激光雷达,索尼芯片一统天下
原标题:激光雷达,索尼芯片一统天下
导读:
那个男人是怎样微软的文佘宗明年前骨骼清奇天赋异禀的微无羡练就了绝世武功武力值登上了琅琊榜榜首时年岁同样有练武奇才体质年龄比他小岁的苹忘机彼时战力跟他差了十万八千里可步入中年后的...
那个男人,是怎样Make 微软 Great Again的?文 | 佘宗明24年前,骨骼清奇天赋异禀的微无羡练就了绝世武功,武力值登上了琅琊榜榜首,时年25岁。同样有练武奇才体质、年龄比他小1岁的苹忘机,彼时战力跟他差了十万八千里。可步入中年后的微无羡,深闭固距、故步自封,不知江湖已变,结果非但...
越简单的事情,越讲究。
作者| 宇多田
封面| 电影《编舟记》
“只要激光雷达价格能降到1X00元,大门无条件给大家敞开。”
2024年初,一家销量惨淡的新势力,笑呵呵放出的话,让激光雷达厂商集体陷入“不是他疯便是我亡”的无语状态。
自进主机厂供应链以来,历史上,无论头部“三傻”——禾赛、速腾和图达通,还是一众追随小弟,都在以“血亏”的跪姿匍匐前进;
而华为的自产自销,也只是打碎牙齿往肚里咽罢了。
目前,除了速腾往死里拆减零部件,把主雷达BOM成本勉强拆进2000左右的区间(代价是性能迭代很有限);其他家的整机成本,虽做了改动,但依然不低。
“降本”势在必行,但显然不会很快。
因为我们发现:
向下,是主机厂压榨;向上,则是另一座无法跨越的大山。
“激光雷达本质就四个部分,‘扫描’‘收发’和‘数据处理’。但你能想到,现在一枚‘接收芯片’的价格就高达1000元吗?”一位激光雷达从业者长叹。
是的,它就是大名鼎鼎的SPAD芯片。
来自索尼,名叫IMX459。
如果说去年,产业还只是把这枚“网红芯片”与补盲激光雷达挂钩;
那么今年,无论前视主雷达还是补盲,无论华为还是禾赛速腾,无论转镜还是MEMS扫描路线…
都已无法绕过索尼IMX459这座大山。
其中,华为甚至专门找索尼定制了一枚接收芯片。
“因为它确实无法替代。”
一位工程师抓头,网上都在歌颂科技崛起,但他们这些做实业的人心里再清楚不过。
“只有索尼459在保持一定精度同时,探测距离达到150米以上。
去年,国内那么多厂家宣称都能做出车规SPAD,还说流片量产,但实测效果都达不到要求。
要么测远了精度达不到,要么精度够了但只有几十米,良率还待定。”
而另一边,索尼探测效率(PDE)高达50%的下一代 IMX479,已经在华为和禾赛那里有了Demo。
与此同时,早与1550路线解绑的图达通,也在思考用SPAD芯片,替掉自己昂贵的铟镓砷器件。
“基本上,国内无论是雷达厂商,还是SPAD公司,甚至不少器件厂,都把索尼459摸了个遍。但却拿它毫无办法。” 他笑称,
“往往越该出现技术创新的地方,反而越显得很无力。”
01
大势所趋
索尼工程师曾在一次产业会议上提及自己做SPAD的起因:
“我们本来很不看好这事儿,感觉它很难用起来,是苹果让做我们就做了。”
事实证明,一切都来自终端市场的灵感。
2019年,就在苹果决定给iPhone配置一颗短距激光雷达同时,自动驾驶赛道也恰好处于狂欢期末尾。
借势打势,索尼筹划酝酿的这颗车规级IMX459,最终在2020年流片。
不夸张,这的确是产业真正意义上的第一枚车载SPAD SoC(片上系统)。
而在我问及索尼的最大优势时,包括索尼自己,所有人给的答案都没什么亮点:
“做了20年全球CMOS传感器市场的老大,怎么就不能攒一枚SoC?
