我們已經(jīng)多次見證了「數(shù)字化」如何重塑行業(yè)格局：數(shù)碼相機(jī)終結(jié)了膠卷時(shí)代，智能手機(jī)取代了功能手機(jī)，曾經(jīng)的「奢侈品」由此迅速進(jìn)入大眾市場(chǎng)。

如今，這股變革的浪潮正洶涌地沖擊著智能汽車感知系統(tǒng)的核心——激光雷達(dá)。

未來智能汽車的競(jìng)爭(zhēng)，真正的分水嶺不是更快的百公里加速或更豪華的內(nèi)飾，而是它們究竟有多「聰明」。這種「聰明」很大程度上取決于汽車能否「看清」周圍的世界。

激光雷達(dá)作為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的「眼睛」，正是賦予智能汽車超越人類感官極限「視力」的關(guān)鍵技術(shù)。但要讓這雙「慧眼」從少數(shù)高端車型的專配，成為大眾車型的標(biāo)配，「數(shù)字化」是一道必須邁過去的坎。

數(shù)字化的必然性

傳統(tǒng)的模擬激光雷達(dá)使用雪崩光電二極管（APD）或PIN光電二極管或SiPM硅光電倍增管作為探測(cè)器，將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電流或電壓信號(hào)。這些微弱的模擬信號(hào)需要經(jīng)過一系列模擬電路進(jìn)行放大、濾波等處理，然后才通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以便后續(xù)處理。

從特征上看，模擬激光雷達(dá)通常采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行掃描，這也是早期激光雷達(dá)體積較大、成本較高、可靠性相對(duì)較低的原因之一。模擬信號(hào)傳輸和處理過程中容易引入噪聲干擾，降低測(cè)量精度，同時(shí)復(fù)雜的模擬電路鏈路也限制了系統(tǒng)集成度和小型化程度，也就是說模擬架構(gòu)的激光雷達(dá)無法在小尺寸產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)高線數(shù)，性能上限低。

▲ 傳統(tǒng)模擬激光雷達(dá)架構(gòu)與數(shù)字激光雷達(dá)架構(gòu)對(duì)比

激光雷達(dá)數(shù)字化就是接收端去掉了「模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)」的過程，接收光后直接生成數(shù)字信號(hào)，然后傳輸數(shù)字、處理數(shù)字信號(hào)，輸出點(diǎn)云。 這種從源頭數(shù)字化的方式，大大簡(jiǎn)化了信號(hào)處理鏈路，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和信號(hào)完整性。

數(shù)字激光雷達(dá)的核心在于它的光電探測(cè)和信號(hào)處理方式發(fā)生了根本性變革，力求在信號(hào)產(chǎn)生的最前端就實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。它采用了單光子雪崩二極管（SPAD）或類似的數(shù)字陣列探測(cè)器，當(dāng)單個(gè)或極少數(shù)光子到達(dá)時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)雪崩效應(yīng)，直接輸出一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)。

由于探測(cè)器直接輸出數(shù)字信號(hào)，后續(xù)的信號(hào)處理可以更多地在數(shù)字域進(jìn)行。通常SPAD陣列會(huì)與時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（TDC）等電路集成在同一塊芯片上，直接計(jì)算光子飛行時(shí)間，輸出數(shù)字化的距離信息。

這種架構(gòu)不僅大大簡(jiǎn)化了后續(xù)的模擬信號(hào)處理鏈路，還提高了集成度。通過半導(dǎo)體工藝（如CMOS），可以將大量的SPAD單元、TDC以及其他數(shù)字邏輯電路集成到一顆或少數(shù)幾顆芯片上，大幅降低尺寸、功耗和成本，并且易于大規(guī)模量產(chǎn)。

▲采用dToF技術(shù)的深度傳感器使用SPAD（單光子雪崩二極管）數(shù)字陣列探測(cè)器，這種探測(cè)器可以檢測(cè)到單個(gè)光子，因此即使在遠(yuǎn)距離也能實(shí)現(xiàn)高精度的深度測(cè)量

從應(yīng)用角度看，數(shù)字激光雷達(dá)在駕駛輔助系統(tǒng)和Robotaxi應(yīng)用中扮演著關(guān)鍵角色。它提供的密集點(diǎn)云能夠精確感知前方車輛、加塞車輛以及車道邊界，使得ACC啟停更平順，車道保持更穩(wěn)定，變道決策更安全。

