你给解释解释，什么叫数字化激光雷达？

2月24日上午，当人形机器人公司的机器人“青龙”手中接过一台RoboSense速腾聚创的激光雷达E1R，也就是RoboSense速腾聚创下线的第100万台激光雷达，一个“数字化”意味的事件定格了。

“激光雷达已全面进入数字化时代。”这是RoboSense速腾聚创CEO邱纯潮在2025“Hello Robot”发布会上，提出的宣告。邱纯潮还表示：“在全面数字化之后，激光雷达已经收敛到一个成熟稳定的架构中，即将在汽车、机器人与无人机市场加速渗透和普及。”

不过，被全视觉路线逼到墙角的激光雷达还有戏吗？还有，怎么才叫数字化的激光雷达呢？

从模拟信号到数字信号

从光的波粒二象性来说，数字化的激光雷达就是用数字方法检测和处理光子信息，而不是此前的用连续“波”探测。从波到光子，这是一个质的飞跃。这相当于照相机从胶片机进化到数码相机。

核心环节，在于采用能以单光子形态检测激光的“单光子雪崩二极管”SPAD（Single Photon Avalanche Diode）。理论上而言，SPAD拥有“无穷大增益”。

SPAD的工作原理是，当一个光子被探测器吸收后，能够触发一个雪崩效应，产生一个可以被检测到的电信号。然后，在接收端直接输出数字信号，达成信号感知的数字化。目前的行业水平，单光子探测器的探测效率在10%左右，后续这个数值应该能逐步提升到20%、30%。

这种高灵敏度的光电探测器件，能够在非常低的光照水平下检测单个光子。而且，省去了“模拟-数字”转换过程，提升了分辨率、精度、集成度以及感知融合能力。同时，也避免了模数转换过程中可能引入的噪声、失真和量化误差等问题，有效保障信号传输的完整性和处理的准确性。

另外，SPAD芯片的采样时间分辨率可达到几十皮秒级（1万亿分之一秒），这对以检测飞行时间差为基本工作原理的激光雷达而言至关重要。

换句话说，无论是此前的主流探测器APD，还是当前的主流探测器SiPM（硅基光电倍增管，Silicon photomultiplier），输出的信号都是模拟信号，而SPAD输出的则是数字信号。

不仅如此，SPAD输出的数字信号的处理、储存、乃至激光器件的控制，均可凭借算法集成到芯片上进行，在提高运算效率的同时，降低了对物理零部件的依赖。

而此前，模拟信号的信息采集往往需要复杂的多颗独立芯片精密配合，成本高、体积大。同时，信号的分辨能力弱、解析力差，能量的使用效率也低，最终结果就是功耗高，以及很难被小型化集成。

APD器件是这样，SiPM器件也是如此，需要把激光器发射功率做得很高、光学系统的尺寸做得很大。而SPAD从光子进入到转化为电信号都是数字化的，规避了这些弱点，体积上的小型化集成也就顺理成章了。

大面阵和小面阵

众所周知，激光雷达的芯片化是其未来发展的三大趋势之一。

激光雷达的芯片化程度越高、芯片的集成度越高，成本就越低。在dToF（Direct Time of Flight）激光雷达中，业内取得共识并默认的是，芯片化的VCSEL+SPAD面阵是降本的大方向。

其中，虽然近几年国内有很多家VCSEL芯片供应商进入成熟量产阶段，可以提供比较丰富的选择，但SPAD芯片技术主要掌握在索尼、滨松、安森美等国际供应商里。尤其是用于车载激光雷达的大面阵SPAD芯片，只有“绕不过去”的索尼IMX459。

不过，从这次1月份速腾聚创发布的数字化激光雷达来看，亮点也在于突破了大面阵技术难关，成功自研出全球首款激光雷达专用数字化SPAD-SoC芯片M-Core，并实现规模化量产（只是，很重要的产品良率多少，目前不知道）。另外，比较好奇的是，禾赛科技最近官宣自研的SPAD达到什么水平。

