阜时科技SPAD芯片斩获头部激光雷达大厂订单
2022-01-07
14:00:02
来源: 半导体行业观察
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据市场知名分析机构Yole统计，到2026年，用于汽车和工业的激光雷达市场规模将达到56亿美元。那就代表着在2020到2026年间，激光雷达的年复合市场增长率高达21%。具体到不同细分领域，据Yole的报道，到2026年，汽车用激光雷达的市场规模将增长到23亿美元，2020到2026的年复合增长率高达111%；工业市场激光雷达应用比例也大幅提升。
激光雷达的市场规模预测
在这种需求的推动下，越来越多参与者涌入激光雷达赛道。但和很多其他产品一样，这些激光雷达的核心芯片依然是国外厂商主导。阜时科技SPAD芯片的成功量产，给国内激光雷达厂商注入了一针兴奋剂。
SPAD需求渐旺
要了解阜时科技这个消息背后的意义，就首先要明白激光雷达的构造。拆开激光雷达，其主要由光源系统、接收系统、扫描系统和数据处理系统四部分组成。而芯片则主要被应用在这四部分中。
来源：深圳阜时科技有限公司
激光雷达系统架构图
首先看光源系统，业界目前提供了EEL、VCSEL和光纤激光器等几种选择。同时还有用于驱动相关芯片的激光驱动IC；来到接收系统，则有APD、SPAD、SiPM等激光探测器。此外，跨阻放大器、带通滤波器和A/D转换IC也是激光雷达带给芯片厂商的机会；扫描系统则在进入固态时代，给Flash和OPA创造了无限可能；数据处理系统则顺理成章成为了FPGA和ASIC的又一个着力点。
SPAD芯片应用于激光雷达的接收系统，是工作在盖格模式下的单光子雪崩二极管，基于光电效应，将光电信号进行转换。在击穿电压之上施加反向偏压，入射光子吸收之后产生的载流子在强电场驱动下触发雪崩。
从相关资料可以看到，在目前的激光雷达中，大部分的接收系统是使用APD，但因为SPAD 芯片拥有极大的优势，这就逐渐使其成为了厂商关注的重点。
阜时科技董事长莫良华在早前的一场演讲中也指出，之所以SPAD芯片能在激光雷达中备受欢迎，这主要受益于以下几点优势：
1）SPAD的光电增益在10⁶以上，十分灵敏，适合远距离测距下的微弱回波信号的探测；
2）SPAD可以同目前Si CMOS工艺较好兼容，集成度高，制备成本低；
3）SPAD探测器可以轻松做成单点、线阵或面阵的形式；
4）SPAD的工作电压一般为20-30V，与各种芯片适配；
5）SPAD的输出为数字信号，通过比较器和TDC（时间数字转换器）就可以进行处理，减少外围元器件近100个，系统简洁；
6）可靠性高，验证周期缩短。
国金证券也在其报道中表示，SPAD 工作在盖革模式，具有单光子探测能力，比传统 APD 增益能力提高约10万倍，可实现低激光功率下的远距离探测能力，功耗、体积较小，已成为一大创新方向；SiPM 的增益能力也与 SPAD 相似，由多个独立且带有淬灭电阻的 SPAD 组成，可克服单个 SPAD 不能同时测量多个光子的不足。SPAD 及 SiPM 可探测 200m、5%反射率目标，不受明亮阳光影响，分辨率极佳。
SPAD与APD的比较
在上述优势的吸引下，越来越多的激光雷达芯片厂商选择了SPAD芯片，不少海外传感器大厂也投入其中，例如索尼在早前就发布了其首款应用于激光雷达的SPAD芯片，阜时科技则是国内在这个领域的头部玩家。
阜时科技横空出世
谈到阜时科技，我们不得不提一下该公司的创始人莫良华先生。作为芯片领域的专家，莫良华研发出了多款有全球影响力的传感芯片，累积出货超40亿颗，在中国、美国拥有过百件发明专利。
在他的带领下，阜时科技也创下了多个业内第一：如全球第一款屏下色温芯片独家量产于一线手机品牌旗舰机；3D视觉产品在智能锁人脸识别领域出货量行业第一；LCD屏下指纹芯片全球首发。
公司也在这个过程中建立起了一个规模超过200人的团队，其中研发人员超过150人。内部设立近40人的研究团队，专门专注于激光雷达研发。据介绍，该团队拥有11位博士，1位深圳市地方级领军人才和5位深圳市海外高层次人才。另有芯片设计团队40多位成员，平均拥有>10年芯片行业从业经验。
因为看好SPAD芯片的机会，阜时科技的团队从2019年至今已经投入数亿元到SPAD芯片的研发当中。
莫良华作为第一批从事国家专项的集成电路行业人士，详细介绍了攻克SPAD器件需要跨过的三道难关：一是 SPAD 器件是集材料、工艺、设计于一体的综合性课题，需要多方技术基础才能研发；二是芯片设计的难度，光子飞行速度很快，波长较短，要同时接收多个光子，在高速电路上将芯片做到低功耗；三是抗干扰能力。SPAD 具备高灵敏的优点，但环境光和其他激光雷达发射信号都会对 SPAD 器件造成干扰，影响功效甚至失效。
即使困难重重，但经过海归专家团队和芯片设计团队的多年技术攻关，阜时科技已完整掌握SPAD芯片关键技术并率先量产。“阜时科技自主研发的 SPAD 器件提高了光子的探测效率，搭配低功耗TDC和完整的抗干扰系统方案，已经与乘用车激光雷达公司、机器人&无人车及相关激光雷达公司达成战略合作。”莫良华说。
本文开头谈到的国内某车企激光雷达厂商的订单，进一步印证了阜时科技SPAD芯片已获得市场和技术认可。据介绍，截至2021年12月，阜时科技已申请知识产权717件，获授权354件，全面覆盖SPAD芯片及激光雷达领域。
展望未来，阜时科技将继续在激光雷达的芯片和系统上大规模投入。包括光发射模块的驱动控制、光学扫描系统的相控阵列OPA、光感测模块的SiPM和ASIC在内的芯片等都在公司产品规划内，各项研发工作均已全面铺开，先后与激光雷达厂商开展技术定制合作。
在阜时科技看来，真正的先锋，是敢为人先、引领创新，更是坚持不懈、从不畏惧。公司将面向消费电子、自主移动设备、智能驾驶汽车的广阔应用市场，与上下游合作伙伴携手共进。而“自主研发，持续创新”会是阜时科技一直坚持的理念。
责任编辑：Sophie
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