消费电子应用端萎靡,激光雷达代工大厂转向车载应用,国产代工的价值在这里

微观人 2022-11-07
4440 字丨阅读本文需 11 分钟

手机市场订单量一落千丈,产能过剩在零部件供应链中已经随处可见,对于摄像头模组行业来说,早期过度扩张导致供过于求的情况尤为严重。

有模组厂说道:“现在产能越大的供应商压力就越大,每一家都是在想尽办法把产线塞满,车载、IoT、笔电、AR/VR......来者不拒,几乎每家厂商接单的标准都拉到很低。”

值得庆幸的是,视觉方案在消费电子、汽车、物联网、工业、医疗等多个领域的应用场景越来越丰富,这也给了供应商们寻求其他出路的机会;虽然仍面临较大的竞争压力,但技术经验丰富的厂商往往能在更短时间内适应新赛道的需求变化,从而度过市场的低迷期。

高伟电子斩获速腾代工订单

集微网近日从业界获悉,由于速腾聚创的激光雷达订单量大幅提升,该公司为满足交付与立讯精密达成合作,而立讯集团体系中的高伟电子也随之受益,斩获速腾聚创雷达的模组代工订单。相关人士透露“速腾今年预计能出货600-700万台,短时间内起量导致没办法交付,所以去年就跟立讯成立了合资公司,由高伟电子通过JDM的模式参与设计和制造。”

该相关人士还提到:“速腾的激光雷达组装、接收发模组组装、标定以及测试都是由高伟做,今年7月已经开始量产了,目前设计的年产能在100万颗左右,但客户定点数是远大于这个量的。速腾之前是有自己的产线,未来应该都会往高伟这边转,自己就专注在方案和软件的部分;高伟2022年拿到的订单份额大概是20%左右,明后年的量会有比较明显的增长。”

笔者查阅资料发现,目前速腾聚创主推的激光雷达是采用半固态MEMS方案。产品速腾M1在2021-2022年间陆续用于小鹏G9、威马M7、上汽智己L7、广汽 Aion LX Plus等车型上,平均单价约1900美元。每款车型的激光雷达用量基本都在2-3个,单车价值量能够达到3800美元以上。如果速腾聚创的出货量能够按预期增长,那么负责多个环节组装代工的高伟电子业绩受益程度也颇为可观。

不仅如此,集微网从分析人士处得知,虽然高伟电子当前主要是供货的速腾聚创,但与其他激光雷达厂商的合作也在洽谈当中。众所周知,智能汽车是立讯精密布局非常重要的一环,收购奇瑞这一动作不仅为自己整车代工业务提供了发展平台,同时也为包括高伟电子在内的各类零部件厂商挖掘出更大的发展空间。

除了高伟电子之外,其他有DToF技术优势的模组厂也在争取激光雷达的代工订单。

“因为Lidar本身就是DToF的一类,所以之前有量产过DToF模组的厂家在设计、制造方面都会更有优势,包括像舜宇光学,目前也有激光雷达的模组代工订单在出货。根据我们了解的情况,舜宇目前主要是为图达通供模组,其他客户的也有,但占比相对少一些。”上述分析人士谈到。

据了解,图达通的激光雷达产品是采用半固态转镜的方案,在2021年上市的蔚来ET7、ET5上都有用到,产品单价约为1000美元。

车载激光雷达需求爆发

随着自动驾驶被纳入我国国家级战略,市场渗透率正稳步提升。

IDC数据显示,2022年一季度,中国自动驾驶汽车市场上,L2级自动驾驶乘用车渗透率达23.2%,较2021年一季度的7.5%大幅提升。

目前在乘用车市场上实现落地的自动驾驶技术处于L2级水平,众多车企及技术供应商正争取实现向L3级自动驾驶的跨越。

作为高级驾驶辅助系统进阶的车载传感设备,激光雷达是自动驾驶的核心关键传感器。当下市场上,越来越多的车企采用了高成本的激光雷达方案,迈出了通向高阶自动驾驶的第一步。

在去年和今年上市的车型中,小鹏P5、理想L9、蔚来ET7、宝马iX、威马M7等均配置了激光雷达。

根据前瞻产业研究院预测,我国车载激光雷达行业市场规模在2026年有望超过430亿元,发展空间大。

另一方面,激光雷达应用领域广泛,可应用于无人驾驶、服务机器人和智慧城市等各个领域。根据沙利文的统计及预测,至2025年全球激光雷达市场规模为135.4亿美元,较2019年可实现64.5%的年均复合增长率,未来前景广阔。

兴业证券研报称,2022年将是激光雷达大面积上市的“元年”,小鹏、蔚来、理想、智己等企业均会推出搭载激光雷达的车型。国内供应链企业与车厂配合度高,更容易获得市场订单,因此降本速度会更快,形成良性循环。

