WNEVC 2022 | 靈明光子臧凱：SPAD dToF構建數字化慧眼助力汽車與消費傳感相輔相成

由中國科學技術協會、北京市人民政府、海南省人民政府、科技部、工業和信息化部、生態環境部、住房和城鄉建設部、交通運輸部、國家市場監督管理總局、國家能源局聯合主辦的第四屆世界新能源汽車大會(WNEVC 2022)于8月26日至28日在北京和海南線上線下舉辦。其中，北京會場位于北京經濟技術開發區藝創國際會展中心。

會議由中國汽車工程學會等單位主辦，將以“碳中和愿景下的全電動化與全球合作”為主題，邀請全球政產學研各界代表共同探討。大會將包括20多場會議，13，000平方米的技術展覽和許多同期活動。200多位政府高級領導人、海外機構官員、全球商界領袖、學者和行業專家將出席會議并發表演講。

其中，靈明光子CEO臧凱在8月26日下午舉行的“汽車級芯片的技術突破與產業化發展”技術討論論壇上發表了精彩演講。

以下為現場演講:

大家好，今天很榮幸受邀分享靈明光子的進展。我們報告的主題是SPAD dToF的測量方法，它是未來數字社會的眼睛。在這里，我們將重點分析這種測距方法如何幫助汽車和消費者感知相輔相成。

首先給大家介紹一下dToF。DToF是一種深度測量方法，相比超聲波和毫米波，在汽車上的應用尤其廣泛。但是這兩種方法波長都比較長，很難對物體進行精確建模。當我們真的想知道確切的情況和距離或位置時，我們需要光學波段。這里有幾種不同的方法，其中一種類似于人眼和動物眼。它的連接很簡單，但是只能測量，很難做到精確測距。對于結構光，最早應用于蘋果手機的FaceID，現在用于人臉識別和智能解鎖。它可以真正實現通常的三維成像，包括測距、定位和建模。這就是我們常說的飛行時間法。分為兩種方式，一種是間接飛行時間法，稱為iToF，一種是直接飛行時間法，稱為dToF。間接飛行時間法的工作原理與相機接近，相機發射連續波，利用波發射和接收后的相位差來間接計算物體的距離。而直接飛行時間法比較簡單粗暴，發射的脈沖光范圍大，接收的脈沖光也大，從而計算出光在飛行中的時間。所以相比iToF，dToF的方法更直接，當然它帶來的技術挑戰也更困難。

就行業而言，dToF其實是目前最前沿的技術趨勢。首先，在蘋果手機和iPad、iPhone12、iPhone13Pro、Pro Max系列中，都搭載了基于SPAD的DTOF芯片，包括手機，包括未來的AR、VR、虛擬現實、增強現實等應用。另一方面，單光子的奇跡，相對于MOSFET的激光雷達，逐漸推向市場。索尼采用3D堆疊技術，實現了低成本高性能的遠距離車載固體激光器。我們可以看到，對于行業龍頭企業，無論是蘋果還是索尼，布局分別以消費和汽車為代表。

這里我們簡單介紹一下SPAD和dToF直飛法的工作原理。一般來說，傳統的探測器接收一個光脈沖，電信號和光信號是一致或接近的。但是，單光子探測器的工作原理并不是這樣。對于單個光子，比如蘋果手機，測量像素距離需要20萬個光脈沖。在每個周期中，當接收到光脈沖時，它們在每個周期中僅啟動一次。但是每次我們出發，我們……我會記錄出發時間和真實位置，這叫趕時間。重復200，000次后，脈沖時間逐漸繪制成直方圖，它實際上反映了接收器接收到的光信號。由此可見，任何單光子的信號技術都是非常龐大的。可以說，任何一個像素成為一個統計直方圖，都需要20萬個18位或者更高的位，所以它的實際數據量大約是iToF或者其他SAS相機的100-1000倍甚至上萬倍。但是這個統計直方圖給我們帶來的是大量的統計數據，所以我們不僅知道目標物體的飛行時間在哪里，還知道它的前方是否有透明物體。比如像手機上玻璃的改版或者激光雷達的玻璃保護殼，我們也知道鏡頭臟不臟。同時我們也知道在視野和像素內還有其他的干擾，我們也可以準確的知道環境光的噪聲有多大。

