作為一名在人工智能與感知計算領域摸爬滾打多年的從業者,每當我在行業會議上聽到關于「具身智能」或者「自動駕駛的下半場」之類的討論時,話題的終點往往都會回歸到一個極其樸素卻又無比致命的物理瓶頸:現在自動駕駛的大腦(算法)已經足夠聰明了,但它的眼睛(傳感器)什么時候能真正跟上來不拖后腿?純視覺和激光雷達兩條路線,背后又意味著什么?
要回答這一系列問題,我們不能僅僅停留在商業表象的觀察,而必須深入到光子物理的底層,去拆解這場從模擬走向數字,從小作坊走向晶圓廠的工業革命。
在這里,我想以一個觀察者的視角,為大家屏蔽掉那些喧囂的營銷詞匯,與大家娓娓道來這背后的技術邏輯與產業暗戰。
感知的黃昏與黎明:從「模擬聽覺」到「數字視覺」
在很長一段時間里,激光雷達基本上都是極客們的玩具,根源在于其核心的感光器件——APD(雪崩光電二極管)依然停留在模擬時代。
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傳統的 APD 技術,就像是一個聽力不太好的老人去聽遠處的風吹草動。為了讓他聽見,我們需要對著他大聲吼叫(發射高功率激光),同時還需要給他配備極其昂貴的助聽器(復雜的模擬放大電路、高電壓控制模塊)。為了處理這些微弱且充滿噪聲的模擬電流信號,需要在電路板上堆砌大量的分立器件。這就像是在制造一塊精密的瑞士機械表,每一個齒輪都需要手工調校。
這種「模擬」的先天基因,注定了它無法通過半導體工業最擅長的復制粘貼來降低成本。只要技術路徑不發生代際更替,單純的國產替代只能將價格從天價變成昂貴,而無法實現指數級的躍遷。
然而,黎明來自于 SPAD(單光子雪崩二極管)技術的成熟。
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SPAD 的出現,是一次徹底的物種進化。它的工作邏輯不再是測量電流的大小(模擬量),而是直接計算光子的數量(數字量)。它就像是一個極其敏銳的量子計數器,哪怕只有一個光子落入「陷阱」,它也能瞬間產生一個清晰的電脈沖。
從測量變成計數,這看似微小的變化,實則引發了海嘯般的革命。這意味著,我們不再需要那些笨重、昂貴且難以集成的模擬電路。感光芯片輸出的直接就是計算機能夠理解的「0」和「1」。
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一旦信號變成了數字,我們就拿到了實現摩爾定律的可能性。我們終于可以使用成熟的 CMOS 半導體工藝,像印刷報紙一樣,在硅片上批量「打印」出百萬級的高分辨率傳感陣列。這才是將激光雷達從精密儀器變成工業標準件的物理基礎。
維度的飛躍——3D 堆疊技術的降維打擊
如果說 SPAD 完成了感光的數字化,那么3D 堆疊(3D Stacking)技術,則是將這種數字化紅利倍增的核心。
在早期的芯片設計中,感光區域和邏輯處理區域往往只能平鋪在同一塊晶圓上。
好比我們在寸土寸金的上海市中心蓋平房,感光部分(也就是大家俗稱的像素)想多占點地方吸收光線,旁邊的電路部分就要被擠壓,反之亦然。這導致芯片面積大、成本高,且性能總是相互掣肘。
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而 3D 堆疊技術,是一場建筑學的奇跡。它將負責感光的晶圓(Wafer 1)和負責運算的邏輯電路晶圓(Wafer 2),在垂直方向上進行了原子級的精密鍵合。
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想象一下,我們把平房變成了摩天大樓。頂層全部用來做超大的落地窗(也就是背照式感光層),沒有任何金屬線路的遮擋,光子利用率達到了物理極限;再在底層全部用來通過最先進的數字工藝鋪設商場、公路和公園(邏輯電路)。
這種結構性的突破,帶來了三個維度的降維打擊:
1. 極致的性能解耦:感光層專心負責收集信息,邏輯層專心負責計算。兩者都可以采用各自領域最頂尖的工藝節點,互不干擾,性能拉滿。
2. 恐怖的成本壓縮:由于垂直堆疊,芯片的投影面積大幅縮小。在晶圓制造中,面積就是成本。同樣的 12 英寸晶圓,現在可以切割出更多數量的芯片。良率的提升和數量的增加,直接擊穿了成本底線。
3. 系統的極度集成:原本需要外部掛載的 DSP、MCU 等處理單元,現在可以直接埋在邏輯層里。激光雷達的接收端,從一塊復雜的電路板,變成了一顆小小的 SoC(系統級芯片)。
這就是為什么我說,3D 堆疊 SPAD 技術是關鍵。它并不是簡單的工藝改進,而是通過物理結構的重構,將原本復雜的系統問題,簡化成了一個單純的半導體制造問題。
隱秘的戰場:產業鏈重構與各大玩家們必須爭奪的領地
當我們理清了技術的脈絡,再將目光投向當下的市場競爭,你會發現許多看似激烈的商業動作,背后其實都是技術路線更迭帶來的陣痛與焦慮。
