#08 激光雷达：智能驾驶的关键技术（下）

激光雷达 是 自动 驾驶 的 重要 技术 之一 它 很 可能 是 自动 驾驶 车 可以 降低成本 并 大规模 生产 的 关键 那么 究竟 什么 是 激光雷达 激光雷达 在 自动 驾驶 中 起到 什么 作用 呢 伊隆 马斯克 为什么 一直 宣称 他们 的 自动 驾驶 车 不 需要 激光雷达 呢 激光雷达 在 面临 哪些方面 的 技术 攻坚 呢 今天 我们 有幸 请 到 了 激光雷达 领域 的 专家 孙杰 来 和 我们 聊一聊 激光雷达 和 自动 驾驶 技术 这里 是 牛油果 烤面包 大家 好 这 一期 我们 继续 和 激光雷达 领域 的 专家 孙杰 访谈 上 一集 我们 聊 了 激光雷达 是 什么 它 用于 智能 驾驶 的 历史 以及 其他 应用 场景 这 一集 我们 聊一聊 激光雷达 技术 的 发展 现状 面临 的 挑战 说一说 国内 激光雷达 的 发展 水平 并 介绍 一下 研发 激光雷达 需要 的 技能 是 什么 好 了 节目 现在 开始

激光雷达

在 用于 无人 车 的 发展 的 十几年 内 有没有 发生 过 什么 重大 的 进展? 我 觉得 大家 知道 现在 这个 市场 上 有 很多 这种 激光雷达 的 初创 公司 了 从 一 开始 的 这种 Valada 到 后面 大家 可能 听 的 比较 多 的 Quanergy 这 都 是 试图 去 把 激光雷达 从 原始 的 这种 机械式 的 旋转式 的 激光雷达 去 变成 这种 全固态 的 基于 半导体芯片 化

的 这种 激光雷达 博士 期间 自然 的

论文 这种 感觉 对 是 这样 的 对 然后 大家 把 激光雷达 去掉 所有 的 机械 部件 最 关键 的 一步 就是说 你 怎么样 去 旋转 激光 光束 了 这 其实 像 雷达 一样 在 50 年代 电磁波 的 波束 都 是 通过 机械 的 方式 旋转 然后 自然而然 的 大家 就 想 用 这种 相控阵 的 方式 把 它 集成 到 芯片 上 这样 去掉 所有 的 这种 机械

部件 对 那 这 和 你 自然 杂志 这篇 论文 的 技术 有 什么

关系 吗 因为 这 就 牵扯 到 相控阵 技术 光学 相控阵 技术 现在 我们 去 替代 这种 机械 旋转 的 激光雷达 把 它 芯片 化 的 一个 关键技术 就是 所谓 的 全固态 的 光束 旋转 技术 它 所用 到 的 就是 光学 相控阵 现在 我们 把 很多 的 光线 电线 集中 到 一个 半导体 的 芯片 上 然后 通过 电子 的 方式 去 控制 它 的 发射 的 所谓 的 相位 延迟 然后 去 控制 激光 光束 的 旋转 的 方向 这样的话 没有 任何 的 机械 的 部件 在 里面 它 的 稳定性 包括 它 的 成本 都 会 好 很多 能够 慢慢 地 接近 一个 正常 的 传感器 的 这么 一个

pricerange 所以 这是 过去 十多年 来 最 主要 的 技术 发展 的 趋势 对

这 是 一个 趋势 对 但是 大家 都 还 在 非常 努力 的 去

实现 但是 还 没有 实现 就是 现在 的 激光雷达 还是 在 转 对 现在

大家 在 市场 上 能够 买到 的 这种 大规模 出货 的 激光雷达 还 都 是 这种 机械式 的 旋转 机械 旋转式 的 激光雷达 还 都 是 基于 这个 最 开始 的 这种 技术 也 都 是 被 巴勒斯坦 的 专利 和 保护

的 这种 机械式 旋转 的 技术 除了 这 一个 技术 的 难点 以外 还有 什么 别的 技术 难点 现在 正在 需要 攻克?