所以，這里我們希望打個簡單的比方。比如我們在iToF和dToF中使用商用芯片。首先我們的工程師制作一張紙，這張紙應該是平面的，在dToF中顯示，但是在iToF中會出現棋盤圖的效果，體現在這張紙的高度波動上，所以這對實際物體的測量有一定的影響。同時，剛才也提到了多徑干擾的問題。在右邊的實驗中，我們展示的是iToF放在桌子上，工程師的材料始終沒有變化。但是當黑紙被拿走的時候，工程師的位置因為iToF的多徑干擾而發生了很大的變化，但是對于dToF來說，就不存在這個問題了。所以從這個角度來說，dToF可以比iToF有更準確的測量效果。

所以在這里，無論什么樣的測試方法，無論對于單點還是散點還是大陣列還是掃描成像介質，dToF都可以考慮到。基于剛才的陳述和工作原理的介紹，我們對iToF和dToF做了一些簡單的比較，其中dToF代表了低功耗、高標準的特點，同時由于它對微弱信號非常敏感，在室外強光下可以實現更好的室外測距。剛才也說明了iToF受多徑干擾，所以dToF在測量這些點的外部數據點時比iToF更準確。但這也意味著，一旦任何一家公司突破了這些系統和芯片的技術護城河，就意味著存在非常大的技術壁壘。我們靈明光子也希望成為dToF的領導者。對于iToF來說，技術成熟，與相機結合，所以索尼占據了大部分市場份額。

這里也要介紹一下以索尼為代表的在激光雷達中積極使用SPAD技術的芯片廠商。dToF在汽車上的應用到底是怎樣的？這里簡單總結一下。在激光雷達方面，我們認為室外激光雷達包括兩個維度，包括遠距離能看到150 -600米的激光雷達和近距離能看到360度左右的激光雷達。在車上，駕駛員監控系統或者智能交互是否被識別，是大陣列的dToF傳感器能給市場的東西。

在這里，我們也對車輛上的激光雷達做了一個簡單的總結。第一，典型的后置式激光雷達布局，因為安全事故是公司日常運營非常重要的考核標準，我們必須盡可能避免任何安全問題。所以這樣的公司采用的激光雷達方案是機械旋轉的360°激光雷達，要求的要求是你能看的越遠越好。對應汽車周圍的激光要求相對較低，要求10米以上或者可以用攝像頭監控。對于國產乘用車來說，可以說其前置激光雷達的布局并不完全是一個思路。第一，對于長距離激光雷達，其實際應用距離一般為國產乘用車150m-300m左右。然后車周圍還應該有一圈360°激光雷達，用于測向和碰撞雷達。

我們對激光雷達的不同場景進行了分類，在實際使用場景中，前視激光雷達、智慧停車周邊360°障礙物雷達和城市交通中防止外賣小哥碰撞的轉彎，各方面都搭配了測試車的遠距離激光雷達和周邊360°障礙物雷達。還有其他幾種情況，自然是以遠程激光雷達為主，側向激光雷達是平行的，同時也是平行的。郊區路面是……更復雜的環境，而且你可以看到基于dToF的激光雷達，無論是在高速應用場景還是低速應用場景，都可以幫助智能汽車更加智能。

所以未來無論是電動車還是汽油車，我們都會認為智能駕駛、自動駕駛或者輔助駕駛領域會出現三種車載雷達。FMCW模式基于150波段，通常可以看到更遠的距離，例如，大約300米至600米的距離。在這種使用場景下，成本相對更高，所以高成本對應高性能。我們的觀點是基于FMCW激光雷達，最后其實是針對歐美的高速無限制使用。另一種是基于大貨車，因為剎車更強，安全要求更高。在這種情況下，當然它的成本相對要高很多。相應的，兩種混合固態雷達，主要是SiPM-MEMS轉鏡，和寶馬的方案差不多，但是不管是哪種方案，半固態激光雷達方案，我們認為在短期的國產乘用車遠程方案中，距離是1維和2維，掃描。

