè)車規(guī)認證、配備清洗/加熱/診斷等功能，交付產(chǎn)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(lǐng)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(yè)界默認的主傳感器，又因為技術(shù)路線眾多、不確定性較大，若為并購或自行成立事業(yè)部會存在內(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領(lǐng)域中；Velodyne、Luminar、Ouster、速騰聚創(chuàng)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(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，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(chǎn)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(guī)級產(chǎn)品，最早于 2021年推出前裝量產(chǎn)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(tǒng)整車廠，我們參考類似車型得到預測產(chǎn)銷量；對于造車新勢力，我們根據(jù)其現(xiàn)有產(chǎn)能及產(chǎn)能擴張計劃得到預測產(chǎn)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(qū)間為 40 萬 - 80 萬。
激光雷達有望通過規(guī)模量產(chǎn)+技術(shù)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(jù)車型價位分類測算激光雷達滲透率、配備數(shù)量及量產(chǎn)價格，結(jié)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(chǎn)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(chǎn)市場規(guī)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(nèi)激光雷達前裝量產(chǎn)市場出貨量將超 4200 萬個，2021-2030 年復合增速達 124%；2030 年國內(nèi)激光雷達前裝量產(chǎn)市場規(guī)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(lǐng)域包括自動駕駛項目、前裝量產(chǎn)、測繪、機器人、最后一公里配送等。
二、眾多技術(shù)路線驅(qū)動降本增效，未來呈現(xiàn)固態(tài)化、芯片化、智能化
激光雷達在測距原理、激光發(fā)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(shù)路線，創(chuàng)新技術(shù)可組合改善性能及成本等問題。新趨勢從多層次降本增效，推動自動駕駛出租、ADAS 前裝量產(chǎn)等商業(yè)化落地進程。
2.1 測距原理：FMCW 方案創(chuàng)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(xiàn)室外陽光下較遠的測距。飛行時間法通過直接測量發(fā)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(tài)、固態(tài)式均采用了飛行時間的原理進行測距。
FMCW 法通過線性調(diào)制激光光頻得到頻率差，間接獲得飛行時間來反推距離，可根據(jù)多普勒頻移信息直接測量速度信息，抗環(huán)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(shù)實現(xiàn)激光雷達芯片化方向發(fā)展。Aeva 已與采埃孚合作布局 FMCW 技術(shù)，Aurora 也推出首個 FMCW 激光雷達 Firstlight，國內(nèi)的禾賽科技、速騰聚創(chuàng)均有一定技術(shù)儲備。
對比來說，飛行時間系統(tǒng)已有較為完整成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，供應商可提供包括發(fā)射器、探測器、專用集成電路等在內(nèi)的標準組件，而 FMCW 的產(chǎn)業(yè)鏈上游處于早期培育階段，尚停留在測試階段、未推出規(guī)模面世產(chǎn)品，許多優(yōu)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(zhì)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(chǎn)業(yè)鏈的成熟，兩種方法將長期共存。
2.2 激光發(fā)射：VCSEL 發(fā)射器推動量產(chǎn)降本，905nm、1550nm 光源或?qū)⒐泊婕す獍l(fā)射部分：半導體激光器從 EEL 向 VCSEL 發(fā)展，長期 PCSEL 或成為新方向。作為探測光源，EEL 具有高發(fā)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(tǒng)的 VCSEL發(fā)光功率密度不足，探測距離不足 50m；創(chuàng)新的多層結(jié) VCSEL 功率密度提升了 5-10倍，可達百瓦級，在封裝方式 和光束整形等方面具有獨特優(yōu)勢，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 為格拉斯哥大學分拆出的最新激光器技術(shù)，具有寬波長范圍、高發(fā)光功率密度、堅固耐用等優(yōu)勢， 或成為業(yè)界新的技術(shù)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?qū)⒐泊?。主流發(fā)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(fā)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(fā)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(xiàn)不可逆的性能衰減問題，車規(guī)檢測可能存在障礙。我們認為，未來 905nm 光源產(chǎn)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(chǎn)、快速降本，或?qū)㈤L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(shù)，通過 收購銦鎵砷探測器公司及工程優(yōu)化等使成本由幾萬美元/個降至 3 美元/個；國內(nèi) 的華為、鐳神智能、禾賽科技、速騰聚創(chuàng)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(jù)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(shù)較為成熟的 APD，工作在線性增益范圍。
