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Redactor | Su Qingtao
Hace dos o tres años, al hablar de lidar, muchas personas tenían la impresión de que "hay demasiadas rutas técnicas y no puedo decir cuál es cuál". No mencionemos el lidar FMCW que todavía está a cierta distancia de la producción en masa. Solo tome el "semi-sólido/estado sólido" en el lidar TOF como ejemplo. Se puede dividir en varias categorías según la longitud de onda, la integración y los módulos de escaneo. .
△ (El gráfico fue compilado por Jiuzhang Zhijia en agosto de 2021)
Sin embargo, según las noticias publicadas por varios fabricantes de lidar en el CES de enero de este año y en el Auto Show de Shanghái en abril, la ruta técnica del lidar de estado semisólido (TOF) está convergiendo rápidamente. Se puede resumir en tres simples puntos:
1. MEMS está siendo marginado, y el espejo giratorio se ha convertido gradualmente en un consenso de la industria;
2. En cuanto a la longitud de onda del láser, muchas empresas que originalmente se enfocaban en 1550 nm comenzaron a cambiar a 905 nm en nuevos productos;
3. En términos de integración, las líneas de transceptores de alta densidad (basadas en chips) se han convertido en "todas las expectativas".
1. La "unificación" de los métodos de escaneo: MEMS ha sido marginado y los espejos giratorios se han convertido gradualmente en un consenso de la industria.
Entre las tres rutas de escaneo semisólidas, el tipo prisma es solo un "flash in the pan". En los últimos dos años, solo los tipos MEMS y de espejo giratorio han participado realmente en el "concurso mundial". Dado que las dos rutas técnicas han sido adoptadas por muchos jugadores, y ambas tienen la oportunidad de ser designadas por los OEM, entonces, al menos en la superficie, estas dos rutas técnicas eran "barrio" en ese entonces.
Sin embargo, las cosas están cambiando rápidamente.
En la segunda mitad de 2021, algunos expertos de la industria lidar le revelaron al autor que cierto lidar alemán de nivel 1 con acumulación profunda en el campo MEMS ha abandonado la ruta MEMS de larga data; el nuevo producto Innoviz Two de la compañía también abandonó la ruta MEMS.
Innoviz Two no anunció la ruta de escaneo, pero a juzgar por el patrón de la nube de puntos, su esquema de escaneo debería ser un espejo giratorio.
Entre las empresas nacionales, el nuevo producto de Tanwei, Duetto, ya no toma la ruta MEMS en la que la empresa ha estado insistiendo antes, sino que cambia a un espejo; además, según la tecnología de renuncia de una empresa lidar de segundo nivel que ha estado luchando con la ruta 1550+MEMS antes Según el personal, la empresa también abandonó MEMS en la planificación del producto de seguimiento y cambió a un espejo giratorio.
De hecho, en los últimos dos o tres años, ha sido motivo de controversia si el radar láser que utiliza el esquema de escaneo MEMS puede pasar las regulaciones de vehículos y si es adecuado para la producción en masa. En resumen, el punto de vista de la "oposición" tiene principalmente los siguientes puntos:
1.
Mala regularidad de la nube de puntos
La definición de "regularidad de la nube de puntos" es que la disposición de las nubes de puntos es horizontal y vertical, y la resolución angular entre los puntos es básicamente la misma + las marcas de tiempo de los puntos adyacentes en el espacio también son adyacentes. La ventaja es que la distorsión del movimiento es más regular y más propicio para la compensación algorítmica. El campo de visión de un solo láser MEMS es muy pequeño, y el campo de visión total debe ser empalmado por varios láseres, y la regularidad del empalme se verá afectada; al mismo tiempo, debido al movimiento resonante de el espejo de microvibración, es difícil lograr un posicionamiento preciso de "matriz", y el movimiento del vehículo aumentará el error de control de movimiento del galvanómetro, lo que afectará aún más la regularidad.
2 .