對于純固態方案，這里沒有掃描器件，發射機是SPADIS-VCSEL方案。在這種情況下，我們認為在純固態使用場景下，射程可以達到200m以上，但主要距離還是在30-50 m左右，所以對于國產乘用車來說，遠程激光雷達是基于半固態轉鏡+MEMES的方案。對于純固態方案，更適合做360°抗障礙激光雷達。當然，你可能會說，從一個產品的想法到量產車的實現，需要兩年時間。在這個過程中，對于任何創業公司，或者對于任何團隊，都是巨大的考驗。但是，我們可以說，基于單光子的dToF除了車載激光雷達之外，在很多領域都有應用。除了剛才提到的激光雷達和智能駕駛艙，在工業、物流和消費場景中也有應用。其中，單個大陣列所呈現的3D直接圖像和抗強環境光的能力，不僅有助于智能制造和工業制造，也促進了XR和VR虛擬現實的融合。因為在未來的消費領域，需要越來越多的3D數據采集，從而實現3D直播或者更多的3D世界的人機交互。

在這里，我們還要介紹一下靈明光子。我們很高興使用先進的單光子SPAD技術來開發用于手機和激光雷達的高性能dToF3D傳感器芯片。至今成立4年多，總部在深圳，在上海張江設有辦公室，員工100人。

剛才我們介紹了SPAD+芯片在汽車各個方面的應用。這里也要介紹一下靈明光子最著名的3D堆疊SPAD芯片——靈明光子的三條產品線。我們在去年7月推出了國內首款3D芯片，也是國內唯一一家將這款芯片送到客戶手中進行評估使用的公司。對于這種芯片方案，一方面類似于蘋果手機消費者的需求，同時也是以索尼的激光雷達為代表的遠距離包括近距離避障方案。這是一個3D疊加方案，由靈明光子提供。同時，基于這個方案，也就是剛才給大家介紹的遠距離激光雷達，產品形式是硅光子SIPM倍增管，這是世界領先的性能，預計今年年初要完成車標認證，以便給激光雷達公司供貨。除了這兩條產品線，還有第三條產品線。主要應用是有限的dToF芯片。對于這個芯片，蘋果在7Plus就開始用了，更像是國產替代。我們希望它能更好。

這里也簡單介紹一下靈明光子的產品現狀。首先，我們推出了全球最高的PDE，達到20%，超低串擾，一般工況只有5%左右。有望通過AEC-Q102車輛規范認證。這里，我們也做一個簡單的對比。靈明光子五代最好的表現就是全面超越日本濱松。同時，我們的性能系數在很大范圍內優于國際競爭對手。必須用在車上，還能通過AEC-Q102認證，還會有第三方認證。

第二個產品是3D堆疊SPADI大面積陣列，其中……e分辨率是SK微連接。這是第一代芯片，也是目前世界上最好的產品。在這里，我們可以清楚地看到中距離成像的原始人臉，成像狀態和人像。在這里，我們也用在物流的使用場景中。正如我們所看到的，它可以測量集裝箱的物理體積，從而幫助卡車估計可以預裝多少額外的貨物。

第三個產品其實是相對而言的，同樣適用于智能手機自動對焦、精神感應以及各種家居應用。

所以，總的來說，靈明光子的戰略眼光是分不同階段的。我們認為基于SPAD dToF單光子探測器和dToF的工作原理，其整個產業發展分為三個階段。第一階段:蓄力，進行更多的基礎積累。第二階段:摔跤。現階段希望以產品為載體，積極穩妥地開拓市場。第三階段:贏。2026年，無論是車載手機，還是智能眼鏡，都將大規模普及。現階段希望除了技術壁壘和產品壁壘之外，還能制造出商業壁壘和市場壁壘，從而真正讓靈明光子成為3D傳感領域的世界級領導者。

