只是组装？遥遥领先的国产激光雷达，绕不开索尼的传感器芯片

我们知道，许多旗舰手机，在宣传拍摄能力的强悍时，厂商往往都在强调——使用了索尼的IMX???图像传感器。 为什么？ 这是因为，索尼是全球CMOS图像传感器遥遥领先的王者——无论是技术实力亦或是市场份额，CMOS图像传感器是摄像头的最核心器件。 据Yole最新的《2024年CMOS图像传感器行业现状》显示，索尼CMOS图像传感器（CIS）的市场份额在2023年进一步攀升至45%——几乎快要占据全球CIS一半的市场，足见这位全球CMOS图像传感器王者地位的稳固。 ▲来源：yole   然而，索尼的传感器芯片，不仅统治了摄像头，还将垄断另一个国产似乎看起来遥遥领先的传感器赛道——激光雷达。 Yole《2024车载激光雷达市场报告》显示，禾赛科技、速腾聚创、图达通、华为、览沃等国产激光雷达厂商，合计占据全球84%的市场份额。   激光雷达不是禾赛科技、速腾聚创等厂商生产的吗？   是，但不全是。   激光雷达是一个复杂、精密的传感器系统，主要有激光发射、激光探测、信息处理、扫描等四大部件构成，禾赛科技、速腾聚创等厂商属于中游集成商，其产品既有自研的部分，也有向外采购的部件。 激光器、探测器和信号处理是激光雷达BOM总体成本最高的部分，占比高达70%，其中激光器+探测器占比30%-40%，是目前激光雷达降低成本（激光雷达赛道的主逻辑）的关键环节和核心技术壁垒之一。 当前，激光雷达技术方案业内已经基本达成共识，整体遵循机械式>半固态>全固态的演进路线，光线波段采用905nm，激光器由EEL向VECSEL发展，探测器由APD向SiPM和SPAD面阵发展。其中，SPAD（单光子雪崩二极管）被认为是SiPM迭代的下一代探测芯片，具有更高的集成度、跟高设计灵活性和更低的成本。 2020年，索尼推出了行业真正意义上的第一款车规级SPAD 芯片，如今几乎一统天下。   华为率先使用！苹果推动，索尼不看好却推出行业第一款车规级SPAD探测器芯片！ 还记得2023年12月，华为发布的全球汽车业界首个量产的最高线数激光雷达——192线激光雷达吗？ 据业界分析，这颗“遥遥领先”的激光雷达，使用的就是索尼的SPAD芯片——IMX459，IMX459作为业界真正意义上的第一款车载SPAD SoC（片上系统），具有里程碑意义。它的成功研发和应用，证明了SPAD技术在激光雷达领域的可行性。 作为CMOS图像传感器的老大，起初索尼是不太愿意做SPAD芯片的，索尼工程师提到他们认为在实际应用中很难实现。 然而，苹果公司决定在iPhone手机上配置短距激光雷达以实现3D扫描应用，苹果公司找到了索尼研发SPAD芯片，与此同时，汽车自动驾驶领域的激光雷达应用也在飞速发展，于是，索尼顺手一并研发车规级IMX459激光雷达芯片，并在2020年实现流片。 相关数据显示，如今索尼每年向苹果提供0.8-1亿颗SPAD面阵芯片，用于iPhone等产品中。 作为业界第一款车规级SPAD芯片，IMX459的性能其实并不理想，早在2022年国内外车企测试完后，大都给出负面评价，大部分厂商认为这是一颗Demo（样品），很难在量产中应用。 这时候，第一个吃螃蟹的厂商出现了：

H公司率先实现了量产，成本、可靠性、供应链稳定性等因素逐一克服。即使IMX459在某些方面表现不佳，但它能在其他方面提供优势，例如成本更低以及供应链稳定，在市场中获得一定的份额。感谢H公司跑通了验证以及供应链体系，随后大量的车企和主机厂也给出了DEMO以及量产排班，并且实现了价格的cost down，让激光雷达真正意义上飞入寻常百姓家。