La cantidad de láseres es pequeña y las consecuencias de una sola falla son más graves
Dado que la solución MEMS puede realizar el escaneo rápido del haz del radar láser a través del movimiento del espejo de microvibración en la dirección bidimensional, su haz equivalente puede atravesar fácilmente "100 líneas" o incluso "200 líneas". la cantidad de láseres requeridos por MEMS suele ser mayor que eso Espejo giratorio unidimensional (cuantas líneas, hay tantos láseres) LiDAR es mucho menor.
Cuanto mayor sea el número de láseres, menor será el impacto que tendrá una falla de un solo láser. Para el lidar MEMS, la falla de un láser significa la pérdida de un gran campo de visión (para un radar láser con escaneo de espejo giratorio, la ausencia de un transmisor láser solo hará que esta línea detecte la cantidad de nubes de puntos en el objetivo). reducido , pero sin incapacitar por completo grandes franjas del campo de visión).
3.
La intensidad de trabajo del láser es demasiado alta, lo que reduce la vida útil
Las empresas de automóviles prestan especial atención a la densidad de la nube clave cuando eligen lidar, y algunas empresas de automóviles incluso proponen calcular cuánto deberían pagar en función de la densidad de la nube de puntos. El factor más crítico que afecta la densidad de la nube de puntos es la "frecuencia puntual" (frecuencia de emisión del láser), es decir, cuántos rayos láser emite el lidar en un segundo. Para lograr la misma frecuencia puntual, debido a la pequeña cantidad de láseres en MEMS, un solo láser tiene que aumentar desesperadamente la frecuencia puntual, y la salida de frecuencia puntual de alta intensidad afecta la vida útil del láser.
Anteriormente, un gerente de producto de una empresa lidar hizo una vívida analogía en una entrevista con Jiuzhang: "Tienes seis vacas, que pueden producir 10 kg de leche por día en circunstancias normales. Ahora, para mejorar el rendimiento, se ordeña cada vaca todos los días 20 kilogramos de leche, por lo que parece que la producción de leche en general ha mejorado de inmediato, pero de hecho, la carga de cada vaca es muy grande y existe una alta probabilidad de que las vacas se 'retiren' antes de tiempo".
Calculamos las cargas de un solo láser de las tres empresas de lidar y obtuvimos la siguiente figura: se puede ver que la carga de un solo láser con el menor número de láseres es casi cien veces mayor que la del mayor número.
4.
Limitado por el tamaño del galvanómetro, es difícil lograr rendimiento y confiabilidad
Para reducir la complejidad del sistema, el lidar MEMS basado en silicio actualmente en el mercado adopta una solución coaxial compacta. La característica del esquema de escaneo coaxial es que el canal emisor de luz y el canal receptor de luz comparten una lente externa, y el rayo láser pasa a través de un espejo perforado e incide sobre la superficie del espejo vibratorio. La capacidad de rango de esta solución es proporcional al tamaño del espejo del espejo de microvibración MEMS, y el campo de visión es proporcional al rango de movimiento del espejo vibratorio.Es decir, para mejorar el rendimiento general, no solo se requiere que el tamaño del espejo del espejo de microvibración MEMS sea lo más grande posible, y es necesario asegurarse de que la amplitud no sea demasiado pequeña.
Sin embargo, el gran tamaño del galvanómetro MEMS afectará seriamente la confiabilidad general. Los galvanómetros de gran tamaño también tienen una mayor carga sobre los ejes rápido y lento que impulsan sus vibraciones. La estructura de viga en voladizo de MEMS es muy frágil. Entre los dos pares de barras de torsión, la delgada y larga es el eje lento, y la corta y gruesa es el eje rápido. El impacto puede causar fácilmente que se rompa directamente.
En otras palabras, cuanto mayor sea el tamaño del espejo vibratorio MEMS basado en silicio, más difícil será cumplir con los requisitos de prueba de confiabilidad, estabilidad, impacto y caída de DV y PV en las regulaciones automotrices. En la actualidad, la distancia de detección del lidar MEMS convencional en el mercado puede alcanzar los 150 metros al 10 %, pero es difícil aumentarla más, por eso. Dicho esto, el espacio de iteración para las rutas MEMS se limita fácilmente.