SPAD 工作在蓋革模式，具有單光子探測能力，比傳統(tǒng) APD 增益能力提高約 10 萬倍，可實現(xiàn)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(chuàng)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(shè)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?guī)в写銣珉娮璧?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(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，長期 FMCW 或固態(tài)為主導
光束操縱部分：機械式較為成熟，為現(xiàn)階段高階自動駕駛主要選擇；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)；長期來看，F(xiàn)MCW、OPA、 Flash 均有可能成為主導路線。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)包括機械式、混合固態(tài)、固態(tài)；也可根據(jù)是否發(fā)生機械運 動將 Flash 歸為固態(tài)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(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(jié)構(gòu) 360°旋轉(zhuǎn)，從而化點為線形成三維點云的方案，其線數(shù)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(xiàn)高 頻準確轉(zhuǎn)動，其機械結(jié)構(gòu)復雜，平均失效時間僅 1000-3000 小時，與車規(guī)要求 的最低 13000 小時差距明顯，難以實現(xiàn)前裝量產(chǎn)；激光器堆疊需要人工操作， 早期高線數(shù)機械式激光雷達成本高企成為最大痛點。
后期隨著系統(tǒng)通道數(shù)目、集成度提高及規(guī)模化生產(chǎn)，行業(yè) ASP 顯著降低，但均 價仍為萬元美金，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(tài)：最快上車成共識，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)生機械運動的激光雷達類型，可細分為 MEMS、轉(zhuǎn)鏡等形式，技術(shù)相對成熟，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 即微機電系統(tǒng)， 指采用 MEMS 技術(shù)將微型反射鏡、MEMS 驅(qū)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(shù)量，具有高集成、高分辨、采集快、小尺寸、低成 本的優(yōu)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(shù)成熟度有待進一步提高。
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 光源提升探測距離。該類型核心控制點在于 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)，或為目前最佳上車方案。轉(zhuǎn)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(shù)，無需多次校準。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，還可靈活調(diào)整垂直分辨率， 具有探測距離遠、探測角度大的優(yōu)勢。同時，電機驅(qū)動也帶來了功耗高、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)級激光雷 達，但并未透露具體技術(shù)細節(jié)；Innovusion 等廠商采用結(jié)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(tài)：成熟度低，長期有望成主流
固態(tài)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(shù)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(shù)，利用電壓 調(diào)節(jié)制造發(fā)射陣列間的相位差實現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)，兼具掃描快、精度高、體積小及 強可控、強抗振等優(yōu)勢，技術(shù)突破后成本較低、量產(chǎn)標準化程度高，被部分業(yè) 界專家認為是激光雷達最終的主流形態(tài)。
同時，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(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，但由于不存在機械運動部件常被歸類為固態(tài)。 它主要指采用短時間發(fā)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(shù)，可達最高等級的車規(guī)要求，但功率密度及回波光子數(shù)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(jié)合 VCSEL、SPAD 技術(shù)改 善性能，也有業(yè)界專家認為這種路線會是激光雷達最終的主流形態(tài)。
電子掃描指依據(jù)時間順序驅(qū)動不同視場激光器實現(xiàn)掃描的全固態(tài)方案，是禾賽 科技已應用于 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：主控芯片標配為 FPGA，長期或與 SoC 共存