我 觉得 光束 旋转 技术 其实 应该 就是 激光雷达 上 最 需要 攻克 的 这么 一个 技术 难点 其他 的 其实 倒 还好 有 一些 零零碎碎 的 难点 比如说 它 需要 的 光 功率 比较 高 人员 安全 问题 这 也 是 一些 需要 功课 的 问题 当然 最难 的 问题 就是 它 的 光束 旋转

问题 全固态 光束 旋转 那 全固态 光束 旋转 它 主要 是 一个 电子 问题 吗? 它 是 一个 计算 问题 吗?

它 不是 一个 计算 问题 这是 一个 硬件 问题 就是说 你 怎么样 去 设计 你 的 光学 相控阵 让 它 能够 在 现在 的 半导体 工厂 里 去 生产 出来 这是 一个 engineering 的 问题

我换 一方面 就是 它 是 天线 的 发射 的 物理 上 的 极限 还是 说 如何 调整 天线 方向 的 这些 后面 肯定 是 有 一个 芯片 在 算 数字 芯片 的 算 现在 应该 是 什么 角度 它 是 更 多 的 是 物理 上 达 不到 的

更 多 的 是 物理 上 的 一些 设计 的 问题 吧 就是 理论 上 它 是 肯定 可以 达到 的 关键 就是 你 怎么样 去 工程 上去 实现 这种 结构 了 所以 这 里面

更 多 的 是 一些 做 光学 的 专家 还是 一些 做 比如说 电子 芯片 的 这些 专家 在 都 需要

吧 我 觉得 当然 最 前端 的 肯定 是 一种 光学 芯片 的 这种 工程师 了 然后 后面 的 控制电路 也 需要 做 控制电路 的 电子 工程师 所以 这 是 两 方面 的 我们 现在

的 解析度 比如说 三维 建模 已经 就 这样 了 但是 我们 解决 的 是 一个 能够 让 它 更 便宜 并 不会 见 更好 摸 或者 是 有 什么 特性 的话 更 便宜 或者 可以 量产 还有 没有 什么 能够 让 它 的 输入输出 本身 有 什么 能够 提高

的 地方 我 觉得 现在 对于 激光雷达 来说 它 的 分辨率 包括 探测 距离 已经 差不多 能够 达到 基本上 能够 达到 自动 驾驶 完全 自动 驾驶 这么 一个 需求 了 因为 现在 大家 去 做 这些 软件 都 是 基于 现有 的 激光雷达 的 性能 去 做 的 它 基本上 性能 上 已经 差不多 了 如果说 你 要是 有 可能 后面 还会 有 一些 改进 吧 比如说 你 可以 加入 一些 这个 物体 的 速度 信息 啊 物体 的 这种 表面 的 比如说 反射率 啊 这种 信息 啊 可以 可以 更 容易 的 让 软件 去 进行 一些 classification 然后 这 可能 是 后面 激光雷达 发展 需要 加 的 一些 比较 小

的 可能 在 观点 看 可能 并

不是 很 重要 对 我 觉得 现在 主要 的 主要 的 挑战 就是说 怎么样 能够 这个 激光雷达 多 小 然后 多 便宜 可以 用到 每 一辆 车上

激光雷达

产出 的 信息 一般 是 怎么 跟 其他 传感器 产出 的 信息 做 整合 呢? 它 的 产出 的 信息 叫做 点云, 叫 PointCloud 它 其实 是 一个三维 的 图像 信息 有 XYZ 这么 一些 坐标 它 需要 和 一些 比如 它 需要 和 我 的 Camera 进行 一个 它 叫 所谓 的 SensorFuring 这么 一个 过程 比如说 我 的 Camera 一个二维 的 图像 我要 把 它 overlay 到 我 的 三维 的 点语 上 这 是 一个 自动 驾驶 上 大家 比较 常用 的 这么 一个 技术 了 对 然后 通过 这种 overlay 这样 我 可以 比较 highlevel 的 从 不同 的 这个 sensor 得到 同样 的 信息 他们 互相 进行 补充

