目前，超過(guò) 100 家不同的開發(fā)公司已投入約 10 億美元，用于開發(fā)高分辨率激光雷達(dá)（ LiDAR ）傳感器。隨著多家 OEM 廠商宣布將激光雷達(dá)解決方案納入暢銷車型，其在汽車市場(chǎng)中的應(yīng)用也將提速。
激光雷達(dá)能夠從短距離到長(zhǎng)距離以高分辨率檢測(cè)行人、騎行者和車輛等目標(biāo)，正成為完善自動(dòng)駕駛汽車傳感器全套方案的、極具吸引力的解決方案。
對(duì)于高度自動(dòng)化的駕駛解決方案，其所需的全套傳感器有望通過(guò)車載激光雷達(dá)進(jìn)行完善。各種傳感器用于提供環(huán)境與定位感知輸入，從而實(shí)現(xiàn)高ADAS和自動(dòng)駕駛路線規(guī)劃、車輛控制功能。自動(dòng)駕駛采用的典型傳感器包括超聲波、攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)。
當(dāng)前，典型的 ADAS 系統(tǒng)依靠攝像頭和雷達(dá)輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)緊急制動(dòng)（ AEB ）等功能。隨著自動(dòng)化水平更高的功能和動(dòng)態(tài)駕駛駕駛輔助技術(shù)的落地，激光雷達(dá)輸入將提升攝像頭和雷達(dá)傳感器的輸入。
為了支持未來(lái)自動(dòng)駕駛應(yīng)用對(duì)高分辨率傳感的要求，市場(chǎng)預(yù)測(cè)激光雷達(dá)的需求將保持增長(zhǎng)勢(shì)頭。因此，超過(guò) 10 億美元資金已投向多達(dá) 100 家不同企業(yè)，利用各種新技術(shù)開發(fā)高分辨率激光雷達(dá)傳感器，包括不同的激光二極管、掃描方法、集成芯片組、接收器技術(shù)等。
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一些情況下，OEM 廠商和一級(jí)供應(yīng)商會(huì)投資一個(gè)以上的開發(fā)商，以便利用不同技術(shù)滿足特定傳感應(yīng)用需求，或?qū)_某家開發(fā)商未能進(jìn)入市場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)。 |
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Alphabet、谷歌、Waymo 和 Mobileye 等技術(shù)公司已宣布，將推出自主研發(fā)的激光雷達(dá)解決方案。 |
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一些投資商同時(shí)也是激光雷達(dá)開發(fā)商的技術(shù)合作伙伴或供應(yīng)商。 |
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隨著全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（ SAE L4 & L5 ）商業(yè)化變得更具挑戰(zhàn)性，OEM 投資正推動(dòng)市場(chǎng)需求的轉(zhuǎn)移，從高分辨率激光雷達(dá)轉(zhuǎn)向高性能 ADAS 和半自動(dòng)駕駛應(yīng)用（ SAE L2 & L3 ）。 |
激光雷達(dá)的開發(fā)極具挑戰(zhàn)性，因此更加依賴于與其他合作伙伴的共同協(xié)作。
激光雷達(dá)的開發(fā)依賴于眾多不同的傳感域之間的技術(shù)協(xié)助，因此，想成功開發(fā)出最終的傳感器模塊，與大量其他公司的合作就顯得至關(guān)重要。通常情況下，激光雷達(dá)初創(chuàng)企業(yè)會(huì)與一家成熟的一級(jí)供應(yīng)商合作，將該技術(shù)投放大眾市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)大批量車輛生產(chǎn)。
激光雷達(dá)的開發(fā)極具挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗枰?strong style="box-sizing: border-box;">不同傳感域之間的緊密合作，而且傳感器的開發(fā)也相當(dāng)復(fù)雜。需要具備的專業(yè)知識(shí)包括光學(xué)、芯片 MEMS 微反射鏡、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理以及存儲(chǔ)器應(yīng)用、電子、熱管理、封裝集成經(jīng)認(rèn)證、汽車級(jí)傳感器。
由于傳感器涉及多種域，激光雷達(dá)開發(fā)企業(yè)能否與其各個(gè)合作伙伴展開協(xié)作，也是能否取得成功的關(guān)鍵因素。
Strategy Analytics 觀察到，更高性能和更高分辨率的新一類激光雷達(dá)單元正嶄露頭角，低分辨率、低性能的激光雷達(dá)解決方案正被基于攝像頭的系統(tǒng)所取代。此外，為支持自動(dòng)駕駛應(yīng)用，也可在一部汽車上安裝多個(gè)新類型的高分辨率激光雷達(dá)傳感器。
