撰文| 宇多田
封面來自視覺中國
從前天到昨天，虎嗅科技組史無前例地進行了兩場激烈討論。而討論的對象，只是一個蘋果新iPad Pro裡的零部件。
雖然說蘋果新iPad Pro的外形和具體配置，已經被眾多數碼博主扒的非常到位了。但這不妨礙當我看到下面這張圖時，喉嚨裡的可樂直接從鼻子裡噴出來。
圖片來自蘋果
是的，在iPad Pro的諸多關鍵組件中，多了一個叫做“激光雷達”（Lidar）的東西。
對於大多消費級普通用戶來說，這個硬件的知名度不是那麼高，而且也沒必要過多關注。但是對於手機供應鏈，全球激光雷達（芯片）市場，甚至AR/VR市場來說，蘋果的這一次發佈，的確是一個不可忽視的信號。
而我這個對自動駕駛異常狂熱，又對激光雷達一直較為關注的科技宅，在弄明白蘋果把激光雷達塞進iPad裡的來龍去脈後，只憋出了一句話：
蘋果真太TMD天才了。
圖片來自谷歌
如果你瞭解自動駕駛，或者不瞭解自動駕駛但經常關注馬斯克，那麼就應該聽說過這個一直混跡小眾圈子但卻歷史悠久的工業配件。
激光雷達測量技術迅猛發展的時期應該是上世紀 80 年代，當時美國國家航空航天局成功將激光雷達探測技術應用於大氣海洋監測以及地形測量測繪領域，此後不到十年間，多種類型的激光雷達就已經實現了商用。
因此，作為一項非常成熟的技術，激光雷達創業公司 Sense Photonics 首席執行官 Scott Burroughs 曾公開承認過：“這個市場進入門檻並不高。”
從技術層面來看，激光雷達的核心價值無疑是“可靠且準確的測距能力”與“三維建圖能力”。
你可以先把激光雷達的原理想象成一根“激光測距筆”。
工地上的師傅給房屋做測量時，拿著這根筆“咔嚓”往牆上一射，光電打到對面牆上再回來，這一去一回把飛行時間測出來，房屋的寬度（距離）就測的非常準了。
後來有人覺得，既然能測距，那我讓這根筆尖旋轉起來，飛出飛入無數個光點，那麼每個點的位置已知，距離已知，角度又可控，那麼點的三維座標就有了。
因此，三維空間裡，如果把這些密密麻麻的點（這個點有個專有名字叫“點雲”）通過不同的顏色連接顯現出來，就會呈現出一幅三維圖像。（看不懂的去補初中數學）
當然，如果割裂這項技術所處的環境，單看這項技術或許不難；但是將其轉化為一個完整的產品，或者集成進一個更大的硬件裡，卻難倒了一大片巨頭與創業公司。
我剛才提到馬斯克，是因為如果你經常看馬斯克的Twitter，就會知道他是一個堅定的“激光雷達無用論”支持者，還罵過“用激光雷達的人就是蠢貨”…
這裡的激光雷達，指的是車載激光雷達，以昂貴、體積大但卻測距與建模精準而著稱。谷歌旗下的Waymo、通用Cruise等致力於研發高級別自動駕駛汽車的企業，視其為必不可少的汽車傳感器件。
它對於L4級以上自動駕駛到底有多重要？Waymo甚至在去年宣佈正式由自己開發激光雷達，目前已經更新到了第五代車載激光雷達技術。
Waymo第五代激光雷達技術讓人驚豔，用激光雷達點雲做出的，媲美圖片清晰度，圖片來自公司blog
但馬斯克是個賣車的商人，啟用一個過萬元的零部件簡直是天方夜譚。而且大多自動駕駛測試車一開始採用的是機械式激光雷達，內部因有活動部件而有失穩定性，被大部分車廠所唾棄。
因此，眾多車載激光雷達創業公司開始尋求通過MEMS、Flash（面陣）、相控陣等不同的技術路徑來解決成本、穩定性以及安全性等諸多車廠關心的問題。
他們只有一個目的，就是用低廉且有效的車規產品，打入看起來錢途滿滿的汽車市場。
不過算盤打到目前為止，宣稱研發出可量產固態激光雷達（機械式為非固態，穩定性差）的公司倒是不少，宣稱跟車廠聯合搞研發測試的也不少，但是真正進入量產階段，或者被車廠塞進量產車裡的消息（大多口徑是2021年，怕又是一個flag）卻聞所未聞。
技術瓶頸未突破，成本未降，車載激光雷達的買賣從目前來看，仍然龜縮在自動駕駛測試的小圈子裡。
另一方面，在車廠也需要拼命保全自己的當下，汽車供應鏈市場的蛋糕看起來也不是那麼誘人了。
蘋果究竟天才在哪兒？
以上看起來跟蘋果沒太大關係。因為用在手機裡的，跟放在汽車上的，無論是製作難度還是呈現形式，都不一樣。
