滨松视角：解析SiPM在自动驾驶激光雷达中的关键作用

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1天前

同时让我们欣慰的是，主机厂不满足激光雷达厂家对他们的介绍宣传，需要自己掌握并建立一套理解核心器件的底层知识储备，可见认真做智驾，做安全驾驶的主机厂对激光雷达这个关键部件的看重。

SiPM和SPAD本是同根生，其核心的区别如下：

1、SPADs和SiPM从物理层面上完全是同样的东西，它们最小的感光单元都是单通道的盖革模式雪崩二极管，；

2、SPADs和SiPM两种方案获得有效信号方式的关键区别在于，是依靠时间相关矫正电路去区分信号和噪声，还是依靠可配置多路比较器的阈值筛选信号和噪声；

3、SPADs和SiPM两种方案之间做选择的金标准是，“要获得的是芯片直接处理完毕的距离信息（SPADs）”还是“要获得的是用户自己对距离信息获取过程的定义权（SiPM）”。

针对那些青睐SiPM作为解决方案的用户，本次探讨的核心聚焦于“如何甄选一款理想的适配车载激光雷达的SiPM”，以及那些看似抽象的技术参数如何在实际应用中焕发价值。

本文大体围绕以下五个方向展开论述：

一、滨松开发针对车载产品坚守的基本原则

二、开发车载激光雷达对SiPM的参数需求

三、SiPM的多元影响：正面价值与潜在风险

四、激光雷达价格和价值在时间维度的曲线预测

五、激光雷达的未来路径和适配的SiPM产品结构

在正式探讨之前，笔者想要引用最近汽车行业大佬，奇瑞汽车尹同跃先生的一句话作为开场白：

“我认为中国的卷很重要的一块还是创新不足，尤其是技术创新不足，大家都同质化，同质化带来的唯一的竞争只剩下一个价格战，所以我想中国的企业特别是汽车企业，不要忘了企业的本源，企业的本源是创造价值，为用户创造价值，为社会创造价值，如果说我们这个1块买，8毛钱卖，这样的事儿在别的国家觉得是很蠢的事儿，但在中国似乎还比较普遍，其背后可能更多的指望于资本市场带来更大的回报，来弥补经营上的不足。企业本身的造血能力是企业生存的基础条件。而实现自造血的关键一环就在于技术创新，为客户实现价值创造……。”

——引用自11月12日，奇瑞控股集团有限公司董事长尹同跃先生在第三十一届中国汽车工程学会年会上的发言。尹总的话掷地有声，切中要害。大家都做一样的东西，用资本的力量短期内替换了产业价值是一种战术，但是长期寄希望于资本游戏就很难说是长久之计。

做出特色和不同，让客户的产品有区别于其他竞品的价值呈现，是我们产业类公司时刻要思考的话题。

探讨车载激光雷达，其中核心的部件无疑是，收/发光部件、光路部件（透镜扫描镀膜等光学材质和稳定性），以及ASIC电子学驱动部件。SiPM（硅光电倍增管）参数的优劣对激光雷达系统性能产生的具体影响，长期以来一直是众多主机厂技术DRE及负责人深感困惑的问题。近期，笔者经常接到来自主机厂朋友的询问，他们渴望了解SiPM不同参数背后的深刻含义，以及这些参数差异如何在实际应用中影响激光雷达的表现。同时让我们欣慰的是，主机厂不满足激光雷达厂家对他们的介绍宣传，需要自己掌握并建立一套理解核心器件的底层知识储备，可见认真做智驾，做安全驾驶的主机厂对激光雷达这个关键部件的看重。

为此，笔者决定做一下分析思考并展示出来给大家参考。事先声明，由于激光雷达系统复杂程度，在系统论的角度下不同的实现方式对SiPM各个参数的依赖程度不尽相同，故此我们以假设相同的一套系统下，仅仅通过更换不同参数特征的SiPM能带来的哪些参数变化的角度来做一个分析。

滨松开发针对车载产品坚守的基本原则

在深入探讨之前，容笔者先向您介绍滨松在车载产品开发中所遵循的基本原则（部分）：

1、致力于大幅度降低汽车行驶在全场景下的Corner Case下的安全隐患，是每一个车企、方案提供商、激光雷达、器件厂家这个链条上从业者对消费者安全保障的最大承诺，也是做长久品牌的关键出发点。