這是我這次給你的報告，謝謝你的聆聽。謝謝您們。

(注:本文根據現場速記整理，未經發言人審核。)由中國科學技術協會、北京市人民政府、海南省人民政府、科技部、工業和信息化部、生態環境部、住房和城鄉建設部、交通運輸部、國家市場監督管理總局、國家能源局聯合主辦的第四屆世界新能源汽車大會(WNEVC 2022)于8月26日至28日在北京和海南線上線下舉辦。其中，北京會場位于北京經濟技術開發區藝創國際會展中心。

會議由中國汽車工程學會等單位主辦，將以“碳中和愿景下的全電動化與全球合作”為主題，邀請全球政產學研各界代表共同探討。大會將包括20多場會議，13，000平方米的技術展覽和許多同期活動。200多位政府高級領導人、海外機構官員、全球商界領袖、學者和行業專家將出席會議并發表演講。

其中，靈明光子CEO臧凱在8月26日下午舉行的“汽車級芯片的技術突破與產業化發展”技術討論論壇上發表了精彩演講。

以下為現場演講:

大家好，今天很榮幸受邀分享靈明光子的進展。我們報告的主題是SPAD dToF的測量方法，它是未來數字社會的眼睛。在這里，我們將重點分析這種測距方法如何幫助汽車和消費者感知相輔相成。

首先給大家介紹一下dToF。DToF是一種深度測量方法，相比超聲波和毫米波，在汽車上的應用尤其廣泛。但是這兩種方法波長都比較長，很難對物體進行精確建模。當我們真的想知道確切的情況和距離或位置時，我們需要光學波段。這里有幾種不同的方法，其中一種類似于人眼和動物眼。它的連接很簡單，但是只能測量，很難做到精確測距。對于結構光，最早應用于蘋果手機的FaceID，現在用于人臉識別和智能解鎖。它可以真正實現通常的三維成像，包括測距、定位和建模。這就是我們常說的飛行時間法。分為兩種方式，一種是間接飛行時間法，稱為iToF，一種是直接飛行時間法，稱為dToF。間接飛行時間法的工作原理與相機接近，相機發射連續波，利用波發射和接收后的相位差來間接計算物體的距離。然而，直接飛行時間法相對簡單并且……ude，發射大范圍的脈沖光，接收脈沖光，從而計算光在飛行中的時間。所以相比iToF，dToF的方法更直接，當然它帶來的技術挑戰也更困難。

就行業而言，dToF其實是目前最前沿的技術趨勢。首先，在蘋果手機和iPad、iPhone12、iPhone13Pro、Pro Max系列中，都搭載了基于SPAD的DTOF芯片，包括手機，包括未來的AR、VR、虛擬現實、增強現實等應用。另一方面，單光子的奇跡，相對于MOSFET的激光雷達，逐漸推向市場。索尼采用3D堆疊技術，實現了低成本高性能的遠距離車載固體激光器。我們可以看到，對于行業龍頭企業，無論是蘋果還是索尼，布局分別以消費和汽車為代表。

這里我們簡單介紹一下SPAD和dToF直飛法的工作原理。一般來說，傳統的探測器接收一個光脈沖，電信號和光信號是一致或接近的。但是，單光子探測器的工作原理并不是這樣。對于單個光子，比如蘋果手機，測量像素距離需要20萬個光脈沖。在每個周期中，當接收到光脈沖時，它們在每個周期中僅啟動一次。但是每次出發，我們都會記錄出發時間和真實位置，這叫趕時間。重復200，000次后，脈沖時間逐漸繪制成直方圖，它實際上反映了接收器接收到的光信號。由此可見，任何單光子的信號技術都是非常龐大的。可以說，任何一個像素成為一個統計直方圖，都需要20萬個18位或者更高的位，所以它的實際數據量大約是iToF或者其他SAS相機的100-1000倍甚至上萬倍。但是這個統計直方圖給我們帶來的是大量的統計數據，所以我們不僅知道目標物體的飛行時間在哪里，還知道它的前方是否有透明物體。比如像手機上玻璃的改版或者激光雷達的玻璃保護殼，我們也知道鏡頭臟不臟。同時我們也知道在視野和像素內還有其他的干擾，我們也可以準確的知道環境光的噪聲有多大。