进行 比较 这 里面 有没有 什么 标准 因为 我们 这个 学 工程 一般 都 会 有 说 标准 这个 HFO 也

会定 一个 什么 因为 现在 这个 自动 驾驶 还 都 是 这个 扇头 林立 的 这么 一种 状态 每家 都 有 每家 的 sensorfusion 的 这种 方法 其实 我 所知 还 没有 一个 还 没有 一个 行业 的 标准 当然 如果 大家 去 谈 这个 行业标准 的话 首先 需要 有 这么 一个 行业 但是 现代 来说 自动 驾驶 还 没有 完全 成为 一个

行业 那 如果 說現 在 有 這麼 多 的 做 自動 駕駛 的 公司 啊 像 這些 Waymo 啊 Uber 啊 Tesla 啊 這麼 多 公司 國內 有 這麼 多 未來 啊 什麼 未來 嗎 什麼 很多很多 公司 百度 啊 那 他們 一個 一個 和 硬件 公司 談 嗎 我們 的 輸出 是 什麼 樣子 的

我們 怎麼 寫 嗎 他們 現在 一般 對 於 硬件 來 說 比如 說 對 於 激光 雷達 公司 來 說 他們 的 輸出 都 是 比 較 標準 的

这 还是 有 一定 表扬

对, PointCloud 是 非常简单 的 就是 你 这个 XYZ 的 信息 你 可能 不同 的 激光雷达 它 的 分辨率 会 不 一样 它 的 探测 距离 会 不 一样 然後它 的 幀數、 它 的 刷新率 會 不 一樣然 後 一般 的 通用 的 做法 都 是 這些 自動 駕駛 公司 通過 硬件 的 接口 他們 自己 寫 這個 SensorFusion 的 後 面 的 算法 一般 來 說 就 用 雷達 公司 是 不會 提供 這個 SensorFusion 的 所以 百度 他们 说

开源 的 那个 他们 是 包括 接口 也 写 好了吗?

百度 他们 有 自己 的 一些 硬件 生态 然后 硬件 生态 里 可能 有 一两家 激光雷达 的 厂商 然后 他们 会 使用 这些 激光雷达 厂商 提供 的 数据 接口 然后 和 他们 生态 进行 一些

整合 当然 是 哪 几家?

这个 我 不是 特别 清楚, 我 知道 国内 有个 叫 河塞 的 激光雷达 公司 是 其中 的 一个, 可能 Valadan 也 是 其中 的 一个, 也许 还有 其他 的 激光雷达 公司 说 到 这个 我们

正好 来说, 这个 领域 看上去 非常 先进, 国内 肯定 是 不 可能 落后 的, 肯定 都 是 抢先 的, 在 国内 现在 激光雷达 的 领域 发展 到 一个

新 阶段 对于 机械式 的 激光雷达 来说 国内 已经 做 得 挺 好 了 包括 成本 上 控制 的 也 比 国外 要 稍微 好 一些 激光雷达 基本上 可以 说 可以 做到 所谓 的 国产 替代 了 有 一些 也 已经 卖到 了 国外 因为 就 比较 便宜 然后 性能 也 比较 好 这个 领域 马上

就 被 国内 占领 了 基本上 应该

也 不能 这么 说 吧 对 然后 Valorant 它 手里 有 一个 最 关键 的 这些 专利 所以 说 在 机械式 激光雷达 来说 现在 大家 知道 也 有 一些 专利 战在 打 了 所以 说 Valorant 还是 有 很大 的 优势 的

我 觉得 因为 机械式 雷达 还是 有 技术 专利 保护 对 那 新一代 正在 研发 的 专利 现在 都 是 谁

在 做 就 在 用 的 比较 多 的 就是 这种 机械式 激光雷达 这 里面 的 外大 肯定 是 行业 的 老大 了, 包括 他 的 专利, 包括 他 的 出货量, 包括 他 的 产品 性能, 都 是 处于 绝对 的 领先 的 地位。 但是 对于 其他 的 一些 技术 来说, 包括 这种 所谓 的 微 真经 MIMS 技术, 或者 是 相关 认 技术, 这种 FLASH 的 激光雷达 每 一家 都 有 自己 的 专利 因为 现在 大家 没有 写出 一个 统一 的 观点 到底 哪 一种 技术 才 是 我们 的 下一代 激光雷达 的 技术 所以 说 每 一家 都 有 自己 的 特长 就是说 它

