激光雷达，索尼芯片一统天下

那个男人，是怎样Make 微软 Great Again的？文 | 佘宗明24年前，骨骼清奇天赋异禀的微无羡练就了绝世武功，武力值登上了琅琊榜榜首，时年25岁。同样有练武奇才体质、年龄比他小1岁的苹忘机，彼时战力跟他差了十万八千里。可步入中年后的微无羡，深闭固距、故步自封，不知江湖已变，结果非但...

越简单的事情，越讲究。

作者| 宇多田

封面| 电影《编舟记》

“只要激光雷达价格能降到1X00元，大门无条件给大家敞开。”

 

2024年初，一家销量惨淡的新势力，笑呵呵放出的话，让激光雷达厂商集体陷入“不是他疯便是我亡”的无语状态。

 

自进主机厂供应链以来，历史上，无论头部“三傻”——禾赛、速腾和图达通，还是一众追随小弟，都在以“血亏”的跪姿匍匐前进；

而华为的自产自销，也只是打碎牙齿往肚里咽罢了。

 

目前，除了速腾往死里拆减零部件，把主雷达BOM成本勉强拆进2000左右的区间（代价是性能迭代很有限）；其他家的整机成本，虽做了改动，但依然不低。

 

“降本”势在必行，但显然不会很快。

 

因为我们发现：

向下，是主机厂压榨；向上，则是另一座无法跨越的大山。

 

“激光雷达本质就四个部分，‘扫描’‘收发’和‘数据处理’。但你能想到，现在一枚‘接收芯片’的价格就高达1000元吗？”一位激光雷达从业者长叹。

 

是的，它就是大名鼎鼎的SPAD芯片。

 

来自索尼，名叫IMX459。

 

如果说去年，产业还只是把这枚“网红芯片”与补盲激光雷达挂钩；

那么今年，无论前视主雷达还是补盲，无论华为还是禾赛速腾，无论转镜还是MEMS扫描路线…

 

都已无法绕过索尼IMX459这座大山。

 

其中，华为甚至专门找索尼定制了一枚接收芯片。

 

“因为它确实无法替代。”

 

一位工程师抓头，网上都在歌颂科技崛起，但他们这些做实业的人心里再清楚不过。

 

“只有索尼459在保持一定精度同时，探测距离达到150米以上。

去年，国内那么多厂家宣称都能做出车规SPAD，还说流片量产，但实测效果都达不到要求。

 

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。”

 

而另一边，索尼探测效率（PDE）高达50%的下一代 IMX479，已经在华为和禾赛那里有了Demo。

 

与此同时，早与1550路线解绑的图达通，也在思考用SPAD芯片，替掉自己昂贵的铟镓砷器件。

 

“基本上，国内无论是雷达厂商，还是SPAD公司，甚至不少器件厂，都把索尼459摸了个遍。但却拿它毫无办法。” 他笑称，

 

“往往越该出现技术创新的地方，反而越显得很无力。”

01

大势所趋

索尼工程师曾在一次产业会议上提及自己做SPAD的起因：

 

“我们本来很不看好这事儿，感觉它很难用起来，是苹果让做我们就做了。”

 

事实证明，一切都来自终端市场的灵感。

2019年，就在苹果决定给iPhone配置一颗短距激光雷达同时，自动驾驶赛道也恰好处于狂欢期末尾。

 

借势打势，索尼筹划酝酿的这颗车规级IMX459，最终在2020年流片。

 

不夸张，这的确是产业真正意义上的第一枚车载SPAD SoC（片上系统）。

 

而在我问及索尼的最大优势时，包括索尼自己，所有人给的答案都没什么亮点：

 

“做了20年全球CMOS传感器市场的老大，怎么就不能攒一枚SoC？

 

SPAD芯片本就是从CMOS晶圆上‘长’出来的。”

 

 

不过，索尼真正的天才之处，更像是对“激光雷达”概念做了一次跨域式理解——

 

从传统产业角度，激光雷达的内核被公认是“一个‘光转电’的过程”；

 

但从图像角度，SPAD却重新定义了它：

 

为什么不能跟相机一样，做成“光转数”？把“光转电”、“电转数”和“数据处理”，集成到一块CMOS晶圆上。

 

毕竟，CMOS 本就是一种“将光转换成数字信号”的半导体器件。

 

这样来看，就显得清晰了。

 

传统APD，就是一个纯粹的“光转电”接收器，必然要搭配一堆零零碎碎的周边。

APD供应链虽成熟，但对于激光雷达走向小型化、精简化的增益，并不大。

第三种接收技术路线SiPM，虽探测范围广，但争议在于“线数越高，模组越多，降本越难”。

 

譬如，禾赛的AT128此前便采用SiPM方案，拼接堆叠了128组收发，成本很难降下来。

 

因此，无论是车载传感器芯片，还是域控芯片，走向高集成化与极简化，从哪个角度，都一定是大势所趋。

 

 

一位激光雷达产品经理说，有位大佬的话曾让他醍醐灌顶：

 

“激光雷达的扫描、收发与信控是一体的，其中一环做简单，那么另外两环就要上难度。

 

而大家都在唯一的机械部件上追求极简，那么收发与信控要上难度，才能做好整机。”

 

现实，与此话基本对齐：

 

为了降低点云拼接的不稳定，速腾把扫描器从二维MEMS换成一维，借助索尼459的高灵敏度，把性能“抹平”。

 