东方财富证券认为,车载激光雷达进入需求爆发期,上游光学元器件确定性最强。汽车电动化渗透率大幅提升基础上,汽车智能化即将进入高速爆发期。未来5年汽车智能化最大的边际变化将会是L3级别自动驾驶渗透率快速提升。L3级自动驾驶方案的最大变化是增加了激光雷达作为多重传感器方案的重要组成部分,预计2023年起,车载激光雷达赛道将进入持续高速成长期。

激光雷达产业链的投资价值

发射端:国产激光芯片从VCSEL开始突破,快慢轴准直有较高壁垒

在激光雷达中,发射端是价值量最高、壁垒最高的环节之一。

中信证券表示:在发射端中,随着国内产业链崛起以及产业的整体技术路线调整,905nm VCSEL激光芯片等产品有望在市场实现突破。此外,1550nm光源也具备独特优势,与主流的905nm形成错位竞争,未来随着FMCW测距路线的逐步发展,预计其份额还有进一步增长的空间。

光源:905nm走向VCSEL大势所趋,1550nm实现错位竞争

发射端的“心脏”就是光源。目前,决定光源技术路线的主要可以归纳为发光波长、激光器结构两大指标。按照波长划分,最主流的是905nm波长和1550nm波长。按照结构来划分则主要分为EEL(边发射激光器)、VCSEL(垂直腔面发射激光器),以及1550nm使用的光纤激光器。

光源的选择制约因素主要有性能、成本、产业链成熟度、人眼安全四大要素。光源选择完之后,需要解决光源校准、温漂、无热化三大问题,以下中信证券整理的不同技术路线的优劣势与特点,以及对应产业链环节的壁垒和价值:

1、为什么激光雷达会选择在905nm和1550nm发光?

这与现存的产业链成熟度有关。1550nm光纤激光器是光通信领域应用最广的光源之一,而905则与消费电子共用产业链(手机上的3D ToF传感器通常使用940nm光源,与905基本属于同种半导体激光器,可以共用 GaAs 材料体系),所以都有一定的发展基础。

2、选择905nm还是1550nm?

受到人眼限制,1550nm 路线的探测距离优势明显,而受到材料限制, 905nm路线的成本优势也同样明显,因此二者构成错位竞争。预计1550nm激光雷达将主要要用于以安全性为核心卖点的车辆(如沃尔沃等)、价位和品牌定位较为高档的车辆(如蔚来、奔驰、上汽飞凡R等)、重卡(刹车距离较长,奔驰重卡采用 1550nm 激光雷达) 等特殊定位的车辆。其余车辆受限于成本,则更适合采用905nm激光雷达。1550nm激光的高功率特性在一定程度上缩小了与905的成本差距。

3、905nm EEL,欧司朗一家独大局面暂难改变

905nm 路线又分为 EEL 和 VCSEL,目前全球和国内的 905nm EEL 的光芯片基本采用了欧司朗的光芯片。除了有先发优势外,另一大原因就是欧司朗后来在低温漂EEL 上通过专利构筑了自己的优势,而温漂是激光雷达的一个很大的挑战。

4、低成本,VCSEL取代EEL大势所趋

VCSEL取代EEL的首要原因是成本,按照Yole的统计,EEL的后道处理工序成本比VCSEL高了一倍以上。如果再考虑给EEL增加DBR, 就需要在EEL侧面沉积多层晶体,成本会进一步提高。

VCSEL取代EEL的第二大原因是因为过去VCSEL发光功率低的问题已经被新的 “多结”工艺所解决。

此前由于VCSEL发展较晚,而且更多用于消费电子,对大功率没有需求,所以此前的VCSEL大多都是单层结的,功率较小。此随着近年来VCSEL结数的不断增加,最后一块短板已经被补齐,在激光雷达领域替代 EEL已经完全可行。

接收端:905nm走向SiPM,1550nm 使用APD,PDE与可靠性是关键

目前激光雷达所用的接收端主要分APD、SPAD/SiPM 两大路线,这两种路线其实同根同源,都是利用二极管的雪崩击穿效应。

PD、APD、SPAD本质相同,只是工作于不同的反向电压下,导致1个光子能够激发出的电子数量不同,探测灵敏度也就随之产生了极大的差距:

目前APD与SiPM相比灵敏度上存在较大差距,因此在较新的追求探测距离的905路线激光雷达上已经出现了被替代的趋势。但APD受自然光和环境温度干扰程度更轻, 在强烈阳光等场景下也具有其价值。

目前在1550nm APD领域,我国已有企业布局,例如芯思杰为镭神智能开发阵列SPAD,也正在和国内其余头部激光雷达在合作。

SPAD/SiPM路线面临的一个比较明显的问题是自然光干扰,尤其是强烈日光的干扰。 由于日光是连续谱,几乎涵盖了所有激光雷达的工作波长,所以仅靠滤光片是无法完全滤除阳光的,强烈的阳光入射会导致SiPM中多个SPAD单元饱和,并且在恢复初始状态前都无法吸收光子,因而有可能漏掉真正的反射信号。

