中国急需攻克的35项技术，谈谈我国车载激光雷达的进展

2018年，科技日报写了一篇文章，文中列举了当时中国急需攻克的35项技术，因为这35项技术是中国产业升级的关键，如今3年多过去了，这35项关键技术我们取得了哪些突破，此前我聊了操作系统和真空镀膜机，本期我们聊聊事关自动驾驶的关键零件，它就是激光雷达。

当下自动驾驶汽车被热捧，聊自动驾驶自然离不开激光雷达，当前自动驾驶汽车分为两派，一派是特斯拉为主的纯视觉派，他们直接抛弃激光雷达；另一派则坚持使用激光雷达加视觉。纯视觉派依靠2个甚至更多的摄像头，模仿人的眼睛来观测前方的路况及距离，这就对算法的要求非常高，特斯拉依靠庞大的销量积累了大量的数据，才能不断修正自己的算法，让视觉无人驾驶技术得到很大提升，最终成为视觉派的全球领先者。但是大家知道，摄像头跟人眼一样，有时候会受到特殊的光线、能见度等影响，比如前方出现团雾，那么摄像头就无法精准识别了，所以才有人认为最好要视觉加雷达结合，当碰到这种特殊情况时，有雷达作为辅助，当视觉摄像头无法工作时依然可以感知前方路况，这里我为何要说雷达而不是激光雷达呢？因为当前主流的雷达还是毫米波雷达，它的售价更低所以更早被广泛普及，许多汽车很早就有了ACC自适应巡航，就是采用毫米波雷达，它在自动/辅助驾驶中最早被广泛使用，但是这种雷达有个缺点，精度不高且难以判断前方障碍物的具体轮廓，哪怕是垂直高度这种关键信息也无法判断，而且小障碍物的判断也非常模糊，最关键是对金属敏感，对非金属探测能力较弱的特性难以解决，所以哪怕是结合视觉算法，它依然先天不足。虽然激光雷达可以解决这些问题，但是当时激光雷达被美国的Velodyne公司垄断，一台车载激光雷达的售价高达7500美元，而当时一个摄像头的售价仅5美元，做一个视觉算法2个摄像头就够了，可想而知成本要低很多，这也是为何特斯拉坚决抛弃激光雷达，用摄像头做纯视觉的无人驾驶方案的原因。车载激光雷达并不是一个特别高端的技术，但是因为美国等走在前面申请了大量专利，让后来者很难绕开它，所以这就给后来者增加了难度和成本，所以当华为宣布造出激光雷达时，称激光雷达价格300美元时，一度让国人自豪，那么在激光雷达领域，我们究竟是不是如宣传那样美好呢？我的答案是有突破但是宣传有点夸大了。

我国很早就开始布局激光雷达，比如2012年成立的长光华芯，这家公司就一直致力于高功率半导体激光芯片的研发和量产，它是全球少数几家能研发和量产高功率半导体激光芯片的公司，2018年该公司成立垂直腔面发射激光器事业部，6个月后取得重大突破，攻克了材料外延生长的精确控制、激光电流的氧化限制控制等难题，然后建立了一套完整的具有自主知识产权的，6英寸垂直腔面发射激光器生产线，后来华为入股了这家公司。又比如成立于2013年的云南鑫耀公司，该公司主要从事半导体材料加工，产品包括砷化镓单晶片（衬底片）、磷化铟单晶片（衬底片）等，比如前面说的垂直腔面发射激光器就要用到砷化镓单晶片，磷化铟单晶片主要用于生产光通信用激光器和探测器。又比如炬光科技，该公司主要产品有激光雷达面光源、激光雷达线光源、激光雷达光源光学组件等。这些企业的部分产品都涉及到激光雷达领域，当然还有更多公司没有列举，可以说我国许多企业都在涉足激光雷达领域，今天我们重点来聊聊华为的激光雷达。

当年一家很权威的电信产业中立咨询公司曾建议，中国厂商应该发展硅光子技术，因为在美国等掌握大量专利的情况下，这是一种最省钱最快捷的办法，一是投入成本低二是容易收购到相关公司的技术，这的确符合当时的国情，现在回过头来看华为，也是采用的这个方式。