在高階自動(dòng)駕駛中，高分辨率的數(shù)字激光雷達(dá)能提供更早的預(yù)警和更精細(xì)的物體輪廓，大幅提升系統(tǒng)的感知能力和安全冗余。一些高性能數(shù)字激光雷達(dá)，比如支持定制化的速騰聚創(chuàng)EM4甚至可實(shí)現(xiàn)1080線甚至2160線的超高分辨率，將感知精度提升到前所未有的水平。

隨著激光雷達(dá)大規(guī)模商用，整個(gè)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是向數(shù)字化和固態(tài)化協(xié)同發(fā)展，為當(dāng)前的數(shù)字化浪潮奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)。

而且最重要的是，只有數(shù)字架構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)高線數(shù)。

傳統(tǒng)模擬架構(gòu)在線數(shù)擴(kuò)展上存在根本限制，數(shù)字化架構(gòu)通過芯片級(jí)集成和信號(hào)處理優(yōu)勢(shì)，打破了這一限制，使千線級(jí)激光雷達(dá)成為可能，為感知系統(tǒng)提供了前所未有的分辨率和精度。

激光雷達(dá)的數(shù)字化進(jìn)程

激光雷達(dá)從傳統(tǒng)走向數(shù)字，是一個(gè)技術(shù)、市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)鏈共同驅(qū)動(dòng)的過程：

1. 技術(shù)萌芽與早期探索（2004 年 — 2009 年）

2004-2007年：DARPA Grand Challenge & Urban Challenge (美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局挑戰(zhàn)賽): 這是車載激光雷達(dá)發(fā)展的關(guān)鍵催化劑。參賽隊(duì)伍（許多來自高校和研究機(jī)構(gòu)）廣泛采用激光雷達(dá)進(jìn)行環(huán)境感知。

Velodyne Acoustics (后來的Velodyne Lidar): David Hall在參加DARPA挑戰(zhàn)賽時(shí)，為其團(tuán)隊(duì)車輛開發(fā)了標(biāo)志性的64線機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá) (HDL-64E)。這款產(chǎn)品成為早期自動(dòng)駕駛研發(fā)的「標(biāo)配」。雖然開創(chuàng)了3D感知先河，但其復(fù)雜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致體積大、成本高、功耗大、可靠性低等問題，難以滿足車規(guī)級(jí)應(yīng)用需求。

單光子雪崩二極管（SPAD）技術(shù)在科研領(lǐng)域的持續(xù)突破，以及CMOS工藝的不斷進(jìn)步，為激光雷達(dá)「數(shù)字化」奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。車企和自動(dòng)駕駛公司對(duì)更高性能、更低成本激光雷達(dá)的持續(xù)需求，推動(dòng)了行業(yè)不斷探索新技術(shù)路線。斯坦福大學(xué)、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)等高校在激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理、SLAM算法等方面做出了開創(chuàng)性貢獻(xiàn)。

2.「數(shù)字激光雷達(dá)」概念提出與技術(shù)探索（2010 年 — 2019 年）

隨著CMOS工藝的進(jìn)步，將SPAD與讀出電路集成在同一芯片上成為可能，這為低成本、高集成度的數(shù)字激光雷達(dá)奠定了基礎(chǔ)。全球許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)（如瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院EPFL、代爾夫特理工大學(xué)等）在SPAD器件物理、電路設(shè)計(jì)方面有深入研究。

自動(dòng)駕駛商業(yè)化的需求，迫使產(chǎn)業(yè)界對(duì)「芯片化」和「數(shù)字化」進(jìn)行初步嘗試，尋找降低激光雷達(dá)成本和尺寸的路徑。

成立于2015年的Ouster較早提出并推廣「數(shù)字激光雷達(dá)」架構(gòu)，將SPAD探測(cè)器陣列和VCSEL激光器陣列與定制CMOS系統(tǒng)級(jí)芯片結(jié)合，為數(shù)字激光雷達(dá)的商業(yè)化指明了方向。其他激光雷達(dá)公司也開始積極探索數(shù)字化路線，嘗試將先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)引入傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)，推動(dòng)行業(yè)技術(shù)革新。

數(shù)字芯片制造工藝的持續(xù)進(jìn)步，使得高性能SPAD陣列和配套芯片的成本持續(xù)下降，性能不斷提升，為數(shù)字激光雷達(dá)大規(guī)模應(yīng)用掃除了技術(shù)障礙。

