LiDAR
激光雷达(LiDAR)行业概况
自动驾驶等级分类
当前全球汽车自动驾驶功能尚处于L2/L2+级，即将突破L3级(有条件的自动驾驶)。
在L3级的应用场景中，环境监控主体从驾驶员转变至传感器系统，驾驶决策责任方从驾驶员过渡至汽车系统信息，对应硬件传感器读取物体信息的精准度要求更高，软件/算法能力需进一步增强(3D环境构图等)。
激光雷达探测优势明显
基于L3级场景的应用存在两大技术分支，分别为:1)视觉算法(特斯拉/日产)、以及2)激光雷达+高精地图(其他车企或Tier-1供应商)。
1)智能电动车行业快速增长，L3级智能驾驶功能的推进或已迫在眉睫;2)激光雷达在读取物体信息(包括探测距离/角度分辨率等)方面优势突出且无需依赖深度算法，预计或将成为L3级传感器应用的主流趋势。
激光雷达应用场景广泛
从应用场景来看，激光雷达可适用于汽车的ADAS(高级辅助驾驶，L3级)与无人驾驶(L4/L5级)、V2X、以及服务机器人等领域;其中，汽车场景的应用是核心。
随着步入L3级对应的激光雷达逐步车规量产、性能优化/成本下降、以及L4/L5级推进，激光雷达在汽车场景的应用趋势或愈加明确。
激光雷达车企搭载一览表
全球激光雷达市场规模
ADAS和ROBO是自动驾驶的主要细分市场。根据沙利文的预测，预计2025E全球激光雷达的市场规模或近136亿美元(2020E-2025E年化增速约62%)，其中汽车ADAS与
Robotaxi/Robotruck的市场规模或近81亿美元(2020E-2025E年化增速约66%)。
自动驾驶等级不断提升，ADAS、ROBO需求逐渐释放。根据沙利文预测，2021年开始，全球基于ADAS的激光雷达需求(L2/L3)将快速提升，成为激光雷达行业主要细分市场;2023年开始，全球基于无人驾驶(Robotaxi/Robotruck)的需求将随着自动驾驶等级的不断提升(L4/L5)而开始快速增长，成为激光雷达下游的另一个重要构成部分。
国内激光雷达市场规模
根据沙利文统计预测，预计2025E国内激光雷达的市场规模或近44亿美元(2020E-2025E年化增速约64%)，其中汽车ADAS与Robotaxi/Robotruck的市场规模或近23亿美元(2020E-2025E年化增速约65%)，全球占比约30%。
从细分市场来看，国内基于ADAS的激光雷达需求自2019年起快速发展(2022E ADAS的激光雷达国内市场占比上升至约27% VS.2020E/2021E分别约16%/18%);从整车搭载规划来看,造车新势力、自主品牌车企是激光雷达下游的主要需求推动力。
LiDAR
LiDAR核心技术与发展趋势
激光雷达的分类
激光雷达(LiDAR，Laser Detecting and Ranging)，是指利用激光雷达进行探测和测距。其核心优势在于利用激光的高频特性进行大量、高速的位置及速度信息测量，形成准确清晰的物体3D建模;根据测距(Ranging)以及探测(Detecting)方法对应不同的技术分支。
LiDAR核心衡量指标
衡量LiDAR关键参数包括测远能力、测距精度、集成度、角分辨率、视场角范围、光源波长以及点频等。我们判断是否通过车规、规模量产、以及成本等因素是车企是否选配的核心。
固态化是发展主要趋势
机械式、至半固态、再至纯固态:从目前各厂商的布局来看，激光雷达正从机械式、至半固态、再至纯固态的趋势快速演进(以机械式激光雷达为代表的美国Velodyne、Luminar,国内禾赛科技等也正向固态方向积极布局)。固态式激光雷达具有可以规模化量产，可动部件较少，成本较低的特点，是激光雷达行业技术发展的主流趋势。
基于FMCW的激光雷达
FMCW(连续波调频)光源不直接测量激光的反射时间，而是通过相干探测的方法测量发射、接收信号的相位与频率，进而精确定位物体的距离、速度。目前主要使用该技术的厂商包括Aeva、Aurora等。