在過去,激光雷達的整機廠商是產業鏈的絕對核心。他們通過采購國外的傳感器,配合自己獨特的模擬電路設計和光機結構,構建起深厚的壁壘。但在 SPAD 和 3D 堆疊時代,價值鏈正在發生劇烈的轉移,核心話語權正在從組裝集成向下游的芯片定義遷移。
我觀察到一個非常耐人尋味的行業現象,這或許能解釋近期業內發生的一些摩擦。
目前國內激光雷達出貨量最大、占據頭部市場份額的那家企業(我們姑且稱之為 H 廠),其最新一代的固態與半固態產品中,已經大規模導入了國產的 3D 堆疊 SPAD 芯片。根據供應鏈調研了解,這顆核心芯片并非來自國外巨頭,而是來自國內一家專注于光子技術的獨角獸企業,靈明光子。
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這不僅僅是一次簡單的采購,而是對于某種技術路線的投票。H 廠作為行業領頭羊,其對性能和可靠性的要求是近乎苛刻的。他們選擇靈明光子的 ADS 系列芯片,足以證明在 3D 堆疊 SPAD 這個細分賽道上,國產芯片的設計能力和量產一致性,已經完全能夠對標甚至超越索尼(Sony)等國際大廠。
然而,這種局面的出現,對于另一些主打全棧自研標簽的整機廠商(比如最近處于輿論中心的 S 廠)來說,無疑構成了巨大的戰略壓力。
試想一下,當你的主要競爭對手H 廠通過引入獨立的第三方強力芯片平臺,迅速實現了性能的飛躍和成本的下降;而你自己引以為傲的自研芯片,在性能指標上卻可能因為缺乏 3D 堆疊工藝的積累而顯得捉襟見肘。更尷尬的是,市場上最好的芯片供應商,正在為你最大的對手提供彈藥。
在這種背景下,單純的技術競爭往往會異化為商業上的阻擊。近期行業內出現的關于技術秘密或不正當競爭的訴訟,如果剝離掉法律辭令,我們或許可以將其解讀為:傳統垂直整合模式在面對專業化分工模式沖擊時,產生的一種防御性應激反應。
實際上,半導體產業的歷史早已證明,在摩爾定律起作用的領域,平臺化最終總會戰勝 封閉式自研。因為芯片是一個極度依賴規模效應的產業,只有獨立的芯片設計公司,才能將同一套底層技術復用到 H 廠、S 廠乃至更多的客戶手中,通過海量的出貨來分攤昂貴的研發成本。
這并不是愛迪生那種大發明家的時代,動不動就是某某竊取了某某的技術,而是產業分工進化的必然。靈明光子之所以能夠在車載領域異軍突起,甚至在 S 廠還在使用日系芯片的半固態領域實現量產替代,靠的不是商業機密,而是其在 SPAD 堆疊工藝上坐冷板凳數年換來的技術積累。
規模的魔力:從智能手機到尋常百姓家
最后,讓我們回到標題:為什么這決定了激光雷達能否“飛入尋常百姓家”?
因為 3D 堆疊 SPAD 技術的野心,絕不僅僅在于汽車。
如果我們只盯著汽車這一個單一市場,芯片的研發費用和流片費用依然是天文數字。真正要想實現白菜價,來自于技術的跨界復用。
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我注意到,靈明光子的技術版圖不僅覆蓋了車載雷達,更深入到了智能手機、消費級機器人乃至 AR 眼鏡領域。這是一個極其高明的戰略布局。
大家可能不知道,高通驍龍旗艦移動平臺的參考設計中,已經引入了靈明光子的 dToF 技術。這意味著,當你使用安卓旗艦手機進行夜景拍攝對焦,或者使用掃地機器人進行避障時,背后工作的可能正是同一套 SPAD 3D 堆疊技術的變體。
這種消費電子反哺汽車電子的邏輯是極其強大的:
利用智能手機動輒千萬級的出貨量,將昂貴的 3D 堆疊工藝研發成本迅速歸零,這就攤薄了成本。與此同時,在消費級產品上積累的海量晶圓制造數據,能夠幫助代工廠迅速優化工藝參數,提升良率。
最后還能推動封測、光學組件等上下游產業鏈的成熟與降價。
當經過消費市場嚴酷洗禮、成本已被極致壓縮的成熟芯片技術,再反向輸送給汽車行業時,降維打擊自然就發生了。激光雷達將不再是數千元的精密儀器,而會變成數百元甚至更低的標準工業傳感器。
只有到了那個時候,我們才能看到激光雷達像攝像頭一樣,不僅裝在汽車上,還裝在無人機上、家里的服務機器人上,甚至路邊的交通桿上。
浩浩蕩蕩、不可逆轉的洪流
中國科技產業在經歷了 CPU、GPU 的苦苦追趕之后,終于在 3D 感知芯片這個領域,迎來了一次換道超車的機會。
在這個賽道上,我們沒有歷史包袱,我們擁有全球最豐富的應用場景,我們擁有像靈明光子這樣敢于在底層物理架構上進行創新的企業,我們也擁有像 H 廠這樣敢于擁抱國產核心芯片的整機巨頭。
雖然眼下依然存在著商業上的摩擦與訴訟,但這恰恰是黎明前最生動的注腳。它預示著既得勢力者們的舊格局正在瓦解,新的秩序正在建立。
當 SPAD 完成了從模擬到數字的跨越,當 3D 堆疊完成了從平面到立體的重構,當國產芯片完成了從替補到主力的轉身,激光雷達飛入尋常百姓家,便不再是一個遙遠的夢想,而是一個正在發生的、不可逆轉的物理事實。
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