只是組裝？遙遙領(lǐng)先的國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)，繞不開索尼的傳感器芯片

我們知道，許多旗艦手機(jī)，在宣傳拍攝能力的強(qiáng)悍時(shí)，廠商往往都在強(qiáng)調(diào)——使用了索尼的IMX???圖像傳感器。 為什么？ 這是因?yàn)?，索尼是全球CMOS圖像傳感器遙遙領(lǐng)先的王者——無(wú)論是技術(shù)實(shí)力亦或是市場(chǎng)份額，CMOS圖像傳感器是攝像頭的最核心器件。 據(jù)Yole最新的《2024年CMOS圖像傳感器行業(yè)現(xiàn)狀》顯示，索尼CMOS圖像傳感器（CIS）的市場(chǎng)份額在2023年進(jìn)一步攀升至45%——幾乎快要占據(jù)全球CIS一半的市場(chǎng)，足見這位全球CMOS圖像傳感器王者地位的穩(wěn)固。 ▲來(lái)源：yole ? 然而，索尼的傳感器芯片，不僅統(tǒng)治了攝像頭，還將壟斷另一個(gè)國(guó)產(chǎn)似乎看起來(lái)遙遙領(lǐng)先的傳感器賽道——激光雷達(dá)。 Yole《2024車載激光雷達(dá)市場(chǎng)報(bào)告》顯示，禾賽科技、速騰聚創(chuàng)、圖達(dá)通、華為、覽沃等國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)廠商，合計(jì)占據(jù)全球84%的市場(chǎng)份額。 ? 激光雷達(dá)不是禾賽科技、速騰聚創(chuàng)等廠商生產(chǎn)的嗎？ ? 是，但不全是。 ? 激光雷達(dá)是一個(gè)復(fù)雜、精密的傳感器系統(tǒng)，主要有激光發(fā)射、激光探測(cè)、信息處理、掃描等四大部件構(gòu)成，禾賽科技、速騰聚創(chuàng)等廠商屬于中游集成商，其產(chǎn)品既有自研的部分，也有向外采購(gòu)的部件。 激光器、探測(cè)器和信號(hào)處理是激光雷達(dá)BOM總體成本最高的部分，占比高達(dá)70%，其中激光器+探測(cè)器占比30%-40%，是目前激光雷達(dá)降低成本（激光雷達(dá)賽道的主邏輯）的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和核心技術(shù)壁壘之一。 當(dāng)前，激光雷達(dá)技術(shù)方案業(yè)內(nèi)已經(jīng)基本達(dá)成共識(shí)，整體遵循機(jī)械式>半固態(tài)>全固態(tài)的演進(jìn)路線，光線波段采用905nm，激光器由EEL向VECSEL發(fā)展，探測(cè)器由APD向SiPM和SPAD面陣發(fā)展。其中，SPAD（單光子雪崩二極管）被認(rèn)為是SiPM迭代的下一代探測(cè)芯片，具有更高的集成度、跟高設(shè)計(jì)靈活性和更低的成本。 2020年，索尼推出了行業(yè)真正意義上的第一款車規(guī)級(jí)SPAD 芯片，如今幾乎一統(tǒng)天下。 ? 華為率先使用！蘋果推動(dòng)，索尼不看好卻推出行業(yè)第一款車規(guī)級(jí)SPAD探測(cè)器芯片！ 還記得2023年12月，華為發(fā)布的全球汽車業(yè)界首個(gè)量產(chǎn)的最高線數(shù)激光雷達(dá)——192線激光雷達(dá)嗎？ 據(jù)業(yè)界分析，這顆“遙遙領(lǐng)先”的激光雷達(dá)，使用的就是索尼的SPAD芯片——IMX459，IMX459作為業(yè)界真正意義上的第一款車載SPAD SoC（片上系統(tǒng)），具有里程碑意義。它的成功研發(fā)和應(yīng)用，證明了SPAD技術(shù)在激光雷達(dá)領(lǐng)域的可行性。 作為CMOS圖像傳感器的老大，起初索尼是不太愿意做SPAD芯片的，索尼工程師提到他們認(rèn)為在實(shí)際應(yīng)用中很難實(shí)現(xiàn)。 然而，蘋果公司決定在iPhone手機(jī)上配置短距激光雷達(dá)以實(shí)現(xiàn)3D掃描應(yīng)用，蘋果公司找到了索尼研發(fā)SPAD芯片，與此同時(shí)，汽車自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的激光雷達(dá)應(yīng)用也在飛速發(fā)展，于是，索尼順手一并研發(fā)車規(guī)級(jí)IMX459激光雷達(dá)芯片，并在2020年實(shí)現(xiàn)流片。 相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，如今索尼每年向蘋果提供0.8-1億顆SPAD面陣芯片，用于iPhone等產(chǎn)品中。 作為業(yè)界第一款車規(guī)級(jí)SPAD芯片，IMX459的性能其實(shí)并不理想，早在2022年國(guó)內(nèi)外車企測(cè)試完后，大都給出負(fù)面評(píng)價(jià)，大部分廠商認(rèn)為這是一顆Demo（樣品），很難在量產(chǎn)中應(yīng)用。 這時(shí)候，第一個(gè)吃螃蟹的廠商出現(xiàn)了：