就像當我們去詢問一位國內頭部車載激光雷達創業公司對蘋果Lidar的看法時，他不屑地表示：“這不就是Flash的激光雷達嗎，也不是啥大新聞，就是便宜，距離短。”
Flash，一種結構和光子發射原理有別於機械式與MEMS的固態激光雷達技術路徑。簡單說，就是它不靠活動的機械部件，而是靠電子部件發出的數字信號來控制激光發射角度。
這種激光雷達的最大優點是內部系統簡單，穩定、體積可控以及精度高。
一方面，如果汽車顛來顛去，這種固定電子部件的穩定性更勝一籌。譬如，此前曾有汽車研究院吐槽被安裝在工地測試拖車上的機械式激光雷達，因為經常顛簸，損壞頻率非常高。
而另一方面，它可以被做成芯片的形式被嵌入進其他硬件裡。
但是，這種激光雷達的技術瓶頸也清晰可見，上車的最大障礙，便是“距離問題”。
“Flash激光雷達的探測距離一直達不到自動駕駛汽車的要求，一般超出50米就會受到很多幹擾；但機械式的能夠探測到150米開外的物體。”一位不具名激光雷達從業者告訴我。
因此，包括LeddarTech、Sense Photonics、Ouster等一眾明星激光雷達創業公司都在積極嘗試運用不同的技術手段，研發可以過車規的探測距離更長的Flash激光雷達。
儘管從目前的進展來看，以上都不算太成功。
有意思的是，往往在面對某個技術瓶頸的時候，大部分人的思維都是“正向”的——攻克它，戰勝它，尋找突破瓶頸的方法。
但是以Flash激光雷達為例，50米開外效果不好，那麼在這個限定範圍內尋找應用價值點呢？
這便是蘋果的天才之處。
當大家還在一門心思往前看的時候，他在向後尋找切入點。
蘋果官網iPad Pro關於激光雷達的介紹裡，標註了“激光雷達掃可測量周圍5米遠的物體，在室內和室外都能以納米級的速度工作”。
限定了距離條件，flash激光雷達有實力在穩定性、成本以及測量精準度上“藐視”其他制式的激光雷達。
純粹用技術的難度去衡量一個產品的創新價值，是非常荒謬且愚蠢的。更何況蘋果的這個激光雷達被集成入手機，併發揮正常效果的過程，一點兒都不容易。
因為蘋果的激光雷達採用了DTOF測距技術。
Flash只能說明激光雷達的激光發射形式。要讓激光雷達正常測距，需要包括TOF（Time of Flight，飛行時間）、三角測距以及FMCW（調頻連續波）等深度測距技術的加持。
其中，TOF已經成為激光雷達測距應用領域的關鍵深度傳感技術，基本原理就是上面提到的“激光筆”工作流程——
光遇到物體後反射，然後計算光線發射與反射時間差，或相位差。
TOF相機工作原理
目前，市面上大部分工業級與車載激光雷達，使用的都是這項測距技術；
而在民用領域，特別是手機行業，集成TOF傳感器更不是什麼新鮮事兒，甚至早於汽車應用。包括華為、三星在內的諸多手機大廠，都已經在一些機型上的攝像頭模組集成了這項技術，提升了分辨率。
而TOF技術又可以劃分為iTOF（間接飛行時間）與DTOF（直接飛行時間）。知乎網友“過目不忘的魚”對這兩種技術的差異做了解釋：
iTOF原理簡單，容易集成，但是精度低，功耗大，抗干擾能力相對較差，華為與Vivo的一些機型已經用了；
而DTOF的優點就是補足了前者的劣勢，特別是能夠讓分辨率達到PS級。但工藝複雜，系統集成難度高，目前尚無有消費級硬件商用的案例。
2019年6月，國際圖像傳感器研討會上發表的一篇論文顯示，ITOF系統除了只能在30米內正常工作外，另一個缺點是，不能同時準確分辨附近的兩個物體。
“DTOF可以解決這些問題，但需要集成更為精密的傳感器件，兼顧更好的照明控制、數據處理與光學計算能力。”論文指出。
“iTOF其實空間分辨率和距離分辨率都不錯，但是功耗大，而DTOF則可以把功耗這一關鍵指標降到很低。” 激光雷達芯片創業公司飛芯電子CEO雷述宇做了補充，
“集成在DTOF傳感器中的一個重要器件——單光子雪崩二極管(SPAD)需要在一個電壓被嚴格控制的數值區間裡才能工作。工藝上面，把握火候很難，但很關鍵。”
而現在，我們可以默認，蘋果是第一個將DTOF技術商用化的消費級硬件公司。
產業風向標？一切未明
在蘋果推出這款帶有激光雷達的iPad Pro後，已經有嗅覺敏銳的激光雷達企業開始蒐集相關資料並展開了研究討論。