Hace dos años, el autor escuchó este pasaje de un gerente de producto de una empresa de radar láser: "Actualmente, el tamaño del galvanómetro MEMS puede ser de 5 mm ya está en el límite, y algunos proveedores han logrado una demostración de 7 mm, pero los chinos El maestro de la Academia de MEMS dijo: "Él conoce todas las compañías de MEMS en el círculo, pero no cree que nadie pueda producir MEMS de 7 mm en la actualidad".
En febrero de este año, el autor escuchó de un amigo de una institución de inversión que una empresa de nueva creación LiDAR upstream en Shanghái ha producido "MEMS de gran tamaño con un diámetro de más de 8 mm, y ha comenzado a enviar muestras" "Si puede usarse, puede convertirse en un espejo de seguimiento de MEMS. "El punto de inflexión de la batalla decisiva entre las dos rutas técnicas", sin embargo, los comentarios del autor después de realizar una encuesta a sus clientes de entrega de muestra recientemente son: no es tan bueno como un espejo giratorio y un prisma.
El fracaso de los intentos de MEMS a "gran escala" refleja la dificultad de atravesar el techo de esta ruta técnica. A continuación, ¿otras empresas de MEMS lidar también lanzarán soluciones de rotación de espejos? Esperaremos y veremos.
Al mismo tiempo que muchas empresas que toman la ruta de escaneo MEMS han lanzado soluciones de espejo giratorio, el modelo ordinario AD2 del producto más reciente de Benewake, el producto CX128S1 más reciente de Radium God y el producto WLR-739 más reciente de Wanji también son soluciones de espejo giratorio. Además, Valeo, Luminar, Tuda y Huawei se han apegado a la ruta del espejo giratorio, y Livox también cambió a la ruta del espejo giratorio para su nueva generación de productos en los últimos dos años.
La ruta de giro del espejo se divide además en espejo giratorio unidimensional y espejo giratorio bidimensional. Entre los jugadores que toman la ruta del espejo giratorio, Valeo, Hesai, Huawei, etc. han adoptado espejos giratorios unidimensionales, y Luminar y Tuda han adoptado espejos giratorios bidimensionales.No conocemos la situación de las otras empresas.
La diferencia entre los dos es: el espejo giratorio unidimensional refleja la luz láser en diferentes direcciones a través del espejo poliédrico giratorio; el espejo giratorio bidimensional, como su nombre lo indica, integra dos espejos giratorios, un prisma poligonal es responsable de la horizontal rotación, y el otro es responsable de volteo vertical Realice un haz de barrido láser de escaneo bidireccional horizontal y vertical.
En teoría, tanto el espejo giratorio unidimensional como el espejo giratorio bidimensional son soluciones que pueden alcanzar el nivel de producción en masa de las especificaciones de los automóviles. Específicamente para las dos soluciones técnicas, en términos generales, cuanto más láseres integrados, más simple se requiere el método de escaneo, es decir, más láseres + escaneo unidimensional, menos láseres + escaneo bidimensional.
El espejo giratorio unidimensional solo se mueve mecánicamente en dirección horizontal, y la velocidad es más lenta, por lo que la confiabilidad es mayor; el espejo giratorio bidimensional tiene espejos que se mueven mecánicamente tanto en dirección horizontal como vertical, y la velocidad es más rápida , por lo que será más difícil coordinar entre equilibrio dinámico, NVH, vida útil y costo, pero su ventaja es que se reduce la cantidad de láseres y es posible reducir el costo sin usar láseres más caros.