2、心怀敬畏，不随意承诺或夸大承诺，无法满足客户诉求的技术和产品支持能力。

3、为客户的 “研发、试作、量产”的全流程成本控制和全生命周期的质量保证服务。控制采购单价，同时做到，量产后不会随着规模部署，额外产生二次衍生成本（返品、维修、替换）。期待我们的深度用户看到这段，复盘一下合作历程，是否在使用滨松的器件过程中，可以感受到我们的行为举止对如上原则的诠释和践行。

开发车载激光雷达对SiPM的参数需求

为了回答此问题，我们不得不回到场景中看一下。

应用载体：移动中的汽车；
时间约束：Day-Nigh 24小时，8年时间；
空间约束：公路路况为主、不排除乡村路况和非规整路况；
高频场景：高速/快速AEB触发（自动刹停）、智能驾驶领航辅助（NOA）、代客泊车辅助（AVP）等。基本上都是能解决时间浪费和重复工作的应用痛点。目前的场景诉求分两种性质，其一是高速移动下提高安全下限，另外则是低速场景下减少时间和财务的损失；
解决问题：安全强化，减少损失；智能化体验，释放时间。

本质上智能驾驶中的“智能”，其精髓深植于两大核心价值之中：一是安全性的极致追求，满足人们对安全需求的深切渴望；二是便利性的优化升级，巧妙地将时间从驾驶任务中解放出来。让车自己开自己做到比人自主开车，在特定场景下更安全、更加省时间是这个商业闭环的核心锚点。

那么基于上述环境条件，我们进行约束穿透分析：

通过上述的分析，我们基本上对SiPM应该具备的6大主要参数特征有了如下认知。

SiPM的多元影响：正面价值与潜在风险

我们进一步分析这六个参数对不同的SiPM用户的正面意义和潜在风险。

上述参数，我想针对PDE，参数一致性，长寿命等方向应该没有什么异议，我着重解释两个概念，第一个是目前经常被忽略的暗计数。暗计数率在常温下高光场景会淹没在光噪声里面，故此不容易被关注到。如下图所示信号和噪声很容易被区分出来：

但是当噪声随着温度提高而倍增，超过了一定的阈值，暗计数会被记录为光信号，比如1.5 pe高度，进而导致错误探测。举个例子，从15°到105°，暗计数会增加1000倍，（每30度提高，暗计数提高10倍）。因此，如果在15°C时暗计数为100 kHz，那么在105°C时暗计数就会变成100 MHz。在正常温度范围内没有问题，但在高温范围内误报的概率会增加。考虑到最高使用温度为105°C，在正常温度下暗计数约为100 kHz是理想的。如果暗计数超过这个值，在高温范围内误报的概率就会增加，从而降低准确性。如下图中下方高温情况示意图。

第二个是FWHM，首先要说明是Signal FWHM和后面的Amplifier的时间特性有强相关性，越快的信号FWHM越能方便系统获得真实的信号而降低错误率。有时候由于放大器的参数太low，导致细微的差异在过程中被忽略掉。我们针对目前市面上外购的主流15um的SiPM进行的同等情况下的对比，得到如下的结果：看图说话清晰明了。无论是加多阈值比较器还是快速的TDC采样，更好的FWHM意味着更高的准确率。

有了如上参数方向的对齐关系，我们可以初步的明白SiPM的参数到底是为了激光雷达哪些性能服务。哪些参数的提高会影响SiPM方案的设计和批量落地。方案bom纯加法的成本是成本A，批量落地生产成本是成本B，产品交付后出现的客诉和返品是成本C，初期阶段大批量的资源投入可以消化成本B，但是后期一旦成熟之后，成本B的影响就会逐步的体现出来。当成本B开始稳定的时候，成本C的重要程度就逐步凸显出来。

当然，这里所有的产品都不是一上来都是完美的，就像激光雷达技术也是随着其他关联技术的发展（视觉，端到端等）出现形态和参数的转变。随着技术的升级，市场用户价值的判断方向和法律法规的边界等参量的变化，适配最佳的产品才是雷达公司的最优解。雷达公司对我们的器件公司的输入，也会随之而来。

激光雷达价格和价值在时间维度的曲线预测

滨松的SiPM产品开发也都是跟随着市场需求逐年进步，在合适的时间开发出最合适市场需求的产品是每个一个从业者的最佳实践，有时候产品过早的开发出来，市场需求没到位，容易导致项目的虎头蛇尾。同样，当市场需求出来的时候没开发出合适的产品也是一个商业错配，掌握市场需求趋势，安排产品上市的节奏感尤其重要。为此，我们总结了激光雷达价格和价值曲线（仅提供一种视角）供大家参考。

