目前，超過 100 家不同的開發公司已投入約 10 億美元，用于開發高分辨率激光雷達（ LiDAR ）傳感器。隨著多家 OEM 廠商宣布將激光雷達解決方案納入暢銷車型，其在汽車市場中的應用也將提速。
激光雷達能夠從短距離到長距離以高分辨率檢測行人、騎行者和車輛等目標，正成為完善自動駕駛汽車傳感器全套方案的、極具吸引力的解決方案。
對于高度自動化的駕駛解決方案，其所需的全套傳感器有望通過車載激光雷達進行完善。各種傳感器用于提供環境與定位感知輸入，從而實現高ADAS和自動駕駛路線規劃、車輛控制功能。自動駕駛采用的典型傳感器包括超聲波、攝像頭、雷達和激光雷達。
當前，典型的 ADAS 系統依靠攝像頭和雷達輸入來實現自動緊急制動（ AEB ）等功能。隨著自動化水平更高的功能和動態駕駛駕駛輔助技術的落地，激光雷達輸入將提升攝像頭和雷達傳感器的輸入。
為了支持未來自動駕駛應用對高分辨率傳感的要求，市場預測激光雷達的需求將保持增長勢頭。因此，超過 10 億美元資金已投向多達 100 家不同企業，利用各種新技術開發高分辨率激光雷達傳感器，包括不同的激光二極管、掃描方法、集成芯片組、接收器技術等。
1 | 一些情況下，OEM 廠商和一級供應商會投資一個以上的開發商，以便利用不同技術滿足特定傳感應用需求，或對沖某家開發商未能進入市場的風險。 |
2 | Alphabet、谷歌、Waymo 和 Mobileye 等技術公司已宣布，將推出自主研發的激光雷達解決方案。 |
3 | 一些投資商同時也是激光雷達開發商的技術合作伙伴或供應商。 |
4 | 隨著全自動駕駛系統（ SAE L4 & L5 ）商業化變得更具挑戰性，OEM 投資正推動市場需求的轉移，從高分辨率激光雷達轉向高性能 ADAS 和半自動駕駛應用（ SAE L2 & L3 ）。 |
激光雷達的開發極具挑戰性，因此更加依賴于與其他合作伙伴的共同協作。
激光雷達的開發依賴于眾多不同的傳感域之間的技術協助，因此，想成功開發出最終的傳感器模塊，與大量其他公司的合作就顯得至關重要。通常情況下，激光雷達初創企業會與一家成熟的一級供應商合作，將該技術投放大眾市場，實現大批量車輛生產。
激光雷達的開發極具挑戰性，因為它需要不同傳感域之間的緊密合作，而且傳感器的開發也相當復雜。需要具備的專業知識包括光學、芯片 MEMS 微反射鏡、點云數據處理以及存儲器應用、電子、熱管理、封裝集成經認證、汽車級傳感器。
由于傳感器涉及多種域，激光雷達開發企業能否與其各個合作伙伴展開協作，也是能否取得成功的關鍵因素。
Strategy Analytics 觀察到，更高性能和更高分辨率的新一類激光雷達單元正嶄露頭角，低分辨率、低性能的激光雷達解決方案正被基于攝像頭的系統所取代。此外，為支持自動駕駛應用，也可在一部汽車上安裝多個新類型的高分辨率激光雷達傳感器。
如下圖所示，從 2021 年到 2025 年，預計將有多家 OEM 廠商推出高分辨率激光雷達。
FPGA 是一個頗具吸引力的選擇，特別是在感知算法仍處于開發階段時，因為芯片可以隨算法的開發而定制，避免了昂貴的 ASIC 解決方案重新設計的潛在成本。
與 CPU 和 GPU 中的串行架構不同，FPGA 和基于 FPGA 的 MPSoC 受益于并行處理架構，其所具備的靈活性使其適用于需要頻繁修改和升級的應用與設備，而 ASIC 則更適用于永久性應用。
1 | FPGA 提供了靈活性、差異化、靈活應變能力，以及低時延、高吞吐量和快速上市進程。由于ADAS 和自動駕駛系統的性能、標準和算法時刻發生改變，激光雷達領域非常注重靈活性和靈活應變能力。例如，FPGA 能夠進行配置和重配置，以平衡能效和性能要求。 |
2 | FPGA 能夠提供 AI 應用所需的額外性能和處理效率，包括激光雷達點云處理，以及實現可編程性，從而強化系統靈活性、硬件復用和開發成本下降。 |
3 | FPGA 最初被用作加速器器件，以強化基于 CPU 的 SoC 的性能。然而，FPGA 正日益成長為 MPSoC 中的主要處理器件。 |
FPGA 已從基礎的可編程邏輯發展至包含多個嵌入式處理器、計算引擎、存儲器和接口的復雜 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
從半自動駕駛 SAE L3 到全自動駕駛 SAE L4 和 L5，各等級的自動駕駛應用都需要高分辨率激光雷達。
自動駕駛應用中所需的更高分辨率傳感與對高分辨率激光雷達的需求息息相關。隨著全自動駕駛系統的商品化變得更具挑戰性，加之 OEM 廠商正在撤回相關投資，對高分辨率激光雷達的需求正轉向 ADAS 應用和半自動駕駛應用。
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所有激光雷達均部署于距離告警應用中，特別是用于自動巡航控制。
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從終端車輛制造地的角度觀察激光雷達市場，歐洲市場的重要性顯而易見，它代表著激光雷達市場目前的最大需求。
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中國制造的輕量級車型上安裝的激光雷達數量，預計將從 2014 年的 2% 增長到2028 年的 30%。
結論：
激光雷達在過去一直處于不利地位。然而，技術和生產效率的進步降低了激光雷達的成本，汽車制造商已開始將這項技術納入其 ADAS 傳感器套件中。目前，高分辨率激光雷達已進入汽車市場，基于 FPGA 的激光雷達解決方案也已在汽車市場上發售。
本白皮書不僅探討了車載激光雷達傳感器的優勢、面臨的挑戰以及市場預測，還細數了車載激光雷達的投資商和生態系統合作伙伴。此外，還對比了 FPGA 與 ASIC 的激光雷達處理性能。
原文始發于微信公眾號（Xilinx賽靈思官微）：獨家 | 車載激光雷達白皮書（附下載）