千线激光雷达，VCSEL关键挑战

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）激光雷达正在迈向千线，去年CES上，速腾聚创发布全球首款1080线激光雷达EM4，禾赛推出1440线产品AT1440，华为乾崑则在今年3月亮出896线双光路图像级激光雷达。紧接着，文远知行与吉利远程联合发布的Robotaxi GXR已搭载速腾聚创的千线产品EM4实现前装量产，这意味着千线激光雷达不是概念产品，已经开始出现在量产车上。

线数翻倍的背后，一个容易被忽视但同样关键的环节是发射端光源。当激光雷达从128线、192线跃升至1000线以上，对VCSEL（垂直腔面发射激光器）芯片的功率密度、光束质量、热管理和集成度要求也随之呈指数级上升。

线数越高，对VCSEL的要求越呈指数级上升。线数翻倍意味着发光通道数量增加，在保持单通道功率不变的前提下，整体功耗和热量显著上升。而千线激光雷达往往需要更远的探测距离，这要求单通道峰值功率不降反升。如何在更高功率输出下控制热积累，是首要难题。

其次是光束质量与一致性，千线级产品对点云密度的要求远超传统产品。以光秒科技的对比为例：一辆白色车辆在200米外，128线激光雷达上只能显示9个点，而1024线产品能显示58个点。点云密度的大幅提升，要求VCSEL各发光通道的远场光斑均匀、发散角可控、通道间一致性好，否则点云质量会大打折扣。

集成度与驱动复杂度同样面临挑战。激光雷达发光分区数量从几十个增加到数百甚至上千个，驱动电路的复杂度和封装密度随之攀升。如何在有限空间内实现高密度集成，同时保证各分区的独立开关和时序配置能力，是工程层面的一大挑战。

同时激光雷达上车意味着VCSEL芯片必须通过AEC-Q102车规认证，在高低温循环、湿热交变、振动冲击等环境下长期稳定工作。从实验室指标到车规级量产，中间隔着大量的工艺优化和可靠性验证工作。

这些要求叠加在一起，构成了千线激光雷达对VCSEL芯片的综合门槛。能同时满足高性能、低成本、车规可靠性和规模化量产的供应商，在行业内并不多。

在应对上述挑战的多种技术路线中，共阳极多结VCSEL架构是近期较受关注的方向，瑞识科技推出的共阳极VCSEL芯片平台是这一路线的代表之一。

所谓共阳极架构，是指芯片的多个发光结共享同一阳极，通过分区电极设计实现各发光分区的独立控制。这种架构有几个实际优势：一是更利于匹配低边（low-side）驱动电路，在发光分区数量大幅增加的千线场景下，能有效简化驱动设计和封装复杂度；二是多结结构可以在不增加芯片面积的前提下提升峰值功率和功率转换效率，缓解热管理压力。

据公开信息，瑞识科技该平台的峰值光功率和功率转换效率已可满足2160线激光雷达的发射端要求，并支持从数百线到超千线的全规格覆盖。其分区电极设计可配合外部驱动电路实现各发光分区的独立开关和时序配置，赋予激光雷达系统灵活的扫描策略调整能力。

不过，技术指标只是故事的一面。对于VCSEL供应商而言，真正拉开差距的是量产能力。据了解，瑞识科技在2022年通过IATF16949汽车行业质量管理体系认证，其车载VCSEL芯片已搭载于比亚迪仰望U8，是国内较早实现VCSEL量产上车的厂商之一。目前其车规级VCSEL芯片已应用于智己、极氪等车型，以及小马智行、滴滴无人驾驶出租车项目，累计出货量超过2亿颗。

这些量产数据的意义在于，它意味着该厂商已经走通了从芯片设计、晶圆工艺、封装优化、车规验证到规模化交付的完整链路。在激光雷达行业价格战愈演愈烈的背景下，光源芯片的成本竞争力和供应稳定性，对整机厂商而言具有直接的商业影响。

而未来高线数激光雷达的大规模应用，也将会让VCSEL处于越来越重要的地位，同时VCSEL芯片的技术成熟度和量产能力，将成为影响行业节奏的关键变量之一。

千线激光雷达，VCSEL关键挑战图1