3. 產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同與技術(shù)成熟（2019 年 — 至今）

數(shù)字化進(jìn)程并非由單一企業(yè)推動(dòng)，而是產(chǎn)業(yè)鏈上眾多企業(yè)共同參與的結(jié)果。SPAD-SoC作為數(shù)字激光雷達(dá)的核心組件，其供應(yīng)商日益豐富，代表性企業(yè)的包括索尼、安森美、濱松等國(guó)際巨頭，以及中國(guó)的識(shí)光、阜時(shí)科技、靈明光子等新興企業(yè)。

這些關(guān)鍵芯片技術(shù)的逐步成熟，極大地簡(jiǎn)化了激光雷達(dá)產(chǎn)品的開發(fā)流程，支持不同形態(tài)激光雷達(dá)的定制開發(fā)，為車企自研激光雷達(dá)提供了可能。近年來「車企自研激光雷達(dá)」的說法開始變得常見，正是源于此。

越來越多的激光雷達(dá)公司開始轉(zhuǎn)向或部分采用數(shù)字化的設(shè)計(jì)理念，SPAD芯片技術(shù)、VCSEL陣列技術(shù)、SoC設(shè)計(jì)與制造能力等關(guān)鍵技術(shù)日趨成熟。

中國(guó)的激光雷達(dá)企業(yè)，如速騰聚創(chuàng)，華為等，也迅速抓住數(shù)字化和芯片化趨勢(shì)，投入自研芯片，將數(shù)字激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品線并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

4. 商業(yè)化突破與規(guī)模應(yīng)用

嚴(yán)格來說，第一個(gè)量產(chǎn)的數(shù)字激光雷達(dá)是華為的 192線激光雷達(dá)產(chǎn)品D3，證明了數(shù)字激光雷達(dá)技術(shù)路線的可行性。隨后出現(xiàn)的更高性能數(shù)字激光雷達(dá)，如即將量產(chǎn)的速騰聚創(chuàng)的EM4（1080線），甚至可定制到2160線，進(jìn)一步突破了激光雷達(dá)性能天花板。

數(shù)字激光雷達(dá)逐漸從技術(shù)驗(yàn)證階段過渡到規(guī)模化應(yīng)用階段，開始大規(guī)模用于量產(chǎn)車型和自動(dòng)駕駛車輛。未來自研激光雷達(dá)核心SoC芯片成為頭部廠商的核心競(jìng)爭(zhēng)力。「千線」級(jí)別、超遠(yuǎn)探測(cè)距離、高點(diǎn)頻將成為宣傳熱點(diǎn)，這背后是數(shù)字化帶來的技術(shù)潛力。

雖然尚未達(dá)到「白菜價(jià)」，但數(shù)字激光雷達(dá)的成本已顯著低于早期的模擬激光雷達(dá)。 未來SPAD芯片、VCSEL芯片等關(guān)鍵部件將有更多供應(yīng)商參與競(jìng)爭(zhēng)，推動(dòng)成本持續(xù)下降和技術(shù)不斷進(jìn)步。

▲ 速騰聚創(chuàng)自研SPAD-SoC芯片

相比傳統(tǒng)的模擬激光雷達(dá)，數(shù)字激光雷達(dá)的架構(gòu)簡(jiǎn)化帶來了幾個(gè)系統(tǒng)性的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：

高度集成與小型化，成本削減：通過芯片化設(shè)計(jì)將大量分立元器件集成，顯著縮小體積與重量，降低功耗，提供更靈活的安裝選擇。隨著技術(shù)成熟和規(guī)模化生產(chǎn)，數(shù)字激光雷達(dá)的成本有望持續(xù)下降。

提升性能和可擴(kuò)展性：數(shù)字激光雷達(dá)可以受益于摩爾定律，實(shí)現(xiàn)性能隨時(shí)間的指數(shù)級(jí)提升。Ouster指出，模擬激光雷達(dá)從64線提升到128線花費(fèi)了近15年，而數(shù)字激光雷達(dá)僅用了15個(gè)月。

耐用性和可靠性增強(qiáng)：分立部件更少，使用堅(jiān)固半導(dǎo)體元件，數(shù)字激光雷達(dá)傳感器通常比模擬傳感器更耐用、可靠。

卓越信噪比與抗干擾能力：省去了模數(shù)轉(zhuǎn)換過程，避免了噪聲、失真和量化誤差，確保了信號(hào)在復(fù)雜環(huán)境下的完整性與處理準(zhǔn)確性。