據大疆旗下的激光雷達創業公司Livox推測，根據目前已經披露的信息，iPad中的激光雷達很有可能是以硬件模塊的形式實現的，應該是較為主流的Flash+DTOF方案，當然，也加入了一些更為先進的工藝。
“這類方案有個缺陷是會受到室外強光的干擾，但是根據蘋果‘可戶外使用’的介紹，他們可能提高了SiPM光電傳感器的動態範圍以適應戶外的強光。”
當然，也有前激光雷達行業人士表示，這個零部件具有一定的原創性，應該是芯片級產品，有很強的技術壁壘。
“雖然激光雷達原理不會有太大突破，但產品的推出是從粗放走向精細化的一個過程。
這玩意兒工藝絕對不好做，有很多工藝細節和設計竅門需要考慮，能嵌入進蘋果產品的雷達芯片證明細節處理的非常好。”
因此他猜測，相關供應商一開始就是瞄著手機去做的，開發時間不會短於一年。“很可能是蘋果跟現在主流芯片供應商聯合設計的”。
雖然我們尚不清楚這枚激光雷達究竟出自誰之手，但Flash激光雷達一些關鍵器件的供應商則有跡可循，譬如垂直腔面發射激光器（VCSEL）與SiPM光電傳感器。
面向蘋果供貨的VCSEL廠商有艾邁斯（AMS）等企業，最值得注意的是，AMS在2019年9月邊推出了全球體積最小的用於測量直接飛行時間(dToF)距離的集成式模塊——TMF8801。
而SiPM光電傳感器生產商，則以Sony等企業為代表。
然而，一家激光雷達創業公司對“蘋果的舉動能否再次成為一個產業鏈風向標”這個判斷呈悲觀態度。
因為一方面，“難度不在於技術，而在於使用端配合研發的深度”，另一方面，目前由於蘋果又是第一個吃螃蟹的人，所以無從知曉消費者體驗端的感受。
“這不是一個單純的閉環，激光雷達要與蘋果的鏡頭、A12Z芯片，以及一系列視覺算法融合得恰到好處，還要考慮到產能以及裝配精度……萬一消費端最後不接受，效果不行，也白搭。”
但也有低調的創業公司從2017年就開始研發這類Flash激光雷達探測芯片，已經接到了相關訂單。飛芯電子已經接受了兩輪博世投資，CEO雷述宇向我們透露：“我們正在給車廠和手機做iTOF，下半年將給手機做DTOF。”
圖片來自蘋果官網
說到消費端，蘋果使用激光雷達的目的已經在官網上寫的很清楚——
更精準的測距和更高分辨率的成像，讓iPad上的AR 體驗有一個全新的等級。並配合蘋果在近年來大力推廣的AR開發平臺ARKit，希望能在AR領域打開一個新的市場。
不過，鑑於蘋果雖然強推AR，但這幾年沒有什麼亮眼的成績，我們對這次能否給AR/VR市場帶來新變化持保留意見。
當然，假如使用激光雷達後，真的能讓AR應用成功走下桌面，進入更廣闊的空間，那麼未來相關產業鏈可能會發生一個顛覆性變化。
美國電子與電器工程協會在2019年12月發表的一篇論文就重點提到，很多消費級應用，譬如遊戲、AR與VR等人機交互場景，本就建立在對圖像進行密集處理的能力上。
但隨著數據量級的增加，手機等消費級硬件採用的結構光與三角測量技術，在數據處理速度、分辨率以及抗干擾方面有著可見的侷限性。
“DTOF有解決這些問題的很大潛力。”
此外，就像2017年iPhoneX的Face ID帶火了一眾結構光三維傳感器企業一樣，這次Flash+DTOF技術的啟用，除了讓競品們聞風而動，也許能提供給Flash激光雷達芯片公司一些拓展行業的機會，以及走出瓶頸的創新模式。
畢竟，把舊技術用出新價值，更值得被尊稱一句“創新大師”。
“其實對三維感知傳感器市場，這是一個振奮人心的好消息，各種技術的碰撞或許能夠催生更多的新idea，也可以帶動模塊化激光雷達的市場發展。” Livox看好激光雷達進入蘋果供應鏈所帶來的產業變化。
蘋果使用激光雷達這件事情，讓我想起去年華為要製造激光雷達的各種明暗風聲。當時思維侷限於“車載”這個場景，但現在一想，看來還是思考的不夠全面。
我是虎嗅科技組的宇多田，關注自動駕駛、AI芯片、智能製造，微信：fudabo001，歡迎行業人士聊天爆料（加微信備註身份）。
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