萬(wàn)線激光雷達(dá)是依托什么技術(shù)實(shí)現(xiàn)的？

[首發(fā)于智駕最前沿微信公眾號(hào)]在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，當(dāng)談?wù)摷す饫走_(dá)時(shí)，線束多少一直是其關(guān)鍵指標(biāo)，從最初的16線、64線到后來(lái)的128線，線數(shù)越高，意味著掃描出的點(diǎn)云越密集，看得也越清楚。就在最近，速騰（參數(shù)丨圖片）聚創(chuàng)將激光雷達(dá)線束卷到了2160線，并讓激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)了圖像級(jí)能力，看到其表現(xiàn)，真的感覺(jué)激光雷達(dá)視覺(jué)時(shí)代或?qū)⒌絹?lái)，那想實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)這么高線束的正常工作，需要依托什么技術(shù)？

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激光雷達(dá)是如何從數(shù)線進(jìn)化到數(shù)像素的？

模擬架構(gòu)激光雷達(dá)內(nèi)部布滿了離散的激光發(fā)射器和接收器。如果想要更高的線數(shù)，最直接的辦法就是增加這些元器件的數(shù)量。但這種物理堆料的方式不僅體積難以縮小，成本也高得驚人，更難以滿足車載環(huán)境對(duì)穩(wěn)定性的苛刻要求。

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數(shù)字化激光雷達(dá)的出現(xiàn)放棄了笨重的分立器件，轉(zhuǎn)而采用SPAD-SoC的芯片化方案。SPAD（單光子雪崩二極管）就像是一個(gè)對(duì)光極其敏銳的開(kāi)關(guān)，哪怕只有一個(gè)光子飛回來(lái)，它也能瞬間捕捉并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。而SoC化則是將成千上萬(wàn)個(gè)這樣的感光開(kāi)關(guān)以及復(fù)雜的處理電路集成到一顆硅芯片上。這就好比從依賴顯像管的舊電視跨越到了高集成度的液晶顯示器，線數(shù)不再取決于物理堆疊，而是取決于芯片上集成的感光單元數(shù)量。這種技術(shù)讓激光雷達(dá)的性能提升不再依賴于增加零件，而是遵循半導(dǎo)體行業(yè)的摩爾定律。

當(dāng)感光單元的集成度大幅提升時(shí)，激光雷達(dá)的產(chǎn)出物就不再是稀疏的幾根線，而是像高清攝像頭一樣，輸出的是擁有數(shù)百萬(wàn)像素的稠密點(diǎn)云。如速騰聚創(chuàng)推出的鳳凰芯片，單片就能原生支持2160線，其點(diǎn)云的細(xì)膩程度已經(jīng)超過(guò)了400萬(wàn)像素的攝像頭。這種從線到像素的轉(zhuǎn)變，標(biāo)志著激光雷達(dá)正式進(jìn)入了圖像化感知的時(shí)代。

告別零件堆砌，全固態(tài)芯片如何打破性能天花板？

要實(shí)現(xiàn)萬(wàn)線級(jí)別的超高分辨率，光有感光單元是不夠的，還需要極高的探測(cè)效率和制造工藝支撐。目前的領(lǐng)先架構(gòu)采用了28nm先進(jìn)制程和3D堆疊工藝。這種工藝就像是在芯片內(nèi)部蓋起了高樓，底層是處理電路，頂層是超敏感光層，兩者高度集成。

這種結(jié)構(gòu)將會(huì)讓光子探測(cè)效率實(shí)現(xiàn)飛躍。在極遠(yuǎn)距離下，激光反射回來(lái)的信號(hào)非常微弱，可能只有幾個(gè)光子，而超敏感光技術(shù)能將光子探測(cè)效率提升到45%左右，這意味著即便是在150米外的一個(gè)小紙盒，甚至是一個(gè)低反射率的黑色物體，雷達(dá)都能敏銳地捕捉到它的輪廓。

鳳凰芯片，圖片源自：速騰聚創(chuàng)