FMCW解决方案比当前脉冲式dToF激光雷达解决方案的峰值激光功率低四个数量级以上，在测量距离、瞬时速度、环境抑制、多用户无干扰操作等方面优势明显。
基于Flash的激光雷达
Flash(全局快内阵列成像)属于非扫描式雷达，原理上类似ToF,但Flash是一次照射成像,即在短时间内发射出大片覆盖探测区域的激光，再以高度灵敏的接收器完成对环境周围图像的绘制(国内Flash LiDAR的厂商包括镭神智能、国科光芯以及洛微科技)。
从技术比较来看，Flash优点在于全固态、发射端方案较成熟、以及更容易通过车规级检验;缺点为探测距离较近，难以对远距离物体形成高反射率。
主要测距原理:ToF和FMCW
从测距方法来看，当前大部分激光雷达公司仍使用ToF (FMCW实现难度依然较大);但从技术比较来看，FMCW与OPA的深度结合，在远距离探测和抗干扰能力上优势更为明显。
激光雷达探测(Detecting)三大模块:发射、扫描、传感器
激光雷达发射模块:从平行光到垂直发射集成
EEL(Edge Emitting Laser,边缘发射激光器)作为探测光源具有高发光功率密度的优势，但由于其工艺步骤的复杂和繁琐，极大的依赖产线工人的手工装调技术，生产成本高且一致性难以保障。
VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,垂直腔面发射激光器)发光面与半导体晶圆平行，其形成的激光阵列易于与平面化的电路芯片键合，精度层面由半导体加工设备保障，无需对激光器单独装调，易于和面上工艺的硅材料整合，提升光束质量。
从传统VCSEL到多层结VCSEL:传统VCSEL激光器存在发光密度功率低的缺陷，近些年多家激光器公司开发出多层结VCSEL激光器，将发光功率密度提升了5-10倍。凭借在成本以及可靠性方面的优势，我们预计未来VCSEL有望逐步取代EEL。
激光雷达接收传感器:从传统PIN到单光子SPAD
由于硅材料对激光雷达所采用的近红外光波段的吸收系数较弱，传统硅基CMOS的感光阵列难以有效进行激光的接收传感。单光子器件具有极强的感光能力，已经在生物医学和核磁影响领域取得了广泛应用，SPAD单光子雪崩式二极管具有极其敏感的激光探测能力。
SPAD相较于APD的优势逐渐凸显:近些年，经过国内外诸多家探测器公司不断优化，单光子器件在实际探测灵敏度方面已经逐渐超越了传统APD，未来随着设计和工艺的进步优化，单光子探测器SPAD相较于APD的优势将会更加明显。
激光雷达接收传感器:面阵化发展
面阵化的优势:收发器件面阵化及核心模块芯片化为高性能、低成本、高集成度、高可靠性的激光雷达提供了可靠的发展方向。
SiPM有望成为主流光电传感器:SiPM满足自动驾驶状态下对LiDAR在长距离上的要求，同时SiPM的集成化也将有利于集成入固态激光雷达、降低成本。
激光雷达信号处理:硬件集成化，算力、算法快速迭代
集成芯片化是信号处理端的发展趋势:针对激光雷达应用特点，定制开发VCSEL和单光子器件的专用芯片能够进一步提升系统性能、增强可靠性以及降低成本，有利于实现关键元器件的自主可控，是未来发展趋势。其中，单光子接收端芯片上集成芯片(SoC)通过片内集成探测器、前端算法、前端电路、算法处理电路、激光脉冲等控制模块，能够直接输出距离、反射率信息，而且能够逐步代替主控芯片FPGA的功能。
激光雷达信号处理:硬件集成化，算力、算法快速迭代
算法有助于激光雷达信号处理:激光雷达结合智能算法，能够提供高精度的位置、形状、姿态等信息，实现对交通状况进行全局性的精确把控，对车路协同功能的实现至关重要。
路端应用对算力提出高要求:尽管激光雷达兼具测距远、角度分辨率优、受环境光照影响小的特点，且无需深度学习算法，但是路端应用需要基于激光雷达点云实现目标物(车辆、行人、自行车等)聚类和跟踪，因而对激光雷达供应商提供配套感知算法的能力提出了较高的要求。
