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產(chǎn)能瓶頸下 Velodyne如何坐穩(wěn)激光雷達領(lǐng)域的老大哥
大約兩年前，《華爾街日報》記者向特斯拉創(chuàng)始人Alon Musk提了一個問題，特斯拉自動駕駛的傳感器部署問題，特斯拉創(chuàng)始人非常自信地答道，“我認為不需要什么激光雷達(LIDAR)，用被動視覺(攝像頭)，頂多加一個前置的毫米波雷達就能解決問題。”
隨后發(fā)生在邯鄲的Model S撞施工車、德克薩斯州的Model S撞白色卡車等一系列自動駕駛致死事故，狠狠打了埃隆·馬斯克的臉。攝像頭傳感器對樣本數(shù)量的依賴和自然光線條件要求的苛刻，都成為自動駕駛應(yīng)用當中其擔當主要感知模塊的短板。
常見的觀點是，在自動駕駛的運用當中，必須是激光雷達、攝像頭等多種傳感器結(jié)合的冗余方案。這個評價應(yīng)該比較公允，但是關(guān)于激光雷達的分量到底如何則并沒有體現(xiàn)。
Google自動駕駛咨詢顧問 BradTempleton一語道破，
“做到99%的準確度對于車輛駕駛而言并不夠，我們需要的是99.99999%的準確。激光雷達就是小數(shù)點后幾位的最強保障。”
業(yè)內(nèi)將自動駕駛的實現(xiàn)路徑分為通過ADAS(感知模塊為攝像頭加毫米波雷達)一路進階和借助激光雷達一步成型兩種路徑，前者為主機廠慣用，后者為互聯(lián)網(wǎng)廠商青睞。 單從不同的傳感器能夠成為兩種勢力進軍無人駕駛領(lǐng)域的分水嶺，就足以看出激光雷達在自動駕駛當中的重要地位。
谷歌和百度在車頂放置了7萬美金的64線激光雷達，成為直接切入L4級別的兩大代表，福特集團毅然將激光雷達納入自動駕駛技術(shù)方案，成為車企中激進派的先軍，而國內(nèi)的馭勢科技在方案中使用了4個16線激光雷達也免于了特斯拉追隨者的揶揄。
無人駕駛?cè)绯睕坝�，激光雷達地位空前，但幾乎所有的激光雷達都姓“Velodyne”。
“我們是風口浪尖上的弄潮兒”
無人駕駛汽車之所以無需人工操作，是因為它能代替人的感官去自動識別道路信息和行人，然后控制汽車完成壁障等功能。 而代替人的眼睛和聽覺進行環(huán)境感知的部分我們稱作傳感器。
目前，激光雷達、毫米波雷達、視覺傳感器是用于周圍環(huán)境感測的主流手段。 而在探測精度、探測距離、穩(wěn)定性和對周圍環(huán)境適應(yīng)性等關(guān)鍵性能上，激光雷達都有著明顯優(yōu)勢。
它通過成對的發(fā)射器和接收器，發(fā)射和接收激光束來繪制周圍環(huán)境的點云圖像，發(fā)射器和接受器越多，激光束越密集，對周圍環(huán)境的感知就越精準。我們常說的64線激光雷達，就是指有64組發(fā)射和接收器。
激光雷達看到的世界
而目前能夠生產(chǎn)滿足無人駕駛需要的、高線束激光雷達的企業(yè)只有Velodyne一家，可以說，該公司旗下的16線/32線/64線激光雷達是無人駕駛企業(yè)的唯一選擇。
鈦媒體記者拜訪的Velodyne辦公室位于中關(guān)村智谷。去年8月份，Velodyne收到來自百度和福特聯(lián)手的1.5億美元投資，隨后落成了這個中國辦事處，掌舵人是Velodyne亞太區(qū)總監(jiān)翁煒。
這個在市場營銷上有著20多年經(jīng)驗的職業(yè)經(jīng)理人，此前大部分足跡都集中在美國東部，與喧囂的硅谷交集不多，隨著百度投資，Velodyne對亞太區(qū)的戰(zhàn)略地位開始重視，土生土長的北京人翁煒被招致麾下。
Velodyne的三個代表產(chǎn)品