SPAD芯片本就是从CMOS晶圆上‘长’出来的。”
不过,索尼真正的天才之处,更像是对“激光雷达”概念做了一次跨域式理解——
从传统产业角度,激光雷达的内核被公认是“一个‘光转电’的过程”;
但从图像角度,SPAD却重新定义了它:
为什么不能跟相机一样,做成“光转数”?把“光转电”、“电转数”和“数据处理”,集成到一块CMOS晶圆上。
毕竟,CMOS 本就是一种“将光转换成数字信号”的半导体器件。
这样来看,就显得清晰了。
传统APD,就是一个纯粹的“光转电”接收器,必然要搭配一堆零零碎碎的周边。
APD供应链虽成熟,但对于激光雷达走向小型化、精简化的增益,并不大。
第三种接收技术路线SiPM,虽探测范围广,但争议在于“线数越高,模组越多,降本越难”。
譬如,禾赛的AT128此前便采用SiPM方案,拼接堆叠了128组收发,成本很难降下来。
因此,无论是车载传感器芯片,还是域控芯片,走向高集成化与极简化,从哪个角度,都一定是大势所趋。
一位激光雷达产品经理说,有位大佬的话曾让他醍醐灌顶:
“激光雷达的扫描、收发与信控是一体的,其中一环做简单,那么另外两环就要上难度。
而大家都在唯一的机械部件上追求极简,那么收发与信控要上难度,才能做好整机。”
现实,与此话基本对齐:
为了降低点云拼接的不稳定,速腾把扫描器从二维MEMS换成一维,借助索尼459的高灵敏度,把性能“抹平”。
此外,正是SPAD上了难度,舍弃掉一些功率的VCSEL才被市场允许。
不过,与难度相对应:话语权,也最终收拢于SPAD。
02
妙在其中
对于国内外SPAD差距,一位激光雷达产品经理挤出个勉强的笑:
“说个略冠冕堂皇的结论吧,两年。”
实际上,在2021年激光雷达产业陷入集体鸡血时,SPAD创业潮就已蠢蠢欲动。
但直到现在,从量产角度看,虽有不少SPAD企业,急吼吼拿着demo去整机厂和主机厂测试,但稳定性却一言难尽,良率也无从考证。
“串扰(crosstalk)有点严重。”
一位工程师觉得很难评,因为都未进入过真正的量产。
“这种问题虽根因由发射端引起,但却表现在接收端。简单来说,就是SPAD过于灵敏,啥噪音都能给你抓到。”
的确。
从原理看,如果说APD只是对弱光信号按某种比例进行放大;那么 SPAD 便拥有理论上的“无穷大增益”,所以才能敏锐感知单个光子的存在。
因此,对待“高敏感人格”的SPAD,研发们既要在CMOS晶圆上把像素隔离做好,避免假响应;
又要在‘有限面积’内保证感光效率(PDE);
还要保证PDE在-140~125的温度域里不能浮动过大…
嗯,这些的确是日本专家最擅长的——
有足够耐心,给遍布犄角旮旯的细节做平衡。
“上车环境很严苛。感光如果持续不稳定,那么数字信号特征值就会垮掉,标定要怎么做?”
索尼相关人士认为,根本上,一切都是大厂出品的“质保”与“独特品味”决定的。
索尼位于长崎的技术中心,主要生产移动CMOS传感器
但作为一枚SoC,SPAD难度不止于CMOS工艺,还在于CMOS与逻辑芯片的“互通”效率。
因此,索尼在SoC上更独一无二却不太为人所知的能力,是“封装”。毕竟,索尼也手持三家CMOS半导体制造工厂。
粗浅理解,索尼459,本质是由两块“PCD板”上下“捏合”而成——
上面是CMOS,下面则是逻辑芯片。
而每一个光子,都要先在CMOS上经过透镜漂移至“雪崩区”,被击穿后形成无数倍大的电信号,“下沉”至底层的逻辑芯片。
这种互叠结构,便是索尼开天辟地式的创新之一,直接把“CMOS老大”头衔延长了10年之久。
但上下“捏合”,如果用传统TSV方法在硅片上打孔,肯定不能“穿过”像素层,必须扩展边缘;同时,逻辑芯片复杂度越高,孔也要打得越多。
两者作用下,势必会增大芯片面积,与“降本”相悖。
因此,索尼又开创了一个名叫“Cu-Cu混合键合”的封装技术。其最大特点,便是“缩小每一个‘连接单元’的占用空间”。
索尼自己打过一个比喻:
这相当于“把两座120平米运动馆完全对齐,误差不能超过1毫米”。
但最有趣的,是搞创新的人。
这些为索尼立下汗马功劳的技术天才,都不是传统的CMOS专家,而是跨域而来的逻辑芯片专家。
他们年过半百,也谦虚少言,深藏于技术中心的实验室里。
此外,他们均经历过重大研发与流片失败,最终被财务部持续力挺,才勉强战斗到最后。
果然,大多数时间,技术奇迹,并不取决于发明者本身。
因此,无论是CMOS家底、工艺创新,亦或是日本工业文化与人,每个单拿出来,都解释不了“索尼为何彻底垄断了当下的车载SPAD市场”。
或许,国内SPAD厂商该庆幸的是,在技术还未成熟时智驾遇冷,先在机器人等其他领域找一些机会试手,生存下来,才是正解。
“其实索尼也在寻找汽车以外的细分市场。”
一位产业人士指出,虽然索尼“独孤求败”,但由于国内激光雷达总出货量未达预期,也在让他们反思:
“百万颗出货量,肯定是远远不够的。”
03
写在最后
这个2017年还是新兴车载传感器的硬件,在芯片化道路上,已经算是进步飞速。
很显然,系统复杂度大大降低的好处,便是上车可靠性大涨;但对于本就挣扎求生的整机企业,却不是件好事:
产品结构越简单,集成优势降低,“难度”便会向上爬。创新与成本压力,便会转移至单枚芯片上。
而垄断者,就会尝尽甜头。
除了索尼,ARM、英伟达、英特尔与高通在各自地盘上横行,都是活生生的例子。
当然,这也是禾赛宣称要自研SPAD的根本原因。即便他们为欧洲某豪车做的AT512 仍然采用了索尼产品。
而纵观激光雷达整个系统,收发与数据处理的BOM成本占比高达70%,的确阻碍了激光雷达的降本之路。
更不用说,主机厂工程师们本来都挺期待的FMCW技术路线——
即便抗干扰能力与“速度”信息极为诱人,但由于高昂成本与缓慢的技术创新,创业公司们在资本与整机厂的冷眼中逐渐消失。
“我们能有什么选择?” 一位小厂早放弃了前沿探索,
“大厂还要顾及股价,整天在欧洲车厂大佬面前刷存在感;而小厂,根本没有技术创新空间。
首要任务,活下来。”
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