未来随着激光雷达产业的发展，将有更多算法提供商加入激光雷达产业链,同时将增加相应对算力的需求，算力的增长也将有助于算法实现落地。
激光雷达
禾赛科技：走在行业前列的激光雷达新锐
全球领先的的激光雷达厂商
禾赛科技成立于2014年10月，是全球领先的3D传感器（激光雷达）厂商。公司以激光气体传感器起家。2016年公司在原有激光气体遥感技术的积累之上拓展了新的发展方向——无人驾驶激光雷达，公司充分利用在光路设计、电子信号处理等方面的技术积累完成了产品的快速开发。2017年公司发布40线激光雷达Pandar40，推出后受到行业广泛关注，被逐步应用于世界范围内多个无人驾驶项目。
2017年底，公司预判行业终局中激光雷达的高性能、低成本化和高可靠性将会是机器人和量产车ADAS市场最重要的核心能力，因此公司成立芯片部门，部署芯片技术发展方向，开始自主设计芯片。
2018年4月公司推出性能升级的Pandar40P，2019年1月推出64线激光雷达产品Pandar64。这两款产品受到了世界范围内头部无人驾驶公司的广泛认可，至2020年公司客户已遍布全球23个国家。美国加州DMV公布的2019年无人驾驶测试里程数排名前15位的企业中，超过一半选用了公司产品作为无人驾驶车队的主激光雷达。
公司目前产品包括用于无人驾驶和机器人的激光雷达，以及用于能源行业安全巡检的激光遥测系统等。其中激光雷达是公司目前的主打产品。公司近年来稳定推出新激光雷达产品，全面覆盖无人驾驶、ADAS、机器人、车联网领域的市场需求。此外，公司通过自研芯片器件，实现产品性能的系统级优化。公司推出的引领市场的产品包括：128线机械旋转式激光雷达Pandar128、PandarQT、PandarXT等。
公司产品已服务的客户包括：北美三大汽车制造商中的两家、德国四大汽车制造商之一、美国加州2019年DMV路测里程前15名中过半的自动驾驶公司，和大多数中国领先的自动驾驶公司。这其中包括了全球最大的三家移动出行服务公司中的两家、全球最大的汽车零部件供应商博世集团、全球最大的自动驾驶卡车公司之一，和全球最大的自动驾驶配送公司之一等知名公司。
汽车智能化带动营收快速增长
近年来，得益于自动驾驶的发展趋势，激光雷达快速放量，公司实现快速成长。2017-2020年Q3，公司分别实现营收0.20亿元、1.33亿元、3.49亿元及2.53亿元。2020上半年受海外疫情的影响，增速有所放缓，但随疫情缓解，三季度已出现明显反弹，同比增长28.54%。
具体而言，2017年4月，公司推出Pandar40（40线中长距激光雷达），当年即实现销售收入0.14亿元；2018年4月，公司推出Pandar40P（40线长距激光雷达），较前款有更优的测远能力，具备较强的抗干扰功能且性能稳定，在该产品的推动下，2018年公司40线激光雷达实现收入1.15亿元，同比大幅增长749.14%；
2019年1月，公司正式推出Pandar64（64线长距激光雷达），其在远距离物体检测性能、分辨能力、多传感器同步精度等方面的优势获得市场认可，当年产生收入2.24亿元，占激光雷达销售收入的68.09%；
2020年1月，PandarQT（64线短距激光雷达）开始销售，前三季度实现0.17亿元收入，该型号将最小可探测距离从过往型号的0.3m降至0.1m，能够更好地针对盲区，功耗更低，在自动驾驶上应用前景广泛；此外，公司最新款Pandar128（128线长距激光雷达）于2020年9月发布，当月即实现939.23万元的收入。
激光雷达系统结构精密且复杂，研发与制造壁垒较高，公司是高线数激光雷达的领军企业，多项产品的性能处于行业领先地位，市场认可度高，具备较强的定价权。公司毛利率一直处于较高水平，2017年至2020年Q3分别为74.52%、75.61%、76.21%、71.18%。