關(guān)于Velodyne的行業(yè)地位，翁煒表示，涉及自動駕駛研發(fā)投入的主機廠、地圖廠商以及自動駕駛運營項目幾乎都是Velodyne激光雷達產(chǎn)品的客戶。
據(jù)公開資料，不僅谷歌、百度、Uber、福特、通用、奔馳等知名的無人駕駛技術(shù)代表，四維圖新、微軟Bing、Here、高德、TomTom等高精度地圖廠商，以及新加坡政府、臺灣的智慧小鎮(zhèn)等項目都采用了Velodyne的激光雷達方案。
“我們這一代人，經(jīng)歷了幾個浪潮，第一個是個人電腦普及，第二個互聯(lián)網(wǎng)時代，第三個是移動互聯(lián)網(wǎng)，第四個就是現(xiàn)在的智慧城市、無人駕駛，而Velodyne正是一個處在風口浪尖行業(yè)的弄潮兒，在這樣的公司工作，說實話，我們十分驕傲。”Velodyne亞太區(qū)總監(jiān)翁煒向鈦媒體表達了作為Velodyne一員的認知感受。
由于無人駕駛極其依賴激光雷達，在行業(yè)內(nèi)有個說法是，掌握了激光雷達的核心技術(shù)就占據(jù)了行業(yè)的發(fā)展要塞。而目前來看，Velodyne是這樣一家企業(yè)。
不過，把時間指針撥回30多年前，Velodyne則只是一家無線電公司，由David Hall博士在1983創(chuàng)立，生產(chǎn)的產(chǎn)品主要為低頻收音機。進入激光雷達領(lǐng)域頗有一些機緣巧合的意味。
初涉激光雷達
2005年，美國國防部高級研究計劃署(DARPA)主辦了一場跨越莫哈韋沙漠的無人駕駛挑戰(zhàn)賽，這個比賽的初衷是刺激軍事和商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的自動駕駛技術(shù)研發(fā)。當時 Velodyne的創(chuàng)始人David Hall和Bruce Hall兄弟組建了DAD(數(shù)字音頻驅(qū)動)團隊參加了比賽。
在參與比賽完成任務(wù)的過程當中，借助于無線電和傳感器技術(shù)上的積累，DAD團隊開發(fā)了可視化環(huán)境的感知技術(shù)，不過其率先推出的方案是現(xiàn)在廣為應(yīng)用的攝像頭視覺技術(shù)，David Hall很快認識到了視覺感知技術(shù)的局限性，轉(zhuǎn)而專注研究激光雷達。
Velodyne研發(fā)的第一臺激光雷達直徑達到30英寸，重量接近100磅。但是Velodyne不是將馬上這款產(chǎn)品直接應(yīng)用于比賽去獲取勝利，而是沿著商業(yè)化的路徑繼續(xù)探索。 到2007年，Velodyne已經(jīng)成功推出了體積和重量都顯著降低的64線激光雷達產(chǎn)品，并將其 HDL-64激光雷達傳感器用于DARPA挑戰(zhàn)賽。
這款64線激光雷達傳感器立刻成為當年所有頂級DARPA挑戰(zhàn)隊伍用來構(gòu)建地形圖和探測障礙物的主要手段，包括比賽的第一、二名——卡耐基梅隆大學(xué)和斯坦福大學(xué)，當時使用的都是 Velodyne 的激光雷達方案。 以此為契機， Velodyne開始將激光雷達技術(shù)應(yīng)用于自動駕駛車輛、車輛安全系統(tǒng)、3D移動制圖、3D航空測繪和安保等領(lǐng)域。
而到了2010年，谷歌推出無人駕駛汽車項目，從Velodyne 采購了64線激光雷達。谷歌的無人駕駛汽車占盡風頭，無人駕駛汽車頂著的“罐頭”也開始為更多人所知。
當然，這個時候除了財大氣粗的谷歌，行業(yè)內(nèi)對高達7.5萬美元售價的激光雷達產(chǎn)品還少有問津，只是谷歌無人駕駛項目直指的未來愿景已經(jīng)讓汽車廠商開始擔憂，畢竟諾基亞這個消費電子巨頭轟然倒下的故事發(fā)生得并不遙遠。