转回来说，什么叫大面阵和小面阵呢？

根据此前九章智驾对识光芯科团队的采访，识光团队的解释是，大面阵与小面阵的关键区别在于应用场景、分辨率和探测距离，以及内部集成度和设计难度上的差异。

简单来说，大面阵主要面向车载场景，而小面阵主要面向手机等消费级产品。大面阵既要分辨率足够高，又要探测距离足够长，还要信噪比较低，这对数据采集和处理都提出了很高的要求。

小面阵 SPAD 只需要完成光信号的原始数据采集，信号处理可以交给外部处理器（手机和扫地机器人普遍都是这个架构），但车规大面阵就不行。

车规大面阵的原始数据量往往是消费类小面阵的千倍甚至万倍以上，能达到几百GB/秒甚至TB/秒的量级，以目前的车载网络带宽，远不够处理如此巨大的数据量。

所以，大面阵产生的数据必须在“本地”由芯片自己先处理完，然后再把提取出来的距离和信号特征信息传输给域控制器。

还有，大面阵的芯片尺寸本身也带来了物理层面的挑战。信号通路，供电网络、时钟网络、发热管理、DFM等一系列问题，都需要解决。

其中，“芯片设计面对的本质上是一个二维的平面的世界，伴随芯片面积的增加，信号通路的拥挤程度是几何级数上升的。而且，面阵芯片中的2D寻址（专业术语）又会将设计难度推向一个新的高度。”

包括2D寻址和3D堆叠技术，都是需要攻克的难关。而随着禾赛科技、速腾聚创等中国企业的技术突破，激光雷达的未来发展非常可期。

905nm胜出？

还有一个很有意思的事，数字化的激光雷达还涉及到激光收发系统的905nm和1550nm路线之争。

而前面所说的SPAD，是根据系统集成度的不同，已进入量产阶段的TOF激光雷达的激光发射系统可分为EEL（边发射激光芯片）和VCSEL（面发射激光芯片），接收系统可分为APD与SPAD。

根据光源波长的不同，激光收发系统则主要分为905nm与1550nm两个大类。虽说根据业内人士的说法，“车企现在对905nm和1550nm都不是特别满意。”但是，站在第三方的角度来看，目前是905nm路线占主流。

业内的说法是“FMCW（frequency-modulated continuous-wave，调频连续波）天然是1550nm”，但是目前车端所用、头部企业量产的还是dTOF。也就是说，FMCW阵营所采用的1550nm路线目前在车端还处于非主流状态。

一个重要的区别是，905nm用的是半导体激光器，而1550nm采用的则是光纤激光器，从目前来看，虽然1550nm波段在激光雷达领域的应用要早于905nm，然而行业的硅基基础决定了，半导体激光器落地要容易得多。这也是905nm胜出的根本原因。

还有，这两种激光器在原理上的差异也影响到了电光转换效率（激光雷达将电能转换为光波的效率）。

目前行业內的共识是，总体上，1550nm的电光转换效率比905nm低。

据禾赛提供的数据，905nm的VCSEL激光器的电光转化效率在消费类电子里面可能达到40%，在激光雷达里面接近20%，而1550nm的电光转换效率则只有10%出头。

而且，综合业内的分析，1550nm激光器功耗高、散热难这个问题目前基本上是无解的。因而，其功耗也无法降低至跟905nm同等的水平。

按禾赛的说法，能享受到单光子探测器SPAD这一红利的，主要是905nm，1550nm要做成车载环境下可正常使用的单光子探测器“难度极大”。

所以，从目前来看，激光雷达的数字化建立在SPAD的基础上，算是天时地利人和。毕竟，经由SPAD输出的规整点云数据，天然具备和数字图片的像素数据融合的优势，直接输出的高质量数字信号，也更容易和IMU等其他传感器数据融合。

此外，非常重要的一点在于，这些产出的原始点云数据可以直接输入神经网络参与AI算法，甚至和时空维度上精准对齐的视频数据进行融合，开启“3D主动视觉+AI”的无限想象空间。

总之，激光雷达进入数字化时代后，随着成本不断降低，全视觉路线的冲击和威胁反而越来越小。这也为激光雷达的后续发展铺平了道路。可以说，激光雷达的数字化，太重要了。