还是 有 一些 不同 的 方向不同 的

解决方案 在 竞争 对 有 一些 是 比较 近期 的 解决方案 有 一些 是 这种 比较 长远 的 解决方案 所以 这些

基本上 还是 专利 都 掌握 在 美国公司

的 手里 吗 这种 机械式 的话 大家 可以 看到 就是 Valentine 的 这么 一个 专利 但是 这种 后面 的 这种 MAPS 这种 关于 相控阵 的 这种 专利 就是 很多 地方 都 有 全世界 都 有

了 美国 中国 还有 什么 其他 国家 的 这方面 比较 发展 基本上 就是 美国

和 中国 这 两个 地方 我 觉得 包括 比如 相控阵 这些 专利 包括 一些 工业界 包括 一些 学术界 都 有 很多

这种 所以 现在 已经 进入 了 一个 类似 于 计算机科学 的 状态 就是 大家 专利 的 每个 人 都 有 一把 看 最后 怎么样 我们 这个 激光雷达 除了 专利 壁垒 还有 什么 别的 在 制造

上面 有 什么 壁垒 传统 的 机械式 激光雷达 很多 都 是 需要 人工 的 去 进行 组装 去 进行 调试 我们 刚才 说 的 64 线 的 激光雷达 里 有 多于 大概 有 64 个 或者 是 更 多 的 这种 激光器 和 探测器 的 组合 每 一对 的 激光器 和 探测器 都 需要 非常 精细 的 去 进行 校准 这 很多 都 是 人工 完成 的 这 就是 为什么 它 的 产量 一直 都 不是 很 高 的 原因 因为 它 没有 办法 进行 大规模 的 生产 自动化 了 然后 另 一个 方面 就是说 它 的 稳定性 因为 所有 的 东西 都 是 所谓 的 非 基层 的 这么 一种 形式 组装 在 激光雷达 里面 的 所以 它 的 稳定性 也 是 一个 问题 比如说 我 可能 在 车上 颠簸 半年 几个 月 就 需要 重新 去 校准 一下 这 也 是 非常 让 人 头疼 的 一点 对于 传统 的 机械式 激光雷达 来说 它 的 组装 还是 非常 具有

挑战性 的 组装 是 一个 有 技术性 的 工作 需要 熟练 过 对, 我

不能 说 它 是 一个 技术性 工作, 但是 它 确实 是 需要 很多 的 人力 在 里面 在 新一代, 你 刚才

说 像 MEMS 这些 技术 是不是 可以

其实 MEMS 它 也 是 一种 机械式 的 激光雷达, 只是 它 是 比较 小 的 这种 机械式 的 激光雷达 它 也 没有 办法 完全 排除 这种 人工 的 但是 对于 以后 的 那种 完全 半导体 的 激光雷达 来说 它 就是 不 需要 特别 复杂 的 那种 组装 了 因为 大家 组装 的 目的 其实 主要 就是 为了 这种 光学 对准 如果 你 把 所有 的 东西 发射器、 探测器 完全 拖 到 芯片 上 的 时候 它们 这 两个 之间 的 对准 其实 就是 通过 半导体技术 来 实现 的 这 是 一种 全自动 的 highthroughput 的

技术 这 里面 的 工艺 有 什么

要求 吗 现在 来说 这个 激光雷达 用于 激光雷达 的 这种 白 道理 工艺 基本上 都 是 基于 所谓 的 归光 的 工艺 基本上 是 在 65 纳米 左右 不是 是 一种 模拟 的 工艺 并 不是 说 大家 现在 听 的 比较 多 的 这种 数字化 的 7 纳米 10 纳米 这种 工艺 我们 所 需要 的 是 这个 激光雷达 所 需要 的 是 65 纳米 工艺 是 一个 比较 普遍 的 成本 像 国内 也 能

做到 18 纳米 吗?