Una característica obvia del espejo giratorio unidimensional es "cuántos láseres se necesitan para lograr tantas líneas", que es un arma de doble filo: en los últimos años, debido a la baja integración del transmisor láser, si el el número de líneas es demasiado alto Alto, la complejidad del sistema compuesto por muchos láseres es demasiado alta, por lo tanto, el número de líneas del primer espejo giratorio unidimensional no es alto. En este caso, para aumentar el número de líneas, muchos fabricantes han optado por una solución de espejo giratorio bidimensional.
Sin embargo, con la madurez de la solución de chip, es posible aumentar el nivel de integración del transmisor. En 2021, Hesai tomó la delantera en la integración de 128 líneas en dirección vertical. Posteriormente, muchos fabricantes también comenzaron a intentar adoptar una solución de espejo giratorio unidimensional para lidar de alto número de líneas.
2. "Gran unificación" de la banda láser: 905 se ha convertido gradualmente en un consenso
Mientras la ruta de exploración converge, la banda láser también converge. En este Auto Show de Shanghái, hay otro fenómeno interesante: Tudatong y Leishen, que se han centrado en 1550 antes, lanzaron un lidar principal con visión de futuro de 905 nm (los productos son Robin-E y CX128S1 respectivamente).
Según Jiuzhang Zhijia, un fabricante de lidar de segundo nivel que originalmente estaba obsesionado con MEMS+1550 cambió la solución de escaneo de MEMS a espejo giratorio en la próxima generación de productos y, al mismo tiempo, la banda láser también cambió de 1550 a 905. .
Estos tres fabricantes de lidar que comenzaron con 1550 han abrazado el 905, lo que parece ser una respuesta objetiva al punto de vista del autor en el artículo " Lidar: The War Between 905 and 1550 " publicado en agosto del año pasado.
El autor escribió el artículo " LiDAR: la guerra entre 905 y 1550 " porque en abril del año pasado, el autor vio el siguiente pasaje en WeChat Moments del responsable de Hesai Technology:
La razón por la que finalmente renunciamos a 1550 es que a través de la investigación y el juicio de la tecnología futura y la cadena industrial, creemos que después de unos años, 1550 perderá frente a 905 incluso en términos de rendimiento, y una vez que el rendimiento de 905 supere 1550 , la brecha se ampliará. Tire más grande. Después de eso, invertimos casi todos los recursos de I+D en la ruta basada en el silicio, centrándonos en el desarrollo de componentes principales y chips de lidar de 905 nm.
△Los datos de la imagen provienen de un fabricante de lidar de 905 nm
Por curiosidad, el autor tomó este pasaje y conversó con casi 20 personas en la industria de lidar, y excavó paso a paso: "En unos años, el 1550 perderá ante el 905 incluso en términos de rendimiento, y una vez después del rendimiento de 905 supera al de 1550, la brecha se ampliará”. El resumen aquí es el siguiente:
En ese momento, este artículo causó gran repercusión en la industria.
Durante el Auto Show de Shanghái, el director ejecutivo de una pequeña y mediana empresa de lidar mencionó este artículo cuando se comunicó con el autor, expresando su acuerdo con las ideas y los puntos de vista del análisis del artículo. Esta empresa lidar fabrica tanto 905 como 1550 (los productos 905 se venden a clientes en la industria automotriz y los productos 1550 se venden a clientes en trenes de alta velocidad, metro y otras industrias), por lo que no hay razón para "hacer fila". .
Comparado con el 905, la ventaja más encomiable del 1550 es su distancia de detección. En la víspera de la feria del automóvil, Hesai lanzó el lidar de cabina ET25 de 905 nm. El rango de detección de este lidar es de 250 metros al 10 %, que no es diferente del lidar 1550 convencional.
Según la explicación de Hesai, la capacidad de lograr un tamaño tan ultradelgado y un rendimiento mejorado al mismo tiempo se debe a la nueva generación de chips transceptores de desarrollo propio de Hesai. Su módulo transceptor láser ha aumentado la sensibilidad del chip receptor ET25 en varios veces. .
