日前，有消息透露，專注於雷射雷達SPAD晶片設計的深圳阜時科技有限公司斬獲國內頭部車企雷射雷達晶片訂單，並將從2022年開始陸續交付。這對於火熱的本土雷射雷達產業來說，無疑是一件值得慶賀的事情。
據市場知名分析機構Yole統計，到2026年，用於汽車和工業的雷射雷達市場規模將達到56億美元。那就代表著在2020到2026年間，雷射雷達的年復合市場增長率高達21%。具體到不同細分領域，據Yole的報道，到2026年，汽車用雷射雷達的市場規模將增長到23億美元，2020到2026的年復合增長率高達111%；工業市場雷射雷達應用比例也大幅提升。
雷射雷達的市場規模預測
在這種需求的推動下，越來越多參與者湧入雷射雷達賽道。但和很多其他產品一樣，這些雷射雷達的核心晶片依然是國外廠商主導。阜時科技SPAD晶片的成功量產，給國內雷射雷達廠商注入了一針興奮劑。
SPAD需求漸旺
要了解阜時科技這個消息背後的意義，就首先要明白雷射雷達的構造。拆開雷射雷達，其主要由光源系統、接收系統、掃描系統和數據處理系統四部分組成。而晶片則主要被應用在這四部分中。
來源：深圳阜時科技有限公司
雷射雷達系統架構圖
首先看光源系統，業界目前提供了EEL、VCSEL和光纖雷射器等幾種選擇。同時還有用於驅動相關晶片的雷射驅動IC；來到接收系統，則有APD、SPAD、SiPM等雷射探測器。此外，跨阻放大器、帶通濾波器和A/D轉換IC也是雷射雷達帶給晶片廠商的機會；掃描系統則在進入固態時代，給Flash和OPA創造了無限可能；數據處理系統則順理成章成為了FPGA和ASIC的又一個著力點。
SPAD晶片應用於雷射雷達的接收系統，是工作在蓋格模式下的單光子雪崩二極體，基於光電效應，將光電信號進行轉換。在擊穿電壓之上施加反向偏壓，入射光子吸收之後產生的載流子在強電場驅動下觸發雪崩。
從相關資料可以看到，在目前的雷射雷達中，大部分的接收系統是使用APD，但因為SPAD 晶片擁有極大的優勢，這就逐漸使其成為了廠商關注的重點。
阜時科技董事長莫良華在早前的一場演講中也指出，之所以SPAD晶片能在雷射雷達中備受歡迎，這主要受益於以下幾點優勢：
1）SPAD的光電增益在10⁶以上，十分靈敏，適合遠距離測距下的微弱回波信號的探測；
2）SPAD可以同目前Si CMOS工藝較好兼容，集成度高，製備成本低；
3）SPAD探測器可以輕鬆做成單點、線陣或面陣的形式；
4）SPAD的工作電壓一般為20-30V，與各種晶片適配；
5）SPAD的輸出為數位訊號，通過比較器和TDC（時間數字轉換器）就可以進行處理，減少外圍元器件近100個，系統簡潔；
6）可靠性高，驗證周期縮短。
國金證券也在其報道中表示，SPAD 工作在蓋革模式，具有單光子探測能力，比傳統 APD 增益能力提高約10萬倍，可實現低雷射功率下的遠距離探測能力，功耗、體積較小，已成為一大創新方向；SiPM 的增益能力也與 SPAD 相似，由多個獨立且帶有淬滅電阻的 SPAD 組成，可克服單個 SPAD 不能同時測量多個光子的不足。SPAD 及 SiPM 可探測 200m、5%反射率目標，不受明亮陽光影響，解析度極佳。
SPAD與APD的比較
在上述優勢的吸引下，越來越多的雷射雷達晶片廠商選擇了SPAD晶片，不少海外傳感器大廠也投入其中，例如索尼在早前就發布了其首款應用於雷射雷達的SPAD晶片，阜時科技則是國內在這個領域的頭部玩家。
阜時科技橫空出世
談到阜時科技，我們不得不提一下該公司的創始人莫良華先生。作為晶片領域的專家，莫良華研發出了多款有全球影響力的傳感晶片，累積出貨超40億顆，在中國、美國擁有過百件發明專利。
在他的帶領下，阜時科技也創下了多個業內第一：如全球第一款屏下色溫晶片獨家量產於一線手機品牌旗艦機；3D視覺產品在智能鎖人臉識別領域出貨量行業第一；LCD屏下指紋晶片全球首發。
公司也在這個過程中建立起了一個規模超過200人的團隊，其中研發人員超過150人。內部設立近40人的研究團隊，專門專注於雷射雷達研發。據介紹，該團隊擁有11位博士，1位深圳市地方級領軍人才和5位深圳市海外高層次人才。另有晶片設計團隊40多位成員，平均擁有>10年晶片行業從業經驗。
因為看好SPAD晶片的機會，阜時科技的團隊從2019年至今已經投入數億元到SPAD晶片的研發當中。
莫良華作為第一批從事國家專項的集成電路行業人士，詳細介紹了攻克SPAD器件需要跨過的三道難關：一是 SPAD 器件是集材料、工藝、設計於一體的綜合性課題，需要多方技術基礎才能研發；二是晶片設計的難度，光子飛行速度很快，波長較短，要同時接收多個光子，在高速電路上將晶片做到低功耗；三是抗干擾能力。SPAD 具備高靈敏的優點，但環境光和其他雷射雷達發射信號都會對 SPAD 器件造成干擾，影響功效甚至失效。
即使困難重重，但經過海歸專家團隊和晶片設計團隊的多年技術攻關，阜時科技已完整掌握SPAD晶片關鍵技術並率先量產。「阜時科技自主研發的 SPAD 器件提高了光子的探測效率，搭配低功耗TDC和完整的抗干擾系統方案，已經與乘用車雷射雷達公司、機器人&無人車及相關雷射雷達公司達成戰略合作。」莫良華說。
本文開頭談到的國內某車企雷射雷達廠商的訂單，進一步印證了阜時科技SPAD晶片已獲得市場和技術認可。據介紹，截至2021年12月，阜時科技已申請智慧財產權717件，獲授權354件，全面覆蓋SPAD晶片及雷射雷達領域。
展望未來，阜時科技將繼續在雷射雷達的晶片和系統上大規模投入。包括光發射模塊的驅動控制、光學掃描系統的相控陣列OPA、光感測模塊的SiPM和ASIC在內的晶片等都在公司產品規劃內，各項研發工作均已全面鋪開，先後與雷射雷達廠商開展技術定製合作。
在阜時科技看來，真正的先鋒，是敢為人先、引領創新，更是堅持不懈、從不畏懼。公司將面向消費電子、自主移動設備、智能駕駛汽車的廣闊應用市場，與上下游合作夥伴攜手共進。而「自主研發，持續創新」會是阜時科技一直堅持的理念。