激光雷达产业链有哪些投资价值？

激光雷达是一种利用激光来实现精确测距的传感器，在广义上可以认为是带有3D深度信息的摄像头，被誉为“机器人的眼睛”。

激光雷达产业自诞生以来，紧跟底层器件的前沿发展，呈现出了技术水平高的突出特点。

从激光器发明之初的单点激光雷达到后来的单线扫描激光雷达，以及在无人驾驶技术中获得广泛认可的多线扫描激光雷达，再到技术方案不断创新的固态式激光雷达、FMCW激光雷达，以及近年来朝向芯片化、阵列化持续发展，激光雷达一直以来都是新兴技术发展及应用的代表。

中信证券丁奇、杨泽原在其9月27日发布的《从拆解五款激光雷达看智能驾驶投资机遇》报告中分析了激光雷达产业链的投资价值，包括整机、发射芯片、接收端、校准端、TEC和扫描端。

一、激光雷达整机的投资价值

虽然当前入局厂商众多，但中信证券认为行业门槛较高，最终会有较高的集中度和毛利率，CR5集中度预计会超85%，毛利率预计35%+，门槛体现在三个方面：

1）车规壁垒：激光雷达是一款“机械+光学+电子”产品，车规难度高，上车周期长。厂商的第一款车规级激光雷达，总历时可能接近四年半到五年时间。此外，根据我们的了解，车厂的DV测试周期三个月到半年不等，一般需要至少两轮DV才能满足认证要求。2）算法壁垒：由于激光雷达光学路径设计非标，使得算法和整机必须是耦合的关系，而不是像摄像头模组一样软硬件解耦，从而有更高的毛利率。激光雷达算法包含四个方面：（1）光源生成：由FPGA、LaserDriver及相关算法生成，同时由FPGA形成抗干扰编码等；（2）光源扫描：电机、MEMS等相关部件的扫描算法、ROI区域形成由DSP等器件来完成；（3）光源接收：信号检测、放大、噪声滤除、近距离增强由DSP算法完成；（4）信号处理：点云生成、状态数据、消息数据等。3）芯片壁垒：头部激光雷达公司正在将TIA、ADC、FPGA、DSP集成到一个SOC里，降本增效的同时提升行业门槛。二、激光雷达产业链的投资价值

1.发射端：国产激光芯片从VCSEL开始突破，快慢轴准直有较高壁垒

在激光雷达中，发射端是价值量最高、壁垒最高的环节之一。

中信证券表示：

在发射端中，随着国内产业链崛起以及产业的整体技术路线调整，905nmVCSEL激光芯片等产品有望在市场实现突破。此外，1550nm光源也具备独特优势，与主流的905nm形成错位竞争，未来随着FMCW测距路线的逐步发展，预计其份额还有进一步增长的空间。

2.光源：905nm走向VCSEL大势所趋，1550nm实现错位竞争

发射端的“心脏”就是光源。目前，决定光源技术路线的主要可以归纳为发光波长、激光器结构两大指标。按照波长划分，最主流的是905nm波长和1550nm波长。按照结构来划分则主要分为EEL（边发射激光器）、VCSEL（垂直腔面发射激光器），以及1550nm使用的光纤激光器。

光源的选择制约因素主要有性能、成本、产业链成熟度、人眼安全四大要素。光源选择完之后，需要解决光源校准、温漂、无热化三大问题，以下中信证券整理的不同技术路线的优劣势与特点，以及对应产业链环节的壁垒和价值：

1、为什么激光雷达会选择在905nm和1550nm发光？这与现存的产业链成熟度有关。1550nm光纤激光器是光通信领域应用最广的光源之一，而905则与消费电子共用产业链（手机上的3DToF传感器通常使用940nm光源，与905基本属于同种半导体激光器，可以共用GaAs材料体系），所以都有一定的发展基础。2、选择905nm还是1550nm？受到人眼限制，1550nm路线的探测距离优势明显，而受到材料限制，905nm路线的成本优势也同样明显，因此二者构成错位竞争。预计1550nm激光雷达将主要要用于以安全性为核心卖点的车辆（如沃尔沃等）、价位和品牌定位较为高档的车辆（如蔚来、奔驰、上汽飞凡R等）、重卡（刹车距离较长，奔驰重卡采用1550nm激光雷达）等特殊定位的车辆。其余车辆受限于成本，则更适合采用905nm激光雷达。1550nm激光的高功率特性在一定程度上缩小了与905的成本差距。3、905nmEEL，欧司朗一家独大局面暂难改变905nm路线又分为EEL和VCSEL，目前全球和国内的905nmEEL的光芯片基本采用了欧司朗的光芯片。除了有先发优势外，另一大原因就是欧司朗后来在低温漂EEL上通过专利构筑了自己的优势，而温漂是激光雷达的一个很大的挑战。4、低成本，VCSEL取代EEL大势所趋VCSEL取代EEL的首要原因是成本，按照Yole的统计，EEL的后道处理工序成本比VCSEL高了一倍以上。如果再考虑给EEL增加DBR，就需要在EEL侧面沉积多层晶体，成本会进一步提高。VCSEL取代EEL的第二大原因是因为过去VCSEL发光功率低的问题已经被新的“多结”工艺所解决。此前由于VCSEL发展较晚，而且更多用于消费电子，对大功率没有需求，所以此前的VCSEL大多都是单层结的，功率较小。此随着近年来VCSEL结数的不断增加，最后一块短板已经被补齐，在激光雷达领域替代EEL已经完全可行。