就这样，我们在2023年底看到了首个量产上车的192线激光雷达。 从华为激光雷达开始，进入2024年，市场大量出现192线激光雷达产品，而这些激光雷达用到的核心SPAB探测器芯片，都是索尼IMX459。 那么，为什么用索尼IMX459芯片做出来的激光雷达，都是192线？ 索尼SPAD芯片独步天下，下一代已在路上，国产厂商摩拳擦掌自研SPAD芯片但一个能打的都没有 索尼是全球CMOS技术领先者，手握三个CMOS半导体制造厂，而IMX459激光雷达探测器芯片也有赖于其多年的技术积累。 IMX459芯片使用堆叠式工艺，顶部芯片使用90nm的背照式工艺实现，完成基于CMOS的SPAD。底部芯片使用40nm 1AI-10cu工艺，负责完成SPAD的信号逻辑处理。整个pixel数量为100000个SPAD像素(189(H)x600(V))，包含没有使用的SPAD。 IMX459芯片的结构如下图： 可以看到，IMX459芯片是上面SPAD芯片+下面逻辑芯片的集成封装，采用索尼的“Cu-Cu混合键合”封装技术，这也是索尼闻名于世的堆叠式工艺——熟悉CMOS图像传感器的童鞋肯定不陌生，正是这一创新让索尼稳居全球CMOS图像传感器王者宝座。 IMX459全分辨率600x189, 通过每 3x3 个单元输出一个像素，因此最终分辨率200x63，而去掉边缘的 8 个像素之后，激活区域分辨率为192x63，各家通过把芯片旋转90度，刚好可以将垂直分辨率对应192线，基本可以确定用的就是IMX459，水平方向通过增加激光器数量和多面转镜，进而实现水平分辨率的倍增。 前文我们提到，作为第一款车规级SPAD芯片，IMX459的性能参数并不理想，经过厂商和索尼的共同努力，魔改后达到量产要求。 既然索尼能够研发出来，那我们国产能不能自研呢？ 在2023年，多家国产芯片企业宣称研发出车规级SPAD芯片，并且有部分已经流片量产。 但据业内资深人士透露，国产SPAD芯片实测效果没有一家达到要求“要么测远了精度达不到，要么精度够了但只有几十米，良率还待定。” 因此，目前能够量产的SPAD芯片方案，几乎只有索尼一家。 而且索尼下一代激光雷达SPAD芯片IMX479已经在路上，有信息指华为、禾赛等厂商已经在Demo测试和验证阶段。 IMX479的探测效率（PDE）将高达50%，探测效率（PDE）是衡量激光雷达性能的重要指标之一，它表示激光雷达能够成功探测到并返回有效信号的比例。而在波长为905nm的光源下，IMX459的峰值PDE为22%。 IMX479对比IMX459在性能参数上或有翻倍的提升，从而让激光雷达能够提供更准确、更可靠的环境感知能力。

波长温度-PDE 高度集成化是趋势，激光雷达技术门槛降低？ 索尼的SPAD芯片对激光雷达产业具有重要意义，其创新性的将激光接收模块和数据读出模块集成到一起，在高度集成化、降低成本、向固态化迈进的同时，也降低了激光雷达的设计、制造技术门槛。 前文我们提到，一台激光雷达主要由激光器、探测器、信息处理、扫描等四大部件构成，整个激光雷达是一条链条，这部分强了，那其他部件就可以相对“弱”一些，譬如探测器足够灵敏、性能足够强，那么对激光器的性能要求就没那么高。 结语 作为全球最大的CMOS图像传感器厂商，索尼凭借深厚的CMOS工艺技术，进入激光雷达SPAD芯片领域，并有望如同CIS一样形成领先地位。 SPAD芯片或将是未来激光雷达的核心感知技术，壁垒极高，国产厂商虽然已经开始自研，仍有许多瓶颈需要突破。无论从激光雷达集成化趋势，还是供应链风险可控角度来看，激光雷达核心感知芯片的自研，仍然是国产厂商必走之路。 缺少核心的国产感知芯片，国产激光雷达的遥遥领先也只是徒有虚名。 审核编辑 黄宇