此外，正是SPAD上了难度，舍弃掉一些功率的VCSEL才被市场允许。

 

不过，与难度相对应：话语权，也最终收拢于SPAD。

02

妙在其中

对于国内外SPAD差距，一位激光雷达产品经理挤出个勉强的笑：

 

“说个略冠冕堂皇的结论吧，两年。”

 

实际上，在2021年激光雷达产业陷入集体鸡血时，SPAD创业潮就已蠢蠢欲动。

 

但直到现在，从量产角度看，虽有不少SPAD企业，急吼吼拿着demo去整机厂和主机厂测试，但稳定性却一言难尽，良率也无从考证。

 

“串扰（crosstalk）有点严重。” 

一位工程师觉得很难评，因为都未进入过真正的量产。

“这种问题虽根因由发射端引起，但却表现在接收端。简单来说，就是SPAD过于灵敏，啥噪音都能给你抓到。”

 

的确。

从原理看，如果说APD只是对弱光信号按某种比例进行放大；那么 SPAD 便拥有理论上的“无穷大增益”，所以才能敏锐感知单个光子的存在。

 

因此，对待“高敏感人格”的SPAD，研发们既要在CMOS晶圆上把像素隔离做好，避免假响应；

 

又要在‘有限面积’内保证感光效率（PDE）；

 

还要保证PDE在-140~125的温度域里不能浮动过大…

 

嗯，这些的确是日本专家最擅长的——

有足够耐心，给遍布犄角旮旯的细节做平衡。

“上车环境很严苛。感光如果持续不稳定，那么数字信号特征值就会垮掉，标定要怎么做？”

 

索尼相关人士认为，根本上，一切都是大厂出品的“质保”与“独特品味”决定的。

 

索尼位于长崎的技术中心，主要生产移动CMOS传感器

 

但作为一枚SoC，SPAD难度不止于CMOS工艺，还在于CMOS与逻辑芯片的“互通”效率。

 

因此，索尼在SoC上更独一无二却不太为人所知的能力，是“封装”。毕竟，索尼也手持三家CMOS半导体制造工厂。

 

粗浅理解，索尼459，本质是由两块“PCD板”上下“捏合”而成——

 

上面是CMOS，下面则是逻辑芯片。

 

而每一个光子，都要先在CMOS上经过透镜漂移至“雪崩区”，被击穿后形成无数倍大的电信号，“下沉”至底层的逻辑芯片。

 

这种互叠结构，便是索尼开天辟地式的创新之一，直接把“CMOS老大”头衔延长了10年之久。

 

但上下“捏合”，如果用传统TSV方法在硅片上打孔，肯定不能“穿过”像素层，必须扩展边缘；同时，逻辑芯片复杂度越高，孔也要打得越多。

 

两者作用下，势必会增大芯片面积，与“降本”相悖。

 

因此，索尼又开创了一个名叫“Cu-Cu混合键合”的封装技术。其最大特点，便是“缩小每一个‘连接单元’的占用空间”。

 

索尼自己打过一个比喻：

这相当于“把两座120平米运动馆完全对齐，误差不能超过1毫米”。

 

但最有趣的，是搞创新的人。

 

这些为索尼立下汗马功劳的技术天才，都不是传统的CMOS专家，而是跨域而来的逻辑芯片专家。

他们年过半百，也谦虚少言，深藏于技术中心的实验室里。

 

此外，他们均经历过重大研发与流片失败，最终被财务部持续力挺，才勉强战斗到最后。

 

果然，大多数时间，技术奇迹，并不取决于发明者本身。

 

 

因此，无论是CMOS家底、工艺创新，亦或是日本工业文化与人，每个单拿出来，都解释不了“索尼为何彻底垄断了当下的车载SPAD市场”。

 

或许，国内SPAD厂商该庆幸的是，在技术还未成熟时智驾遇冷，先在机器人等其他领域找一些机会试手，生存下来，才是正解。

 

“其实索尼也在寻找汽车以外的细分市场。”

 

一位产业人士指出，虽然索尼“独孤求败”，但由于国内激光雷达总出货量未达预期，也在让他们反思：

 

“百万颗出货量，肯定是远远不够的。”

03

写在最后

 

这个2017年还是新兴车载传感器的硬件，在芯片化道路上，已经算是进步飞速。

 

很显然，系统复杂度大大降低的好处，便是上车可靠性大涨；但对于本就挣扎求生的整机企业，却不是件好事：

 

产品结构越简单，集成优势降低，“难度”便会向上爬。创新与成本压力，便会转移至单枚芯片上。

 

而垄断者，就会尝尽甜头。

 

除了索尼，ARM、英伟达、英特尔与高通在各自地盘上横行，都是活生生的例子。

 

当然，这也是禾赛宣称要自研SPAD的根本原因。即便他们为欧洲某豪车做的AT512 仍然采用了索尼产品。

 

而纵观激光雷达整个系统，收发与数据处理的BOM成本占比高达70%，的确阻碍了激光雷达的降本之路。

 

更不用说，主机厂工程师们本来都挺期待的FMCW技术路线——

即便抗干扰能力与“速度”信息极为诱人，但由于高昂成本与缓慢的技术创新，创业公司们在资本与整机厂的冷眼中逐渐消失。

 

“我们能有什么选择？” 一位小厂早放弃了前沿探索，

 

“大厂还要顾及股价，整天在欧洲车厂大佬面前刷存在感；而小厂，根本没有技术创新空间。

首要任务，活下来。”