3.接收端：905nm走向SiPM，1550nm使用APD，PDE与可靠性是关键

目前激光雷达所用的接收端主要分APD、SPAD/SiPM两大路线，这两种路线其实同根同源，都是利用二极管的雪崩击穿效应。

PD、APD、SPAD本质相同，只是工作于不同的反向电压下，导致1个光子能够激发出的电子数量不同，探测灵敏度也就随之产生了极大的差距：

APD：低成本高可靠仍有价值，1550路线需使用APD目前APD与SiPM相比灵敏度上存在较大差距，因此在较新的追求探测距离的905路线激光雷达上已经出现了被替代的趋势。但APD受自然光和环境温度干扰程度更轻，在强烈阳光等场景下也具有其价值。目前在1550nmAPD领域，我国已有企业布局，例如芯思杰为镭神智能开发阵列SPAD，也正在和国内其余头部激光雷达在合作。SPAD/SiPM：905nm路线替代APD已成大势，关注PDE与可靠性SPAD/SiPM路线面临的一个比较明显的问题是自然光干扰，尤其是强烈日光的干扰。由于日光是连续谱，几乎涵盖了所有激光雷达的工作波长，所以仅靠滤光片是无法完全滤除阳光的，强烈的阳光入射会导致SiPM中多个SPAD单元饱和，并且在恢复初始状态前都无法吸收光子，因而有可能漏掉真正的反射信号。

4.扫描端：转镜的核心壁垒在时序控制算法，MEMS振镜有较高难度

中信证券表示，目前市面上主流的长距离激光雷达扫描方式为转镜类和MEMS类，预计在短期内这一局面仍将持续。

转镜：简单可靠，目前最容易通过车厂认证的路线

中信证券表示，通常转镜只需保证匀速旋转即可，无需变速或其他特殊控制，整体难度不高。

与单独的转镜方案不同，转镜+振镜方案灵活度较高，能够支持ROI设计（密集扫描重点关注区域，其他区域保持常规扫描频率）。图达通的falcon激光雷达采用的就是转镜+振镜方案，转镜负责水平扫描，振镜负责垂直扫描。另外一种是转镜与线光斑的组合。线光斑路线的优势在于发射的是连续的线光斑，因此垂直方向的分辨率非常高，而且如果需要进一步增加垂直分辨率，只需增加接收端的分辨率，无需增加激光器（发射端分辨率约等于无限），升级成本更低。

MEMS振镜：尺寸较小，平衡性能与体积

电磁式无需高电压驱动，无需升压电路，而且驱动力明显大于静电式（可以驱动更大的镜片，使激光束可以始终完全击中大幅摆动的镜片），扫描范围也明显更大，所以目前电磁式MEMS是激光雷达的主流。

双楔形棱镜：低成本设计，最有利于低价的方案

新款双楔形棱镜利用菲涅尔原理，去掉了棱镜上不发挥作用的部分，肉眼可见，新的棱镜每一片都可以分成两截，实现了减重以及体积收缩，更适合汽车场景。

5.信号处理：LD驱动与TIA属必需品，FPGA主要进行时序控制和算法

LDDriver：越快越好，最大化利用瞬时功率的选择

LDDriver即激光器驱动芯片，它负责在接收到主控芯片的“发光”指令后，给激光器产生一个具体的控制信号。

TIA：高速运放，SiPM仍需使用

完成放大和电流转电压任务的就是跨阻放大器TIA（transimpedanceamplifier），属于高速运放的一种。

中信证券表示：

目前高速运放领域主要被TI、ADI等国外厂商占据，但国内激光雷达厂商表现出一些自研的趋势，例如镭神智能与禾赛科技等公司都在自研TIA。根据禾赛科技招股说明书，其自研的TIA在通道数、功耗、展宽、通道隔离度方面都比ADI的产品占据优势。

TDC、ADC：TDC适合低成本场景，ADC支持更精密测量

TDC（时间数字转换器）主要发挥计时器功能，通常用于低功耗、低成本、环境简单的系统；ADC通常用于更复杂的系统。

中信证券表示：

目前高速ADC主要由国外厂商生产，但国产也有望在未来进行自研。根据禾赛科技招股说明书，其自研的高速ADC芯片性能超越TI的同类产品，在采样率不变的前提下，分辨率、功耗、信噪比都有改善，并且还内置了PLL锁相环。

FPGA：适应算法快速迭代，专用电路设计比CPU高效率

FPGA通常在激光雷达中充当主控芯片。中信证券表示：

相较于CPU，激光雷达需要进行大量的信号处理、电机时序控制等，CPU虽然也能做，但如果采用专用的算法以及为算法专门优化设计的电路，FPGA的效率会高得多。

本文主要观点来自《从拆解五款激光雷达看智能驾驶投资机遇——计算机行业“智能网联”系列报告21｜2022.9.27》，原文作者：中信证券丁奇、杨泽原