2012年华为就收购了英国光子集成公司，2013年收购比利时硅光技术开发商，这两家公司的技术让华为成功进入光通信芯片市场，成为中国首家掌握硅光子技术的本土企业。此后华为有陆续投资其它相关产业，最终在激光雷达领域的布局才清晰地呈现在世人面前（通信领域也会用到），那就是投资最上游环节，自己生产中间环节，然后卖给下游，说通俗一点，华为投资激光雷达的各个元件制造公司，或者原材料生产公司，然后自己生产激光雷达，然后卖给汽车厂商。这样做有一个好处，不用什么都要自己研发，许多专利买过来后整合研发升级，这的确能极大缩短和美国的差距。

虽然华为2020年发布的车规级激光雷达只有96线，但是华为依然突破了40多个专利，而且核心专利至少有7个，比如用于激光雷达的光脉冲削波器专利，我们知道一旦激光的脉冲功率过大，会对人眼睛造成伤害，但是功率越大探测距离越远，太低了无法满足需求，而华为就是在激光发射器上搭载了脉冲削波器，用快门效应来解决这个难题，既能对人眼睛不造成伤害，也能满足汽车自动驾驶需求，关键是成本还低。这里顺便说一下，激光雷达发射的是一种红外线，当太阳照耀人的时候你感觉暖和就是红外线的作用。所以当红外线的强度越大，那么被照射的物体温度就会增加，所以如果汽车用的激光雷达强度太大，就会对人的皮肤产生伤害，特别是眼睛的伤害最大，但是大家要清楚一定，网上有人说会伤害胎儿、会改变DNA等都是谣言。目前车载激光雷达的功率都符合安全需求，所以大家不用担心出门被汽车的激光雷达照射。

又比如多线激光雷达专利，许多激光雷达采用“一发射多接收”结构，在高频率、高电压下，因为激光线太多会导致信号出现干扰，工作性能不稳定的情况，华为则逆向改为多发射一接受，不但让激光雷达工作性能更稳定，而且还降低了成本（绕过了美国专利）。又比如一种地面环境的检测方法和装置，这会让华为的激光雷达提高对复杂地面环境的感知效果，打个比方就相当于近视眼带上了眼睛，可以看的更清晰了。还有一种也是提高精度的专利，这里就不一样介绍了，总结起来我们会发现，华为激光雷达在发射、扫描和探测三个最重要的方面，都取得了核心突破，所以它的问世才会造成轰动。当然我们还得认清一件事，那就是华为攻克了许多核心专利，但是在这个领域美国依然是领头羊，不仅核心专利多，而且制造工艺也更先进，关键是许多元器件基本都能自产，而我们的激光雷达虽然攻克了，但是有的元器件依然需要进口，不过更多已经国产化的路上了，所以华为的激光雷达才能把价格打下来，不过华为说的300美元一事，大家听一听就是了，现在华为几乎做不到这一点，为何这么呢？因为激光雷达的成本基本被压倒极限了，除非有新技术问世，而且华为隐藏了没有公布，否则按照现有技术几乎没办法把售价做到这么低。

比如要做一个有效探测距离200m以上一个激光发射器，我们的成本就要近100美元，还有其它元器件的成本，而且不少我们还无法国产必须依赖进口，更重要的是，加工相关芯片和元器件的精密仪器，也基本靠进口这就推高了成本，所以华为售价300美元一台激光设备的说法，只能在未来某个时刻可以实现，现在几乎做不到，不过不排除华为亏本出售抢占市场，激光技术的变革注定会让96线的雷达成本降下来，这是肯定的趋势，但没有突破性的技术暂时做不到。顺便说一下，华为这些年投资了许多激光雷达的相关公司，比如前面说的长光华芯等，其实就是在布局激光雷达，当然他们布局这些也跟华为其它业务有重叠，比如还许多技术还能用到海思芯片上面。

现在我们可以肯定的是，在车载激光雷达领域，我们取得了重大突破而且降低了价格，技术上和美国还有差距，但至少我们在车载激光雷达领域算是有了零的突破，从2019年开始，我国更多企业都纷纷展出了激光雷达，比如一家名叫北醒的企业，就自研了一种固态激光雷达，还有速腾聚创等，也是在2019年展出了相关产品。2020年，速腾聚创又宣布该公司的固态激光雷达售价1898美金一台，采用125线，据传已经和全球最高线速128线的机械师激光雷达能一较高下了，至于真实与否几年后就知道答案了

随着越来越多的中企进入激光雷达并取得突破，未来激光雷达技术肯定会突飞猛进，比如华为就宣布500线的激光雷达已经在路上，而且专利可能超过一万个，所以未来我们在车载激光雷达领域，挤入第一梯队完全没问题了，关键就是要进一步把元器件、精密设备等国产化了，这也是我国许多产业的普遍问题。