Li Yifan dijo que ET25 es un punto de inflexión en la industria. "Históricamente, cuando usábamos lidar de 905nm, la principal crítica era que 'el rango no es bueno'. Hoy en día, puede ver que la distancia de detección del lidar de 905nm también puede alcanzar los 250 metros. Por lo tanto, la medición de '905nm El tema de 'Puedo 't do it" puede terminar hoy".
El lanzamiento de ET25 ha confirmado a nivel práctico que hay una "integración de conocimiento y acción" detrás de las palabras publicadas por el director técnico de Hesai en el círculo de amigos de WeChat en abril del año pasado.
tres. "Gran unificación" de la estructura/integración del transceptor: matriz en línea o matriz de área de transceptor de alta densidad
En agosto de 2021, "¿ Cuál es la "tecnología de motor" de lidar?" En el artículo "Explicación a través de las barreras técnicas de la industria ", el Capítulo Nueve menciona específicamente que para lidar, la elección del método de escaneo es solo "apariencia", y la verdadera "tecnología del motor" radica en la tecnología del transceptor láser, es decir, la capacidad del chip.
En la tecnología de transceptor láser, qué banda usar es principalmente una "cuestión de elección"; y cómo mejorar la integración del sistema transceptor a través de la tecnología de chip, mejorando así el rendimiento y la confiabilidad de toda la máquina, reduciendo los costos y las dificultades de fabricación, y alcanzando el objetivo de las empresas automovilísticas El "punto de equilibrio dorado" que se puede reconocer es una serie de "preguntas y respuestas" más complicadas.
En 2020, Hesai tomó la delantera entre sus contrapartes nacionales para proponer públicamente el chip del extremo del transceptor de lidar, y ahora, el chip se ha convertido en un consenso de la industria.
Hay dos caminos para la chipificación del extremo del transceptor: adquisición de proveedores y desarrollo propio. Hesai eligió el desarrollo propio. Li Yifan, CEO de Hesai, cree que a partir de los ejemplos de Apple y Tesla, los chips de desarrollo propio son más compatibles con sus propios productos y se iteran más rápido.
Según la información difundida por Hesai, la siliconización de los diferentes módulos se realiza por etapas.
En la etapa V1.0 (la segunda mitad de 2020), es la serie XT la primera en realizar la chipización (chip ADC) integrada en el chip;
En la etapa V2.0 (a partir de AT128, que se producirá en masa en 2022), el láser se actualiza de EEL a VCSEL y el detector evoluciona a detector de fotón único SiPM. Los chips de desarrollo propio en esta etapa son chips de controladores multicanal adaptados a VCSEL, chips frontales analógicos multicanal adaptados a SiPM y chips ADC de alta velocidad.
En la etapa V3.0 (pronto se equipará el FT120 de estado sólido puro) y la etapa V4.0, se utilizará el chip de matriz de área del detector con mayor integración y más canales.
Después del astillado, lidar puede disfrutar de los dividendos de la Ley de Moore, con una rápida mejora del rendimiento y una rápida reducción de costos. Un dato al que se puede hacer referencia es: en los últimos 20 años, el diseño del chip ha hecho que la resolución de las cámaras de los teléfonos móviles se duplique cada dos años. Es decir, los consumidores pueden comprar una cámara con un rendimiento 200 veces mayor que la original al mismo precio.
"Tomando como ejemplo el AT128, ¿cuánto reduce el chip la proporción del módulo transceptor en el costo total del lidar?" En la víspera de la feria del automóvil en abril, el autor planteó la pregunta anterior a la persona a cargo de Tecnología Hesai.
La respuesta de la persona a cargo de Hesai Technology es: si todavía se usa el sistema discreto anterior, el costo del canal del transceptor lidar solo costará varios miles de dólares, mientras que el costo del transceptor de una sola línea del lidar actual es solo 1/20 del original.