數(shù)據(jù)處理的天然優(yōu)勢(shì)：規(guī)整的數(shù)字化點(diǎn)云數(shù)據(jù)與數(shù)字圖像在融合上天然親和，更易于與其他傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行前融合。

可編程性與智能化：基于SoC的數(shù)字激光雷達(dá)可能實(shí)現(xiàn)"軟件定義的激光雷達(dá)"，通過固件升級(jí)優(yōu)化性能、增加功能，甚至根據(jù)不同駕駛場(chǎng)景動(dòng)態(tài)調(diào)整參數(shù)。

正是這些顯著的價(jià)值，使得整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈——從芯片制造商、激光雷達(dá)生產(chǎn)商到汽車主機(jī)廠，逐漸對(duì)數(shù)字化方向形成共識(shí)：數(shù)字化是激光雷達(dá)擺脫「昂貴測(cè)試設(shè)備」標(biāo)簽，真正成為「大規(guī)模前裝標(biāo)配」的必要條件。

激光雷達(dá)數(shù)字化浪潮中的中國(guó)公司

作為中國(guó)激光雷達(dá)行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)之一，速騰聚創(chuàng)在推動(dòng)激光雷達(dá)數(shù)字化和產(chǎn)業(yè)化方面發(fā)揮了重要作用。

速騰聚創(chuàng)的數(shù)字化之路并非一蹴而就，而是經(jīng)過了長(zhǎng)期技術(shù)積累和產(chǎn)品迭代才實(shí)現(xiàn)的。公司早期以機(jī)械激光雷達(dá)起家，但很快認(rèn)識(shí)到固態(tài)化的趨勢(shì)，并大力投入MEMS掃描方案的研發(fā)。M系列MEMS激光雷達(dá)的推出，標(biāo)志著其在行業(yè)技術(shù)路線選擇上的前瞻性，為后續(xù)的芯片化和數(shù)字化奠定了基礎(chǔ)。

速騰聚創(chuàng)深刻理解芯片對(duì)于激光雷達(dá)性能提升和成本控制的核心作用，因此在自研SoC芯片上進(jìn)行了大量投入。M系列MEMS激光雷達(dá)搭載的自研SoC（M-Core）將信號(hào)處理、點(diǎn)云算法等集成在一起，大幅提升了產(chǎn)品集成度和性能。這是速騰聚創(chuàng)走向數(shù)字化的關(guān)鍵技術(shù)之一。

▲ E1R搭載了速騰聚創(chuàng)全自研的數(shù)字化SPAD-SoC芯片和2D VCSEL芯片

隨后，公司推出了E平臺(tái)，這是速騰聚創(chuàng)首個(gè)量產(chǎn)的數(shù)字激光雷達(dá)平臺(tái)，其核心是一顆將SPAD陣列和高性能SoC通過3D堆疊技術(shù)集成到一起的SPAD-SoC芯片。全固態(tài)補(bǔ)盲激光雷達(dá)E1于2022年發(fā)布，2024年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，同品類面向機(jī)器人的 E1R 全固態(tài)數(shù)字化激光雷達(dá)也在2025年初開啟量產(chǎn)交付。基于該平臺(tái)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累，速騰聚創(chuàng)進(jìn)一步推出了全面數(shù)字化的EM平臺(tái)，強(qiáng)調(diào)從激光發(fā)射、掃描到數(shù)據(jù)處理的全棧芯片化，并采用了SPAD-SoC和VCSEL等關(guān)鍵數(shù)字技術(shù)。

這種逐步深入、持續(xù)迭代的技術(shù)發(fā)展路徑，正是速騰聚創(chuàng)能夠在激光雷達(dá)數(shù)字化浪潮中占據(jù)有利位置的關(guān)鍵因素。通過兩代產(chǎn)品的技術(shù)演進(jìn)，公司積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)儲(chǔ)備，為后續(xù)高性能數(shù)字激光雷達(dá)的研發(fā)和量產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

▲ 速騰聚創(chuàng)激光雷達(dá)芯片圖譜

根據(jù)權(quán)威市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Yole Group數(shù)據(jù)顯示，速騰聚創(chuàng)已躍居2024年乘用車激光雷達(dá)市場(chǎng)份額全球第一，同時(shí)也是2018-2024年ADAS激光雷達(dá)累計(jì)銷量冠軍。滴滴、小馬等自動(dòng)駕駛行業(yè)領(lǐng)先者也已搭載其數(shù)字化激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)前裝量產(chǎn)。