H公司率先實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，成本、可靠性、供應(yīng)鏈穩(wěn)定性等因素逐一克服。即使IMX459在某些方面表現(xiàn)不佳，但它能在其他方面提供優(yōu)勢(shì)，例如成本更低以及供應(yīng)鏈穩(wěn)定，在市場(chǎng)中獲得一定的份額。感謝H公司跑通了驗(yàn)證以及供應(yīng)鏈體系，隨后大量的車企和主機(jī)廠也給出了DEMO以及量產(chǎn)排班，并且實(shí)現(xiàn)了價(jià)格的cost down，讓激光雷達(dá)真正意義上飛入尋常百姓家。

就這樣，我們?cè)?023年底看到了首個(gè)量產(chǎn)上車的192線激光雷達(dá)。 從華為激光雷達(dá)開始，進(jìn)入2024年，市場(chǎng)大量出現(xiàn)192線激光雷達(dá)產(chǎn)品，而這些激光雷達(dá)用到的核心SPAB探測(cè)器芯片，都是索尼IMX459。 那么，為什么用索尼IMX459芯片做出來(lái)的激光雷達(dá)，都是192線？ 索尼SPAD芯片獨(dú)步天下，下一代已在路上，國(guó)產(chǎn)廠商摩拳擦掌自研SPAD芯片但一個(gè)能打的都沒有 索尼是全球CMOS技術(shù)領(lǐng)先者，手握三個(gè)CMOS半導(dǎo)體制造廠，而IMX459激光雷達(dá)探測(cè)器芯片也有賴于其多年的技術(shù)積累。 IMX459芯片使用堆疊式工藝，頂部芯片使用90nm的背照式工藝實(shí)現(xiàn)，完成基于CMOS的SPAD。底部芯片使用40nm 1AI-10cu工藝，負(fù)責(zé)完成SPAD的信號(hào)邏輯處理。整個(gè)pixel數(shù)量為100000個(gè)SPAD像素(189(H)x600(V))，包含沒有使用的SPAD。 IMX459芯片的結(jié)構(gòu)如下圖： 可以看到，IMX459芯片是上面SPAD芯片+下面邏輯芯片的集成封裝，采用索尼的“Cu-Cu混合鍵合”封裝技術(shù)，這也是索尼聞名于世的堆疊式工藝——熟悉CMOS圖像傳感器的童鞋肯定不陌生，正是這一創(chuàng)新讓索尼穩(wěn)居全球CMOS圖像傳感器王者寶座。 IMX459全分辨率600x189, 通過(guò)每 3x3 個(gè)單元輸出一個(gè)像素，因此最終分辨率200x63，而去掉邊緣的 8 個(gè)像素之后，激活區(qū)域分辨率為192x63，各家通過(guò)把芯片旋轉(zhuǎn)90度，剛好可以將垂直分辨率對(duì)應(yīng)192線，基本可以確定用的就是IMX459，水平方向通過(guò)增加激光器數(shù)量和多面轉(zhuǎn)鏡，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水平分辨率的倍增。 前文我們提到，作為第一款車規(guī)級(jí)SPAD芯片，IMX459的性能參數(shù)并不理想，經(jīng)過(guò)廠商和索尼的共同努力，魔改后達(dá)到量產(chǎn)要求。 既然索尼能夠研發(fā)出來(lái)，那我們國(guó)產(chǎn)能不能自研呢？ 在2023年，多家國(guó)產(chǎn)芯片企業(yè)宣稱研發(fā)出車規(guī)級(jí)SPAD芯片，并且有部分已經(jīng)流片量產(chǎn)。 但據(jù)業(yè)內(nèi)資深人士透露，國(guó)產(chǎn)SPAD芯片實(shí)測(cè)效果沒有一家達(dá)到要求“要么測(cè)遠(yuǎn)了精度達(dá)不到，要么精度夠了但只有幾十米，良率還待定?！?/strong> 因此，目前能夠量產(chǎn)的SPAD芯片方案，幾乎只有索尼一家。 而且索尼下一代激光雷達(dá)SPAD芯片IMX479已經(jīng)在路上，有信息指華為、禾賽等廠商已經(jīng)在Demo測(cè)試和驗(yàn)證階段。 IMX479的探測(cè)效率（PDE）將高達(dá)50%，探測(cè)效率（PDE）是衡量激光雷達(dá)性能的重要指標(biāo)之一，它表示激光雷達(dá)能夠成功探測(cè)到并返回有效信號(hào)的比例。而在波長(zhǎng)為905nm的光源下，IMX459的峰值PDE為22%。 IMX479對(duì)比IMX459在性能參數(shù)上或有翻倍的提升，從而讓激光雷達(dá)能夠提供更準(zhǔn)確、更可靠的環(huán)境感知能力。