時間到了2015年4月份，Velodyne推出了16線激光雷達，汽車行業(yè)看到，激光雷達已經(jīng)小到巴掌大小，價格也從7.5萬美元的倨傲降至8000美元的可接受，就開始蜂擁而入，無人駕駛和智能城市步入發(fā)展熱潮。
Velodyne亞太區(qū)總監(jiān)翁煒告訴鈦媒體，2015年，Velodyne激光雷達的出貨量為3000多，而到了2016年，Velodyne激光雷達的出貨量則激增至2萬個。
到了2017年，翁煒透露，預(yù)計的交貨量在20萬個。不過要注意的一點是，現(xiàn)在這個時間節(jié)點上，真正用于無人駕駛車輛的激光雷達采購訂單并非主流，圍繞無人駕駛形成的地圖廠商和安保產(chǎn)業(yè)鏈才是Velodyne的主要訂單來源。但是翁煒表示，從未來的訂單情況分析，到2018下半年，來自無人駕駛汽車的訂單將會爆發(fā)。
Velodyne全部員工為250人，80%是技術(shù)人員，雖然Velodyne還有收音機等業(yè)務(wù)，但大規(guī)模的精力還是集中在LiDAR業(yè)務(wù)上。除了現(xiàn)有生產(chǎn)LiDAR的部分，去年中旬，Velodyne也獨立出來了Velodyne Labs部門，專注于LiDAR產(chǎn)品后續(xù)的研發(fā)。
70萬元的激光雷達如何降到500美元?
激光雷達賣得貴，或者說用于無人駕駛的激光雷達賣得貴已經(jīng)是老生常談，這也是其控制無人駕駛行業(yè)發(fā)展節(jié)奏的一項重要因素。
谷歌、百度采用的64線激光雷達售價70萬人民幣左右，16線激光雷達也達到5萬元，一臺200萬元的無人駕駛車輛，激光雷達的成本就占到30%—40%。 連翁煒都坦承，2016年國內(nèi)有包括神州、四維圖新等在內(nèi)的一些無人駕駛項目擱淺，很大程度是因為考慮到成本，一輛車三四十萬的激光雷達成本他們覺得難以接受。
激光雷達會什么會有如此高的售價?
原因是多方面的，但首先在技術(shù)上。此前Velodyne激光雷達的發(fā)射器和接收器都未進行AISC標準設(shè)計，不能投入大規(guī)模生產(chǎn)，只能使用人工組裝和調(diào)校。
按照120公里車速的剎車范圍，用于無人駕駛的激光雷達需要探測100-200米的距離，在這個距離內(nèi)，需要保證發(fā)射出去的激光束被成對的接收器收到，不能有任何偏差。而激光發(fā)射和接收組的調(diào)校都需要人工完成，這個過程極其復(fù)雜和耗時。據(jù)了解，64 線(64對發(fā)射器和接收器)激光雷達的完成情況是一個星期兩臺。
這也是Velodyne交貨周期一度達到4個月，廣受詬病額原因之一。 因此Velodyne開始做兩手準備。
首先是推動ASIC標準的芯片研發(fā)。翁煒透露，去年年底發(fā)射端的ASIC等級芯片能夠做完，大概2平方毫米，今年接收端的芯片也將完成，預(yù)計在2018年年底投入規(guī)�；a(chǎn)。“有了這兩組芯片，就可以進行流水化的生產(chǎn)，不再需要手工的生產(chǎn)。”
除此之外，Velodyne也開始對生產(chǎn)線進行升級，現(xiàn)有的工廠是加州的Morgan Hill，這座工廠的產(chǎn)能已經(jīng)不夠用。
Voelodyne在圣何塞又收購了一家規(guī)模大4倍的工廠，新工廠將在6月底完成基礎(chǔ)設(shè)施的改造，這個工廠60%以上的工位是機器人和機械手臂，將大量取代原有人工制造部分。
“今年20萬的訂單也將依靠這座新工廠的啟動，屆時產(chǎn)品的交付周期將恢復(fù)至4-6周左右。”翁煒說。
“超級工廠”加上芯片級產(chǎn)品是規(guī)�；a(chǎn)的最有效途徑，如果再加上大量訂單的“東風”，激光雷達降價就指日可待了。
翁煒表示，如果訂單能夠達到百萬量級，激光雷達的整車成本就可以降到1000美元以內(nèi)，而單個激光雷達的成本則可以降到500美元以內(nèi)。