▲ 權(quán)威市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Yole Group數(shù)據(jù)顯示，速騰聚創(chuàng)已躍居2024年乘用車激光雷達(dá)市場(chǎng)份額全球第一

數(shù)字激光雷達(dá)的未來想象力

作為目前激光雷達(dá)最大的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力，汽車主機(jī)廠和Tier 1供應(yīng)商是推動(dòng)激光雷達(dá)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要力量。隨著ADAS滲透率的持續(xù)提升和高階自動(dòng)駕駛技術(shù)的逐步落地，數(shù)字化激光雷達(dá)將加速成為智能汽車標(biāo)配。

車企對(duì)激光雷達(dá)的性能（探測(cè)距離、分辨率、視場(chǎng)角）、成本、可靠性、尺寸、功耗以及車規(guī)級(jí)認(rèn)證提出了嚴(yán)苛要求。正是這種需求，倒逼激光雷達(dá)向數(shù)字化、芯片化、固態(tài)化方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模前裝量產(chǎn)。

但數(shù)字激光雷達(dá)的的想象空間遠(yuǎn)不止于在汽車這個(gè)單一領(lǐng)域。小型化、低功耗和高性價(jià)比的特性，讓數(shù)字化激光雷達(dá)也成為各類服務(wù)機(jī)器人、物流機(jī)器人的理想選擇。

速騰聚創(chuàng)已經(jīng)基于SPAD-SoC芯片技術(shù)推出了機(jī)器視覺新品類——Active Camera，該品類的首款產(chǎn)品AC1，為機(jī)器人提供了更豐富的多模態(tài)感知能力。

▲ 速騰聚創(chuàng)基于自研SPAD-SoC芯片的機(jī)器視覺新品類——Active Camera AC1

這款產(chǎn)品可以理解為是E平臺(tái)的SPAD-SoC芯片、CMOS圖像傳感器和IMU等傳感器的硬件級(jí)深度融合，能夠?qū)崿F(xiàn)三大信息時(shí)間和空間的同步對(duì)齊，讓機(jī)器人獲得最全面的環(huán)境信息，并且能夠克服陽光、高反等環(huán)境干擾，適應(yīng)室內(nèi)外各類復(fù)雜場(chǎng)景。

數(shù)字SPAD-SoC芯片與相機(jī)CMOS芯片的技術(shù)同源性，正為是激光雷達(dá)的普及化鋪平道路。

未來，得益于此，激光雷達(dá)的制造將有望達(dá)到攝像頭般的簡(jiǎn)易程度與成本效益。這將驅(qū)動(dòng)激光雷達(dá)迅速滲透到生活各個(gè)層面，實(shí)現(xiàn)與攝像頭同等級(jí)別的廣泛部署。

立于數(shù)字化浪潮之巔

激光雷達(dá)的數(shù)字化，不僅是技術(shù)發(fā)展的必然，更是市場(chǎng)選擇的趨勢(shì)。它正以前所未有的力量，將這一關(guān)鍵感知技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室推向千家萬戶。

數(shù)字化的意義，對(duì)激光雷達(dá)而言，不只是讓其變得更為普及，從「奢侈品」轉(zhuǎn)變?yōu)椤副匦杵贰埂８�重要的是，它能夠讓激光雷達(dá)不斷突破性能天花板，做到千線分辨率以上（好比攝像頭可以做到數(shù)億像素一樣），獲得對(duì)外部世界更精準(zhǔn)的感知。

速騰聚創(chuàng)無疑是這場(chǎng)數(shù)字化浪潮變革中的重要參與者和推動(dòng)者。

通過在MEMS技術(shù)上的早期布局，以及在自研 SPAD、SoC、VCSEL等芯片以及數(shù)字化平臺(tái)上的持續(xù)投入，取得了顯著的商業(yè)成就，也為整個(gè)激光雷達(dá)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、成本降低和大規(guī)模應(yīng)用做出了積極貢獻(xiàn)。它和其他中國(guó)企業(yè)一起，正在深刻影響全球激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)的格局。

在智能汽車的新時(shí)代，誰掌握了感知的數(shù)字化變革，誰就掌握了未來的主動(dòng)權(quán)。數(shù)字激光雷達(dá)的發(fā)展，值得整個(gè)行業(yè)密切關(guān)注。

本文來源：HiEV大蒜粒車研所