所以，這里我們希望打個簡單的比方。比如我們在iToF和dToF中使用商用芯片。首先我們的工程師制作一張紙，這張紙應該是平面的，在dToF中顯示，但是在iToF中會出現棋盤圖的效果，體現在這張紙的高度波動上，所以這對實際物體的測量有一定的影響。同時，剛才也提到了多徑干擾的問題。在右邊的實驗中，我們展示的是iToF放在桌子上，工程師的材料始終沒有變化。但是當黑紙被拿走的時候，工程師的位置因為iToF的多徑干擾而發生了很大的變化，但是對于dToF來說，就不存在這個問題了。所以從這個角度來說，dToF可以比iToF有更準確的測量效果。

所以在這里，無論什么樣的測試方法，無論對于單點還是散點還是大陣列還是掃描成像介質，dToF都可以考慮到。基于剛才的陳述和工作原理的介紹，我們對iToF和dToF做了一些簡單的比較，其中dToF代表了低功耗、高標準的特點，同時由于它對微弱信號非常敏感，在室外強光下可以實現更好的室外測距。剛才也說明了iToF受多徑干擾，所以dToF在測量這些點的外部數據點時比iToF更準確。但這也意味著，一旦任何一家公司突破了這些系統和芯片的技術護城河，就意味著存在非常大的技術壁壘。我們靈明光子也希望成為dToF的領導者。對于iToF來說，技術成熟，與相機結合，所以索尼占據了大部分市場份額。

這里也要介紹一下以索尼為代表的在激光雷達中積極使用SPAD技術的芯片廠商。dToF在汽車上的應用到底是怎樣的？這里簡單總結一下。在激光雷達方面，我們認為室外激光雷達包括兩個維度，包括遠距離能看到150 -600米的激光雷達和近距離能看到360度左右的激光雷達。在車上，無論是駕駛員監控系統還是智能……t交互識別與否是大陣列dToF傳感器能給市場的東西。

在這里，我們也對車輛上的激光雷達做了一個簡單的總結。第一，典型的后置式激光雷達布局，因為安全事故是公司日常運營非常重要的考核標準，我們必須盡可能避免任何安全問題。所以這樣的公司采用的激光雷達方案是機械旋轉的360°激光雷達，要求的要求是你能看的越遠越好。對應汽車周圍的激光要求相對較低，要求10米以上或者可以用攝像頭監控。對于國產乘用車來說，可以說其前置激光雷達的布局并不完全是一個思路。第一，對于長距離激光雷達，其實際應用距離一般為國產乘用車150m-300m左右。然后車周圍還應該有一圈360°激光雷達，用于測向和碰撞雷達。

我們對激光雷達的不同場景進行了分類，在實際使用場景中，前視激光雷達、智慧停車周邊360°障礙物雷達和城市交通中防止外賣小哥碰撞的轉彎，各方面都搭配了測試車的遠距離激光雷達和周邊360°障礙物雷達。還有其他幾種情況，自然是以遠程激光雷達為主，側向激光雷達是平行的，同時也是平行的。郊區路面是更復雜的環境，你可以看到基于dToF的激光雷達，可以幫助智能汽車更加智能，無論是在高速應用場景還是低速應用場景。

所以未來無論是電動車還是汽油車，我們都會認為智能駕駛、自動駕駛或者輔助駕駛領域會出現三種車載雷達。FMCW模式基于150波段，通常可以看到更遠的距離，例如，大約300米至600米的距離。在這種使用場景下，成本相對更高，所以高成本對應高性能。我們的觀點是基于FMCW激光雷達，最后其實是針對歐美的高速無限制使用。另一種是基于大貨車，因為剎車更強，安全要求更高。在這種情況下，當然它的成本相對要高很多。相應的，兩種混合固態雷達，主要是SiPM-MEMS轉鏡，和寶馬的方案差不多，但是不管是哪種方案，半固態激光雷達方案，我們認為在短期的國產乘用車遠程方案中，距離是1維和2維，掃描。