“從目前車廠下的未來訂單來看，2018年下半年或者2019年上半年，來自無人駕駛的訂單將會爆發(fā)，我們期望這個訂單能夠達到百萬量級。”翁煒表示。
日前，通過集團宣布，將在2018年投放1000輛自動駕駛電動汽車參與路測和試運營，而像戴姆勒、福特等大量廠商都在從L2轉(zhuǎn)變?yōu)椴捎眉す饫走_的激進派。
為了迎接即將到來的訂單爆發(fā)，除了在美國收購大規(guī)模工廠，Velodyne也曾借助百度投資的關(guān)系，與后者合力推動亞太地區(qū)本地化的批量生產(chǎn)。前百度自動駕駛事業(yè)部王勁離職讓百度的自動駕駛戰(zhàn)略變得不太明朗，雙方的合作暫時擱置。
不過，在百度之外，Velodyne也正在接觸中國其他兩家重量級的互聯(lián)網(wǎng)公司，希望建立這樣的合作，而像蔚來汽車這樣產(chǎn)業(yè)鏈布局完善，同時有量產(chǎn)汽車落地的團隊，也在Velodyne的合作范圍內(nèi)。
翁煒告訴鈦媒體，來自亞太地區(qū)的訂單量目前占到Velodyne訂單總量的四分之一，而優(yōu)惠的人力成本、關(guān)銳減免以及巨大的市場容量都讓亞太市場的戰(zhàn)略地位日益劇增。
危機來了
美國波士頓咨詢集團做了一個預(yù)測，無人駕駛汽車創(chuàng)造的市場價值將達到420億美元;2035年前，全球?qū)⒂?800萬輛汽車擁有部分無人駕駛功能，1200萬輛汽車成為完全無人駕駛汽車。目前幾乎所有的車企都在布局無人駕駛，或成為這場預(yù)測成真的前兆。
巨大的市場規(guī)模成為創(chuàng)業(yè)者趨之若鶩的沃土，而Velodyne本身的節(jié)奏也顯得有些拖沓。動輒數(shù)月的交貨周期讓急于推進無人駕駛研發(fā)的企業(yè)感到十分苦惱。
國內(nèi)一家多線激光雷達創(chuàng)業(yè)公司告訴鈦媒體，初創(chuàng)公司的機會首先在于激光雷達的技術(shù)還不成熟，且價格倨傲，其次，行業(yè)龍頭Velodyne產(chǎn)量嚴重不足，難以供應(yīng)市場需求。
這兩項弱點的確給Velodyne帶來了危機，也讓Velodyne的地位開始松動。 2015年4月，美國的SAE(Society Autonative Engineer)大會上，創(chuàng)業(yè)公司Quanergy橫空出世，宣布將于次年推出固態(tài)激光雷達，價格在250美元左右，而彼時，Velodyne連售價8000美元的16線激光雷產(chǎn)品都還未推出。
固態(tài)激光雷達將采用與Velodyne機械雷達完全不同的技術(shù)，其將通過相控陣原理，以集成電路對周圍環(huán)境實現(xiàn)感知，這種技術(shù)不僅將大大減小激光雷達的體積，還能將激光雷達的價格迅速降至數(shù)百美元內(nèi)。
翁煒回憶，當時Quanergy在Velodyne內(nèi)部確實引發(fā)了不少擔憂，“我們的機械雷達是不是要被淘汰”“固態(tài)雷達出來，我們的市場在哪里”，這一波危機甚至引發(fā)了一個市場VP跳槽至Quanergy。
目前來看，危機仍未解除。在Velodyne收到來自百度和福特聯(lián)合投資的同時期，Quanergy也完成了9000萬美元融資，投資陣容包括汽車零部件企業(yè)德爾福、三星投資等。
此外，谷歌的無人駕駛團隊Waymo、Uber都在著手研發(fā)適用于自身的更低價激光雷達成本，谷歌曾宣布已經(jīng)掌握了7500美元的激光雷達技術(shù)。
達摩克里斯之劍高懸于頂。Velodyne創(chuàng)始人David Hall曾在內(nèi)部會議上，以公司多年的技術(shù)積累給員工打氣，