同時(shí)，全固態(tài)陣列芯片的出現(xiàn)徹底解決了傳統(tǒng)雷達(dá)近視眼的問(wèn)題。如孔雀芯片通過(guò)640×480的高密度面陣，實(shí)現(xiàn)了180°的超廣視角。由于沒(méi)有機(jī)械掃描的延遲和死角，它能做到最近5厘米以內(nèi)的探測(cè)，這讓車輛在補(bǔ)盲和識(shí)別路邊低矮障礙物時(shí)，擁有了前所未有的安全感。

海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)下，激光雷達(dá)怎樣做到既快又準(zhǔn)？

當(dāng)激光雷達(dá)達(dá)到萬(wàn)線級(jí)別，每一秒鐘產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量是極其驚人的。如果芯片的計(jì)算能力跟不上，數(shù)據(jù)就會(huì)堵塞，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)也就無(wú)法做出及時(shí)的反應(yīng)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要在芯片內(nèi)部集成強(qiáng)大的異構(gòu)計(jì)算陣列，讓其擁有數(shù)千個(gè)計(jì)算核心。

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這些核心分工明確，有的負(fù)責(zé)每秒數(shù)千億次的點(diǎn)云采樣，確保數(shù)據(jù)流動(dòng)無(wú)阻塞；有的則負(fù)責(zé)感知增強(qiáng)，比如在皮秒級(jí)別進(jìn)行測(cè)量，以保證毫米級(jí)的探測(cè)精度。這種強(qiáng)大的片上計(jì)算能力，讓激光雷達(dá)不僅是一個(gè)采集設(shè)備，更成了一個(gè)具備初步處理能力的智能終端。

除了速度，精度也是核心保障，在實(shí)際行駛中，車輛會(huì)遇到強(qiáng)烈的陽(yáng)光，或者旁邊其他車輛激光雷達(dá)的信號(hào)干擾。如果處理不好，點(diǎn)云中就會(huì)出現(xiàn)大量的噪聲和虛假目標(biāo)。為此可在硬件層面集成抗干擾引擎，通過(guò)復(fù)雜的算法解析和信號(hào)處理，可以將陽(yáng)光噪聲和對(duì)射串?dāng)_的影響降低99.9%以上，確保在各種極端光照環(huán)境下都能輸出干凈、準(zhǔn)確的三維圖像。

陽(yáng)光和串?dāng)_不再是難題，三維感知的未來(lái)會(huì)怎樣？

隨著芯片化進(jìn)程的加速，激光雷達(dá)的成本結(jié)構(gòu)將被徹底顛覆。過(guò)去那種高性能等于高成本的怪圈正在被打破。因?yàn)樽匝行酒急鹊奶嵘呔€數(shù)激光雷達(dá)可以像手機(jī)芯片一樣，通過(guò)大規(guī)模量產(chǎn)來(lái)降低單體成本，這為激光雷達(dá)走進(jìn)普通家用車，甚至普及到各類服務(wù)機(jī)器人身上鋪平了道路。

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未來(lái)的感知系統(tǒng)或?qū)⒉辉偈菙z像頭與雷達(dá)的簡(jiǎn)單疊加，而是走向深度融合。如主動(dòng)攝像頭能將激光雷達(dá)的主動(dòng)探測(cè)特性與攝像頭的彩色信息結(jié)合。在這種模式下，傳感器不僅能看到物體是什么顏色，還能精準(zhǔn)地知道它在三維空間里的位置和形狀，且不受光線變化的影響。

可以預(yù)見(jiàn)，在接下來(lái)的幾年里，激光雷達(dá)將變得越來(lái)越隱形，它們可能集成在車燈里、擋風(fēng)玻璃后，甚至是各種AI終端的內(nèi)部。當(dāng)這種高清、三維、低成本的感知能力成為標(biāo)配時(shí)，無(wú)論是自動(dòng)駕駛的安全性，還是機(jī)器人的智能化程度，都將跨入一個(gè)全新的紀(jì)元。