如下圖所示，從 2021 年到 2025 年，預(yù)計(jì)將有多家 OEM 廠商推出高分辨率激光雷達(dá)。
FPGA 是一個(gè)頗具吸引力的選擇，特別是在感知算法仍處于開發(fā)階段時(shí)，因?yàn)樾酒梢噪S算法的開發(fā)而定制，避免了昂貴的 ASIC 解決方案重新設(shè)計(jì)的潛在成本。
與 CPU 和 GPU 中的串行架構(gòu)不同，F(xiàn)PGA 和基于 FPGA 的 MPSoC 受益于并行處理架構(gòu)，其所具備的靈活性使其適用于需要頻繁修改和升級(jí)的應(yīng)用與設(shè)備，而 ASIC 則更適用于永久性應(yīng)用。
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FPGA 提供了靈活性、差異化、靈活應(yīng)變能力，以及低時(shí)延、高吞吐量和快速上市進(jìn)程。由于ADAS 和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的性能、標(biāo)準(zhǔn)和算法時(shí)刻發(fā)生改變，激光雷達(dá)領(lǐng)域非常注重靈活性和靈活應(yīng)變能力。例如，F(xiàn)PGA 能夠進(jìn)行配置和重配置，以平衡能效和性能要求。 |
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FPGA 能夠提供 AI 應(yīng)用所需的額外性能和處理效率，包括激光雷達(dá)點(diǎn)云處理，以及實(shí)現(xiàn)可編程性，從而強(qiáng)化系統(tǒng)靈活性、硬件復(fù)用和開發(fā)成本下降。 |
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FPGA 最初被用作加速器器件，以強(qiáng)化基于 CPU 的 SoC 的性能。然而，F(xiàn)PGA 正日益成長(zhǎng)為 MPSoC 中的主要處理器件。 |
FPGA 已從基礎(chǔ)的可編程邏輯發(fā)展至包含多個(gè)嵌入式處理器、計(jì)算引擎、存儲(chǔ)器和接口的復(fù)雜 SoC 器件，所有這些都高能效。以賽靈思解決方案為例，不同類型的 FPGA 示例如下：
FPGA：Artix-7 系列、Kintex-7 系列
SoC：Zynq-7000 系列
MPSoC：Zynq UltraScale+ MPSoC
RFSoC：Zynq UltraScale+ RFSoC
從半自動(dòng)駕駛 SAE L3 到全自動(dòng)駕駛 SAE L4 和 L5，各等級(jí)的自動(dòng)駕駛應(yīng)用都需要高分辨率激光雷達(dá)。
自動(dòng)駕駛應(yīng)用中所需的更高分辨率傳感與對(duì)高分辨率激光雷達(dá)的需求息息相關(guān)。隨著全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的商品化變得更具挑戰(zhàn)性，加之 OEM 廠商正在撤回相關(guān)投資，對(duì)高分辨率激光雷達(dá)的需求正轉(zhuǎn)向 ADAS 應(yīng)用和半自動(dòng)駕駛應(yīng)用。
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所有激光雷達(dá)均部署于距離告警應(yīng)用中，特別是用于自動(dòng)巡航控制。
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從終端車輛制造地的角度觀察激光雷達(dá)市場(chǎng)，歐洲市場(chǎng)的重要性顯而易見，它代表著激光雷達(dá)市場(chǎng)目前的最大需求。
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中國(guó)制造的輕量級(jí)車型上安裝的激光雷達(dá)數(shù)量，預(yù)計(jì)將從 2014 年的 2% 增長(zhǎng)到2028 年的 30%。
結(jié)論：
激光雷達(dá)在過(guò)去一直處于不利地位。然而，技術(shù)和生產(chǎn)效率的進(jìn)步降低了激光雷達(dá)的成本，汽車制造商已開始將這項(xiàng)技術(shù)納入其 ADAS 傳感器套件中。目前，高分辨率激光雷達(dá)已進(jìn)入汽車市場(chǎng)，基于 FPGA 的激光雷達(dá)解決方案也已在汽車市場(chǎng)上發(fā)售。
本白皮書不僅探討了車載激光雷達(dá)傳感器的優(yōu)勢(shì)、面臨的挑戰(zhàn)以及市場(chǎng)預(yù)測(cè)，還細(xì)數(shù)了車載激光雷達(dá)的投資商和生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴。此外，還對(duì)比了 FPGA 與 ASIC 的激光雷達(dá)處理性能。
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（Xilinx賽靈思官微）：獨(dú)家 | 車載激光雷達(dá)白皮書（附下載）