日前，有消息透露，专注于激光雷达SPAD芯片设计的深圳阜时科技有限公司斩获国内头部车企激光雷达芯片订单，并将从2022年开始陆续交付。这对于火热的本土激光雷达产业来说，无疑是一件值得庆贺的事情。
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。
文章来源：半导体观察
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