就具体产品而言，128线新品Pandar128于2020年9月推出，目前体量较小，毛利率为60.67%；公司主打的Pandar64维持了较高的毛利率水平，2020年前三季度毛利率为77.47%；随着公司重心向高线数激光雷达产品转移，40线激光雷达售价整体呈下降趋势，故其毛利率亦逐渐降低，但仍维持64.23%的高水平；PandarQT定位于近距盲区检测，售价较低，因而毛利率水平较其他产品亦较低。此外，2020年1-9月的气体检测产品毛利率创下75.24%的新高。
净利润方面，2017-2020年Q3，公司净利润分别为-0.24亿元、0.16亿元、-1.50亿元、-0.94亿元，公司尚处于快速扩张阶段，研发投入力度较强，2017-2020年三季度累计投入高达4.23亿，导致公司利润端出现亏损。随着公司体量增加，预计未来规模效应会更加显著，帮助公司盈利能力改善。而且公司已经在部分年份实现盈利，2018年盈利1611万元，2019年因为受到计提诉讼相关的专利许可补偿的影响，公司净利润转负，如果加回营业外支出，则盈利为1036.5万元；2020年受疫情影响，上半年部分客户需求出现临时性放缓，而研发投入、期间费用较高，因此出现前三季度亏损0.94亿元。
激光雷达
自动驾驶风渐起，激光雷达显身形
激光雷达技术不断迭代，应用范围逐渐拓宽
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。激光雷达发出激光脉冲，这些脉冲遇到周围物体会被反射回来，通过测量激光到达每个物体和返回物体所需的时间，可以计算出物体的精确距离。激光雷达每秒发出成千上万个脉冲，通过收集这些距离测量值，可以构建三维环境模型。
激光雷达测距方法可以分为飞行时间（Time of Flight，ToF）测距法、基于相干探测的FMCW测距法、以及三角测距法等，其中ToF与FMCW能够实现室外阳光下较远的测程（100~250m），是车载激光雷达的优选方案。ToF是目前市场车载中长距激光雷达的主流方案，未来随着FMCW激光雷达整机和上游产业链的成熟，ToF和FMCW激光雷达有望在市场上并存。两者的差别如下：
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。激光雷达厂商不断引入新的技术架构，提升探测性能并拓展应用领域：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，以及如今芯片化的发展趋势，激光雷达一直以来都是新兴技术发展及应用的代表。
激光雷达早期主要用于科研及测绘项目，但随着系统架构得到拓展，从单线扫描逐渐发展到多线扫描，激光雷达对环境三维高精度重建的应用优势被逐渐认可，基于激光雷达的避障与导航技术在无人驾驶应用中得到逐步发展。2016年后，在汽车产业“电气化、共享化、网联化、智能化”的“新四化”驱动下，无人驾驶行业高速发展，激光雷达行业也随之进入迅速发展期。这一时期激光雷达行业表现出了高线数雷达不断取得突破、技术方案创新和拓展、应用范围不断扩大的特征。
2019年后激光雷达行业进入新的发展阶段。从技术方案来看，收发器件面阵化及核心模块芯片化为高性能、低成本、高集成度、高可靠性的激光雷达提供了可靠的发展方向；激光雷达应用范围进一步得到拓展，“新基建”中的车联网技术为激光雷达带来了新的应用场景；依据应用领域的不同，激光雷达呈现性能及价格分层的发展趋势。此外，FMCW原理的激光雷达技术方案受到了市场的关注。未来20年里随着智能驾驶和服务型机器人的逐渐普及，激光雷达有望像摄像头一样成为生活中的必需品。
激光雷达下游应用广泛，主要可以分为无人驾驶行业、ADAS行业、服务机器人行业、车联网行业等。在汽车产业“电气化、共享化、网联化、智能化”的“新四化”驱动下，各行业高速发展。激光雷达能够对三维空间进行实时高精度重建，是无人驾驶技术实现的关键，无人驾驶出租车/无人驾驶卡车服务的落地有赖于激光雷达提供的高精度感知信息。而且，激光雷达的环境感知能力能够拓展已有的辅助驾驶功能，提升车辆安全性，为面向整车厂以及Tier1公司的高级辅助驾驶产业提供了重要的支撑。同时，激光雷达技术也促进了服务型机器人产业以及车联网产业的兴起，服务型机器人通过赋予机器人智能感知的能力实现无人配送、无人清扫等功能，车联网通过车与车、车与路、车与云平台等的互联实现更为安全、舒适、智能的交通服务。