對于純固態方案，這里沒有掃描器件，發射機是SPADIS-VCSEL方案。在這種情況下，我們認為在純固態使用場景下，射程可以達到200m以上，但主要距離還是在30-50 m左右，所以對于國產乘用車來說，遠程激光雷達是基于半固態轉鏡+MEMES的方案。對于純固態方案，更適合做360°抗障礙激光雷達。當然，你可能會說，從一個產品的想法到量產車的實現，需要兩年時間。在這個過程中，對于任何創業公司，或者對于任何團隊，都是巨大的考驗。但是，我們可以說，基于單光子的dToF除了車載激光雷達之外，在很多領域都有應用。除了剛才提到的激光雷達和智能駕駛艙，在工業、物流和消費場景中也有應用。其中，單個大陣列所呈現的3D直接圖像和抗強環境光的能力，不僅有助于智能制造和工業制造，也促進了XR和VR虛擬現實的融合。因為在未來的消費領域，需要越來越多的3D數據采集，從而實現3D直播或者更多的3D世界的人機交互。

在這里，我們還要介紹一下靈明光子。我們很高興使用先進的單光子SPAD技術來開發用于手機和激光雷達的高性能dToF3D傳感器芯片。至今成立4年多，總部在深圳，在上海張江設有辦公室，員工100人。

剛才我們介紹了SPAD+芯片在汽車各個方面的應用。這里也要介紹一下靈明光子最著名的3D堆疊SPAD芯片——靈明光子的三條產品線。我們在去年7月推出了國內首款3D芯片，也是國內唯一一家將這款芯片送到客戶手中進行評估使用的公司。對于這種芯片方案，一方面，它類似于蘋果手機消費者的需求，…d同時也是以索尼的lidar為代表的遠距離包括近距離避障方案。這是一個3D疊加方案，由靈明光子提供。同時，基于這個方案，也就是剛才給大家介紹的遠距離激光雷達，產品形式是硅光子SIPM倍增管，這是世界領先的性能，預計今年年初要完成車標認證，以便給激光雷達公司供貨。除了這兩條產品線，還有第三條產品線。主要應用是有限的dToF芯片。對于這個芯片，蘋果在7Plus就開始用了，更像是國產替代。我們希望它能更好。

這里也簡單介紹一下靈明光子的產品現狀。首先，我們推出了全球最高的PDE，達到20%，超低串擾，一般工況只有5%左右。有望通過AEC-Q102車輛規范認證。這里，我們也做一個簡單的對比。靈明光子五代最好的表現就是全面超越日本濱松。同時，我們的性能系數在很大范圍內優于國際競爭對手。必須用在車上，還能通過AEC-Q102認證，還會有第三方認證。

第二個產品是3D堆疊SPADI大面積陣列，分辨率為SK微連接。這是第一代芯片，也是目前世界上最好的產品。在這里，我們可以清楚地看到中距離成像的原始人臉，成像狀態和人像。在這里，我們也用在物流的使用場景中。正如我們所看到的，它可以測量集裝箱的物理體積，從而幫助卡車估計可以預裝多少額外的貨物。

第三個產品其實是相對而言的，同樣適用于智能手機自動對焦、精神感應以及各種家居應用。

所以，總的來說，靈明光子的戰略眼光是分不同階段的。我們認為基于SPAD dToF單光子探測器和dToF的工作原理，其整個產業發展分為三個階段。第一階段:蓄力，進行更多的基礎積累。第二階段:摔跤。現階段希望以產品為載體，積極穩妥地開拓市場。第三階段:贏。2026年，無論是車載手機，還是智能眼鏡，都將大規模普及。現階段希望除了技術壁壘和產品壁壘之外，還能制造出商業壁壘和市場壁壘，從而真正讓靈明光子成為3D傳感領域的世界級領導者。

這是我這次給你的報告，謝謝你的聆聽。謝謝您們。

(注:本文根據現場速記整理，未經發言人審核。)

標簽：北京寶馬

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