扫描端:转镜的核心壁垒在时序控制算法,MEMS 振镜有较高难度

中信证券表示,目前市面上主流的长距离激光雷达扫描方式为转镜类和MEMS类,预计在短期内这一局面仍将持续。

转镜:简单可靠,目前最容易通过车厂认证的路线

中信证券表示,通常转镜只需保证匀速旋转即可,无需变速或其他特殊控制,整体难度不高。

与单独的转镜方案不同,转镜+振镜方案灵活度较高,能够支持ROI设计(密集扫描重点关注区域,其他区域保持常规扫描频率)。图达通的falcon激光雷达采用的就是转镜+振镜方案,转镜负责水平扫描,振镜负责垂直扫描。

另外一种是转镜与线光斑的组合。线光斑路线的优势在于发射的是连续的线光斑,因此垂直方向的分辨率非常高,而且如果需要进一步增加垂直分辨率,只需增加接收端的分辨率,无需增加激光器(发射端分辨率约等于无限),升级成本更低。

MEMS 振镜:尺寸较小,平衡性能与体积

电磁式无需高电压驱动,无需升压电路,而且驱动力明显大于静电式(可以驱动更大的镜片,使激光束可以始终完全击中大幅摆动的镜片), 扫描范围也明显更大,所以目前电磁式 MEMS 是激光雷达的主流。

双楔形棱镜:低成本设计,最有利于低价的方案

新款双楔形棱镜利用菲涅尔原理,去掉了棱镜上不发挥作用的部分,肉眼可见,新的棱镜每一片都可以分成两截, 实现了减重以及体积收缩,更适合汽车场景。

信号处理:LD 驱动与 TIA 属必需品,FPGA 主要进行时序控制和算法

LD Driver 即激光器驱动芯片,它负责在接收到主控芯片的“发光”指令后,给激光器产生一个具体的控制信号。

完成放大和电流转电压 任务的就是跨阻放大器TIA(trans impedance amplifier), 属于高速运放的一种。

中信证券表示:目前高速运放领域主要被TI、ADI等国外厂商占据,但国内激光雷达厂商表现出一些自研的趋势,例如镭神智能与禾赛科技等公司都在自研TIA。根据禾赛科技招股说明书, 其自研的TIA在通道数、功耗、展宽、通道隔离度方面都比ADI的产品占据优势。

中国企业逐渐掌握话语权

在刘靖看来,现在中国企业份额相加已经超过海外巨头,甚至有越来越领先的趋势,背后跟激烈竞争的市场局面脱不开关系。

尤其是中国的禾赛科技针对原价8万美元的美国产品,通过自身研发和产业链迭代把价格降到50%左右,彻底占领了市场。

另外一家核心国产激光雷达厂商速腾聚创,早在2018年10月的北京车展上就对外表示,国外有的产品他们都有,而且最少便宜一半。

关键这些中国公司的服务更好。

国内主流自动驾驶系统提供商文远知行COO张力在接受媒体访问时曾表示,一些国产雷达虽然问题多一些,但如果硬件有问题,1—2天就能换上新的。

“Velodyne中国只有二十几个人,纯粹是做销售和市场的,技术支持都没有。产品有问题就要发到美国去修。一来一回耽误半年的时间。”

就在这个节骨眼上,霍尔还犯了战略错误,认为能率先把激光雷达放到量产车型上的会是欧美或日韩车企,于是他解散了中国技术团队,并针对本来就不大的市场团队展开裁员,等于放弃了中国市场。

而且为了迟滞中国竞争对手的发展,霍尔还举起诉讼大旗。但这也逼着中国企业开始在半固态和固态激光雷达上投入研发,最终让中国市场成为世界半固态激光雷达普及率最高的市场,也成功提升了全球激光雷达技术标准。

再加上中国政府推动新能源汽车的力度不断增强,当下,中国已经成为自动驾驶和激光雷达应用最活跃的市场,而且从金额到市场份额、增速方面都遥遥领先其他国家。

尤其是造车新势力选择和国产厂商合作,例如蔚来+图达通,小鹏+速腾聚创,理想+禾赛科技等,紧密的合作进一步加速行业发展。

按照华西证券的测算,L3和L4&L5级别自动驾驶在全球乘用车中的渗透率将于2025达到8%和1%的规模,2030年达到40%和20%的规模,彻底成为主流。

而根据现有数据推算,乘用车用激光雷达市场规模将在2025和2030年达217亿元与1122亿元,其中国内市场规模为155亿元和630亿元的规模。

文章来源: 金融界,华尔街见闻,吴晓波频道,爱集微

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