不同的应用场景对激光雷达的性能、价格、体积等维度提出了不同的需求，比较结果如下。
激光雷达
无人驾驶、ADAS浪潮推动公司迅速发展
技术实力领先，推动公司快速成长
公司的激光雷达销量总体呈快速增长态势，2017-2020年前三季度，分别销售126台、1232台、2890台、2132台激光雷达。均价方面，禾赛激光雷达产品基本保持在10万元/套以上，2018年均价较2017年下降系高线数雷达新品的推出引起40线激光雷达售价的自然下降；2019年较2018年的上升系价格较贵的Pandar64销售占比提升的拉动；2020年1-9月均价的下降源于售价较低的PandarQT销售占比的上升。
公司的核心技术是产品销量快速增长的关键。得益于公司研发的大力投入，公司的技术先进性在激光雷达整机系统、芯片化研究成果、激光雷达通用技术研究成果等各方面都得到了充分的体现。
就产品性能而言，2020年7月，日本JST下属机构CREST和OPERA对禾赛科技、Velodyne、Ouster、速腾聚创4家厂商的10款激光雷达进行评测，其中禾赛科技的Pandar64、Pandar40P在全距离范围测距精准度、反射率信息、车辆及行人实际点云密度等多项性能表现突出。
由于实际测试中的突出性能，Pandar64和Pandar40P被认为是此类场景下目标物探测和识别的理想选择。这也是这两款产品在无人驾驶市场获得认可的原因之一，其中Pandar64是2019年全球无人驾驶市场最具影响力的激光雷达之一，单款产品形成了2.24亿元的销售。
在Pandar64、Pandar40P获得市场广泛认可的基础上，公司于2020年9月推出了采用新一代光学集成工艺的旗舰产品Pandar128，其点频为Pandar64的三倍，然而重量和体积的增加均不超过10%。具体来看，Pandar128是当前市场中综合性能领先的远距机械式激光雷达产品。其测远能力、角分辨率持平/优于竞品，综合点频、功耗及体积来看，性能及集成度具有明显优势。
公司于2020年10月推出中距激光雷达PandarXT，利用公司芯片化V1.0技术积累，收发模块均使用自研的激光雷达专用芯片，性能指标得到巩固的同时，降低了产品的成本，丰富了公司的产品类别。
公司竞争优势凸显
就市场竞争格局来看，行业内主要的激光雷达公司包括美国的Velodyne、Luminar、Aeva、Ouster，以色列的Innoviz，德国的Ibeo，以及国内的禾赛科技和速腾聚创。从产业应用及市场占有率来看，Velodyne当前仍是市场营收总额最高的激光雷达公司；Luminar2019年的销售台数在百台量级；Aeva和Innoviz在2020年预期营业收入均为500万美元，市场占有率较低。
2017年之前，Velodyne几乎是市场上唯一的高线数激光雷达厂商。禾赛科技进入激光雷达领域后，凭借优秀的产品性能建立了良好的口碑，销售数量及营业收入均实现较快增长，国外厂商的市场占有率不断降低：2017年无人驾驶市场占Velodyne营收的50%以上，近期下降到约25%；2019年禾赛科技在无人驾驶市场形成的销售金额超过3700万美元，是全球无人驾驶领域销售金额最高的激光雷达供应商之一。
此外，公司也是极少数在全球无人驾驶产业链上批量供应核心零部件并具有影响力的中国科技公司。在美国加征25%关税的情况下，公司凭借产品上的优势，依然成为美国多家无人驾驶头部公司的激光雷达供应商，同时毛利率高于应用于该领域其他公司的竞品。目前，公司的产品已经获得了多个无人驾驶商业化量产车的定点项目，未来在该领域会随着无人驾驶商业化的进程持续高速增长。