FPGA 為主流選擇，賽靈思產(chǎn)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(fā)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(chǎn)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(shù)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(nèi) 集成探測器、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、點云輸出，可顯著降低系統(tǒng)復雜度及成本，適合規(guī)模量產(chǎn)；同時也 需要承擔較高的開發(fā)風險、費用及周期。
今后，先列、面陣規(guī)模的增大及 CMOS 工藝節(jié)點的升級可實現(xiàn)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(shù)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(shù)，長期來看二者將共存。
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
激光雷達上車存在成本及車規(guī)兩大阻礙，可通過技術(shù)進步、建設(shè)流水線解決。前裝量產(chǎn)需要成本大幅下降達到可商用水平、車規(guī)認證產(chǎn)品穩(wěn)定性。不同技術(shù) 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(chǎn)品的核心控制點在于 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)品價格要求 降至約 500 美元，自動駕駛產(chǎn)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(guī)模化流水線生產(chǎn)、提升良品率、提高標準化及模塊化水平 等方式，產(chǎn)品成本可得到較大幅度降低。
短期內(nèi)，激光雷達將往混合固態(tài)發(fā)展；長期來看，F(xiàn)MCW、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(fā)元件，雖 探測性能優(yōu)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(guī)要求，目前多應用于價格不敏感的自動駕駛領(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(xiàn)前裝量產(chǎn)爆發(fā)；長期來看，隨著技術(shù)成熟及產(chǎn)業(yè)鏈供應商的 發(fā)展，F(xiàn)MCW、OPA、Flash 都有可能成為主導的技術(shù)路線，整體呈現(xiàn)明顯的固 態(tài)化趨勢。
集成度、價格、體積等方面均有明顯優(yōu)勢，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(gòu)將分立器件集成于一顆芯片，實現(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、建設(shè)自動化產(chǎn)線，在降低物料成本的同時，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)。
激光雷達有望在收集數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上完成感知算法的實時計算分析，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(tài)物體跟蹤、可行駛區(qū)域檢測等 感知結(jié)果。
三、產(chǎn)業(yè)鏈上游由海外光電子巨頭壟斷，激光雷達廠商自研鑄壁壘
激光雷達三大核心元器件為激光發(fā)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(chǎn)替代正起步。激光雷達可分為激光發(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(nèi)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(chǎn)品獲得車規(guī)認證（AEC-Q102），在面向國內(nèi)激光雷達廠商需求上也有一定定制化、成本優(yōu)勢，長期來看有望實現(xiàn)國產(chǎn)替代。
信息處理系統(tǒng)中主控芯片、模擬芯片市場均由美國半導體公司壟斷，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈培育中。90%主控芯片市場被賽靈思的 FPGA 產(chǎn)品占據(jù)，還可選擇 MCU、 DSP 類產(chǎn)品，主要供應商包括瑞薩、英飛凌和德州儀器、亞德諾半導體等。 FPGA 國內(nèi)主要供應商有紫光國芯、安路半導體等，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(nèi)主要供應商有圣邦微電子、思瑞浦等，相比起 步較晚，車規(guī)級產(chǎn)品類型、技術(shù)水平尚有較大差距。
創(chuàng)新技術(shù)路線的核心控制點不一，激光雷達廠商多通過內(nèi)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(nèi)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(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)通過投資希景微機電布局。
長期來看，創(chuàng)新技術(shù)有待產(chǎn)業(yè)鏈價值調(diào)整，2030 年激光雷達前裝量產(chǎn)的上游市場規(guī)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?qū)⑼ㄟ^激光雷達廠商交叉授權(quán)、License + Loyalty 等方式授權(quán)于上游供應商，標準化產(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 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(chǎn)品的核心控制點在于 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。基于對產(chǎn)業(yè)規(guī)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(chǎn)的上游市場規(guī)模將達 112 億美元。
相關(guān)企業(yè)分析及投資建議（詳見報告原文）
（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關(guān)信息，請參閱報告原文。）
精選報告來源：【未來智庫官網(wǎng)】。