En el futuro, Hesai también tiene la intención de construir la arquitectura central de los productos lidar a través de la tecnología de chip, construir una plataforma intermedia de tecnología y permitir que las líneas de productos que sirven a diferentes mercados compartan un conjunto de arquitectura. La arquitectura compartida hará que los materiales y las líneas de producción de diferentes productos sean lo más consistentes posible y reducirá el costo de adquisición de materiales a través del efecto de escala.
La arquitectura basada en chips también es propicia para la construcción de líneas de producción automatizadas, transformando el ensamblaje de precisión manual en precisión garantizada por equipos de semiconductores y manteniendo la coherencia entre las líneas de producción automatizadas de diferentes productos, reduciendo así la dificultad y la dificultad de desarrollar líneas de producción automatizadas. Costo de producción.
De hecho, este es el camino que tomarán todas las empresas lidar en el futuro, pero el progreso de cada empresa variará.
Conclusión: Mantener fortaleza ante “disputa técnica de ruta”
Los productos de la imagen de arriba, excepto el Hesai AT128, se lanzaron en los últimos seis meses y aún no han comenzado la producción en masa. Desde el punto de vista de los parámetros, la medición de distancia de 180-200 metros, la frecuencia puntual de 1,5 millones por segundo y el FOV de aproximadamente 120° × 25° están muy cerca de Hesai AT128.
Obviamente, es un hecho reconocido en la industria que el AT128 se ha convertido en un "producto de explosión lidar para vehículos" con las grandes ventas de los modelos de la serie Ideal L. Se puede decir que Hesai tomó la iniciativa en la definición exitosa del primer lote de productos lidar ADAS de largo alcance. Su exitosa producción en masa en el automóvil es un hito y ha atraído a otros fabricantes a seguir su ejemplo.
No es casualidad que Hesai pueda convertirse en líder de la industria.
Después de resolver una serie de disputas sobre la ruta técnica de lidar en los últimos años, el autor descubrió que, en general, Hesai "comienza con el fin en mente" en la elección de la ruta técnica y no ha pasado por demasiadas desvíos
Cuando todos discuten qué ruta de escaneo es "mejor" entre espejos giratorios, prismas y MEMS, Hesai la encontró "inapropiada" después de probar MEMS brevemente y se rindió de manera decisiva. Luego, en 2023, vemos que las rutas MEMS comenzaron a ser marginadas.
Cuando la "distancia de detección más larga" de 1550 hizo que muchas personas se sintieran emocionadas, Hesai pensó después de un período de investigación previa que "905 tiene más potencial a largo plazo", así que todo en 905, y luego, en 2023, veremos que tiene Se ha descubierto que muchos fabricantes que originalmente se centraron en 1550 han lanzado productos 905.
La chipificación puede reflejar mejor la comprensión prospectiva de las tendencias tecnológicas de Hesai. Hasta 2020-2021, cuando el autor conversó con algunos fabricantes nacionales de lidar sobre la chipificación, todos seguían siendo vagos y Hesai se convirtió en un equipo de diseño de chips ya en 2017.
Sin embargo, algunas personas definitivamente sentirán curiosidad por esta pregunta: el enfoque actual de Hesai está en el lidar TOF.Si el lidar FMCW madura en el futuro, ¿se quedará atrás Hesai?
En primer lugar, en comparación con TOF lidar, FMCW lidar tiene muchas ventajas, pero si puede "matar" TOF es muy controvertido; para obtener más detalles, consulte el "Jiuzhang Zhijia" publicado en octubre de 2021. Popularización de la ciencia FMCW Lidar (Parte 2 ): Principales Desafíos, Perspectivas y Estructura de Mercado ”.
En segundo lugar, Hesai también tiene reservas técnicas en FMCW (consulte el prospecto de Hesai para obtener más detalles).
Además, incluso si FMCW lidar se convierte en la corriente principal, los OEM estarán más inclinados a elegir proveedores con gran experiencia en producción y entrega en masa y sólidas capacidades de ingeniería al seleccionar proveedores para proyectos de producción en masa.
Referencias:
2. Lidar: la guerra entre 905 y 1550
FIN
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