整体而言，当前激光雷达功能处于价格低于价值的阶段性区间，车厂到2025年之前的选择标的，一上来就会使成本导向型，成本导向型会倒逼激光雷达供应商通过结构简化（压缩光路部件）、部件劣化（比如玻璃变注塑，高透率材料变为低透过率材料）、加工优化（单位时间产出能效）等对策做出调整。
2026年之后，当智能驾驶配置率上升之后，开启率一定会逐步提高，然后功能OTA升级随之而来，同样的头顶雷达的方案，有的做的优秀，有的做的不如视觉的差异化会随着“懂车帝”、“汽车之家”等媒体和第三方评测自媒体会放大，当然这里不排除智驾领先者赞助的第三方商业对比策略。比“鬼探头避让策略”“高速AEB刹车”“不规则道路智驾驶体验”“AVP停车体验”等等。这个阶段对价格回归是可以预测的。同时海外市场的扩展，由于“卷”度不足的经济社会环境和对产品质量严苛的要求认证机制和流程，价格之外的性能也被追逐，高性能比的产品会被导入，并进行对激光雷达价格的回调。

结合上述时间轴的特征条件分解，我们可以得知：

激光雷达行业在经过波峰波谷之后的洗礼，目前越来越明确的发展路径。

一个应用场景是低成本方案作为视觉方案下的安全冗余，其典型场景是强化快速行车中的AEB，其典型的价格区间是100美金-150美金。测距能力、线束多少都可以定向打折。

另外一个应用场景是强化性能方案，在智能安全驾驶方案中，以激光雷达数据作为相当重要的权重，测距能力和分辨能力都有不能妥协的准入指标。其典型的价格区间在500-800美金。

结合SiPM和SPAD的使用与原理，目前针对车载激光雷达市场的格局会出现如下的特征：

1）Step1：低成本方案的激光雷达会大规模的以瞭望台1比1的模式配置到15w起步带智能驾驶的车型中，这个阶段会出现在2025年Q2。这里配置以低成本3节EEL，低节VCSEL作为光源，2D扫描点SiPM或者小阵列SiPM为主要实现方式。

2）Step2：随着L3级别的功能逐步实现和保险兜底的商业模式的探索，高性能激光雷达比如300线~500线的激光雷达，在同等测距能力下实现更好的分辨率能力为一个代表，这一场景会出现在2026年Q2的高端车型，价格普遍在30 w起步。以高端豪华品牌为主。这里有两个细分方向，一个是固定测距200 m@10%产品的多线化，另外一个是确定线束的长距化250 m@10%。前者是超500线的激光雷达，以高度集成的SPAD SOC作为实现基础，后者是256~360线长距激雷达，以自研ASIC为技术准入门槛+长阵列SiPM为解决方案居多。

3）Step3：随着商业化落地和法规完整性清晰化，加之海外驾驶场景高速化的诉求，Step2的主流激光雷达性能不足，在远端300m/350m距离10%反射率高精度测距的时效性出现不足，这一步Step3，其代表事件是以5/7节高功率EEL、40%起步高性能版本SiPM及阵列，高时间分辨SiPM-ASIC， 50%PDE的SPAD-SOC等的出现为代表，进一步在各个方向上升级参数，这一步出现在2027年Q2。未来（经过2025和2026的价格血战后）车载市场在激光雷达的选择上，车企品牌溢价能力强，视觉方案足够突出的那一拨，以低成本Step1阶段雷达的量产化为主。而做特种功能强化、品牌向上、基于激光雷达数据做安全驾驶决策的会导入Step3的高性能版本激光雷达，这一阶段的高阶激光雷达的成本不再会是150美金这么局促，≥500美金以上的真性能雷达得到用户认可的时代也终将到来。

激光雷达的未来路径和适配的SiPM产品结构

针对上述的节奏预判，滨松公司也适应性的配置了不同阶段的产品，如下图所示：

其中针对SiPM的部分，目前滨松产品的配置序列可以用一张图概述。

我们期待，基于上述讨论的2种形态，从兜里面拿出最合适的产品，提供给客户做产品区分和功能差异化。来适配不同级别的车型和品类。

*对追求256线以上激光雷达以上设计和定义，考虑到成本和外形高度的限制，更多的使用SPAD-SOC的模式，通过数字的方式实现。由于本篇聚焦在基于SiPM的激光雷达的技术方案，故不做讨论。

当下的价格战是生存权的竞争，快速培养具备市场竞争力的品牌和企业，当智驾功能体验真的出现差异化，真的成为安全刚需和增值判断的时候，无休止的降本战也会随着技术向上而改变，期待那一天早日到来！！！