对, 国内 比如 中芯 国际 28 纳米 肯定 是 可以 的 现在 听说 好像 14 纳米 也 差不多 了 所以 说

对于 工艺 来讲 就 没有 什么 壁垒 基本上 大家 都 差不多 都 可以 做到

对, 这 就 需要 谈到 另 一种 技术 了 这个 叫做 另 一种 半导体技术 叫做 Slicophotonics 中文 叫做 硅光 硅基 光子 学 就是 把 这种 光学 器械 拖到 硅 的 芯片 上 的 这 其实 也 是 一个 稍微 新 的 技术 它 用到 的 是 刚才 说 到 的 60nm 的 半导体 工艺 所以 这个

技术 听 上去 不是 一个 特别 难 的 技术 国内 没有 什么 壁垒 都

可以 做 据我所知 现在 国内 还 没有 这么 一个 硅光 的 生产线 一个 成熟

的 生产线 国内 还 没有 硅光 的 生产线 但 现在 都 是 在 哪儿

流片 呢 现在 几乎 所有 的 主要 的 半导体 防锐 都 会 有 硅光

的 供应 他们 自己 建 一个 吗

对, 他们 可能 就 用 他们 以前 的 六种 纳米 的 工艺 去 做 一些 研发, 就 实现 了 这么 一个 硅光 的 工艺, 包括 Clofounder, 包括 TSMC, 都 是 有 这种 硅光 工艺 的。

听 上去 是 一个 非常 有 前途 的 领域 非常 的 能够 改变 世界 的 领域 如果 要 我 想 做 研发 这方面 基隆 雷达 也 研发 我 每天 日常 的 工作 会 是 什么样 的 或者说 会 是 一个组 里面 研发 基隆 雷达 或者 是 他们 日常 干 一些 什么样 的 工作 这 主要 是

看 你 研发 的 激光雷达 的 种类 了 比如说 你 要是 现在 去 做 一些 和 万达 差不多 的 那种 机械式 的 激光雷达 基本上 就 不 需要 科学 了 不 需要 研发 了 也 不能 这么 说 吧 可能 就是 比较 日常 工作 的 重心 就 放在 你 怎么样 去 组装 这个 东西 怎么样 去 更 快 的 去 组装 这个 东西 这些 非常 工程化 的 东西 但是 如果 你 要是 做 一些 比较 更 固态 化 的 像 使用 光学 相通 阵 或者 是 使用 这种 flash 芯片 做 的 这种 激光雷达 的话 你 可能 更 多 的 时间 会 放在 芯片 的 设计 芯片 的 流片 包括 芯片 的 测试 这么 一些 方面 这 很大 程度 上 取决于 你 采用 什么样 的 技术 芯片

的 设计 就是 有点 类似 于 所有 的 学 电子系 的 硬件 设计员 在

写 这些 语言 吗? 类似 吧, 对, 因为 这个 硅光 它 是 一种 更 类似 于 模拟 电路 的 这么 一个 半导体技术, 所以 也 没有 这种 数字化 的 硬件 语言, 比如说 这个 VHDL、 VLog 之类 的, 这些 还 都 没有, 目前 还 没 办法 用到 这个 硅谷

还是 一个 比较 早期 的, 没有 一个 成熟 的 编程语言 的 没有, 就是 一个 还是 一个 需要 非常 它 更 像是

这种 模拟 电路 所以 说 你 更 多 的 是 进行 一些 这种 物理 上 的 layout 它 没有 这种 数字化 的 设计 语言 去 支持 这 和 模拟 电路 是 一样 的 其实 模拟 电路 现在 也 都 是 这个 样子 你 去 画 一个 导线 都 是 都 是 自己 去 用 一些 设计 工具 去 画 设计 工具 对 设计 工具 是 有 的 只是 说 你 可能 没有 办法 去 去 用 一些 比较 高级 的 这种 数字 页面 设计

语言 好 那 我们 今天 非常感谢 孙杰 给 我们 带来 非常 非常 专业化 的 有 深度 的 有 前瞻性 的 介绍

谢谢 大家 收听 这 一期 的 牛肉 抹 烤面包 如果 大家 喜欢 我们 的

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