上下游协同发力
公司主要采用直销模式，销售市场以国内与北美区域为主，此外还覆盖了欧洲、亚太等地区，其中北美和中国大陆是主要销售收入来源。除针对不同地区进行客户开拓外，还根据无人驾驶、ADAS、机器人、车联网等不同市场应用领域中客户关注的产品需求，有针对性地开拓客户。目前，公司通过高效的生产工艺保障供应，取得了无人驾驶领域知名客户的大量订单；针对机器人、车联网领域，公司研发多样化激光雷达产品，并逐步实现销售；此外，还通过与整车厂及其一级供应商的合作，有望实现适用于ADAS领域的激光雷达产品规模化销售。
2017至2020年9月，公司前五大客户销售占比分别为48.10%、61.78%、45.38%、46.91%，其中，与博世集团的合作始于2017年，2017、2018、2019年博世集团皆名列公司前五大客户榜单。2019年5月，禾赛科技获得了博世颁发的重量级奖项——“开放博世奖”（Open Bosch Award），以表彰与公司开放式创新合作所取得的杰出成果。
公司产品主要原材料为机械件、紧固件、收发半导体部件、光学件、IC芯片、电子元件、包材耗材等。由于公司不断推出新型号产品，不断更新产品架构，因此前五供应商会随实际业务的发展有所变化。此外2017-2020年9月公司向前五供应商采购比例分别为27.11%、38.29%、39.64%、34.33%，不存在严重依赖单一供应商问题，供应链稳定。
系统→芯片→算法的战略规划
公司通过开发无人驾驶高线数激光雷达积累了高性能激光雷达的核心技术后，预判行业终局中激光雷达的高性能、低成本化和高可靠性会是机器人和量产车ADAS市场最重要的核心能力，而实现高性能、低成本、高可靠性的关键效途径是芯片化。于是公司在2017年底部署芯片技术发展方向，成立芯片部门，根据产品上积累的系统需求定义芯片参数，自主设计芯片。
公司在激光雷达专用芯片化上的研究包括激光驱动芯片、模拟前端芯片、数字化技术和芯片以及SoC芯片。公司规划了V1.0、V1.5、V2.0、V3.0多代核心收发单元芯片化的发展战略，其中V1.0、V1.5、V2.0芯片研究成果均可面向当前的机械式、微振镜式、转镜式技术方案，V3.0面向纯固态式激光雷达PandarFT的开发及应用。
目前，芯片化V1.0成果多通道激光驱动芯片及多通道模拟前端芯片已完成量产，并应用于多个激光雷达研发项目和PandarXT的量产项目。高精度数字化技术已应用于公司产品，模拟数字转换芯片已进入开发后期，在SoC芯片领域也进行了技术储备。
自研芯片的使用为产品在性能、集成度和成本上带来了竞争优势。公司规划的多代芯片化架构，每一代架构都能让激光雷达产品提升性能，同时降低成本。同一套架构不仅可以用在机械旋转激光雷达产品，也可以用于以转镜或者振镜为扫描原理的半固态激光雷达产品。多样化的产品将服务无人驾驶、ADAS、服务机器人等海量市场。在实现激光雷达硬件系统领先的基础上，公司投入研发基于激光雷达的感知算法、即时定位与高精地图构建、感知数据管理平台等技术，作为技术储备，为市场提供更深入的解决方案（如车联网）。未来公司会进一步加大在芯片和算法领域的研发投入，强化规模化生产能力，为激光雷达的市场需求爆发打好基础。
参考资料来自：驭势资本研究所
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驭势资本是一家以研究驱动的硬科技精品投资银行，深耕集成电路、5G、物联网、数据智能和汽车科技领域，为顶尖的科技创业者提供专业资本服务。核心团队在硬科技领域拥有丰富的投融资经验，先后投资及服务的项目包括翱捷科技、臻驱科技、微众银行、微医集团、宏晶科技、晟矽微电子、地大信息、曼荼罗、美林数据、事成股份.
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