“我們的產(chǎn)品經(jīng)過7年左右做出來，一款工業(yè)級的產(chǎn)品，從研發(fā)到應(yīng)用到投入市場，這些步驟是要經(jīng)過時間的考驗，要經(jīng)過反復(fù)迭代。”
David Hall博士表示，Velodyne已經(jīng)做了5代的產(chǎn)品，可以通過快速迭代甩掉后來者，“如果有人仿造我們的第一代，我們馬上就可以推出第2代，推出第3代。”
而且在核心技術(shù)上，Velodyne也有專利為武器。激光雷達在無人駕駛行業(yè)的應(yīng)用關(guān)鍵在于控制好能量，要確保高密度的激光束不傷害到人眼，又同時能夠保障有效的偵測效果。翁煒告訴鈦媒體，美國的IP保護十分嚴格，該公司在美國的專利是只要多線旋轉(zhuǎn)激光雷達，都是Velodyne所屬IP。
而關(guān)于固態(tài)激光雷達的日漸高漲的聲量，翁煒也表示了懷疑，
“我們很佩服他們打這個概念，你說降到幾十塊，激光雷達的發(fā)射裝置和接受裝置部分的價值都比這個高，這其實是一個未來的展望，到了2025年，如果發(fā)射裝置和接收裝置、鏡片成本的繼續(xù)下降，我們的成本也可以控制在100塊美金以內(nèi)。”
誰先做出固態(tài)雷達還不一定
當然，嘴上雖然打仗，但Velodyne對于未來的技術(shù)趨勢已經(jīng)開始布局。2016年CES上，福特和Velodyne宣布推出了面向汽車廠商定向開發(fā)的VLP32半固態(tài)激光雷達方案。
原來的激光發(fā)射裝置是在轉(zhuǎn)鏡上16條線縱向排列，而這個VLP32有所改進，中間會做成矩陣形式，多線縱向排列，這種方式就會自帶一個探測的夾角范圍。
目前，Velodyne已經(jīng)向車廠推出了ABC三個型號，在北美上百臺汽車上測試。A型號是一個統(tǒng)一的標準，目前已經(jīng)收回主要車廠的測試反饋，Velodyne相繼又推出B型號，用于車廠的現(xiàn)階段的裝車測試，然后根據(jù)車廠提出的整改意見進行改進，C型號則是車廠整車安裝時最終使用的型號，最低線束32線，可以根據(jù)車廠的需要定制化到128線。
根據(jù)Velodyne的統(tǒng)計，主機廠大都希望在2020年用到128線的產(chǎn)品，而像谷歌這樣的互聯(lián)網(wǎng)公司還要在感知環(huán)境之外追求一些附加值，其希望用到256線的產(chǎn)品。
翁煒介紹，128線或者256線雷達產(chǎn)品的發(fā)射點排列可以組成夾角范圍更廣的矩陣。有了這個矩陣，即便Lidar不轉(zhuǎn)的情況下，依據(jù)這個矩陣的排列緊密程度，也可以把它做成60度的夾角，甚至更為松散一點，能達到120度角，這就可以滿足車廠為了追求美觀將雷達裝在車內(nèi)的需求。
當然，2020年無人駕駛車輛主要的應(yīng)用還集中運營車輛上，因此車廠們大多還是希望加一個DC馬達實現(xiàn)更精準的感知效果，并且安裝在車頂，與指示牌融合，還能增加品牌效應(yīng)。
除了半固態(tài)雷達，關(guān)于更為顛覆性的固態(tài)雷達，Velodyne內(nèi)部專職研發(fā)的Lidar Labs下設(shè)了8個工作室，收羅了大量科學(xué)家也在推動這項技術(shù)的研發(fā)。
翁煒介紹，主流的固態(tài)激光雷達的技術(shù)有Flash、MEMS、相控振理論等，前兩種技術(shù)在Velodyne LabS相應(yīng)的工作室進行研發(fā)，并做到了應(yīng)用階段，在Velodyne未來的產(chǎn)品上已經(jīng)有所涉及。第三種，即熱門的相控陣技術(shù)，Velodyne不僅自己在做研發(fā)，也和NASA(美國宇航局)建立了合作，來推動這項技術(shù)。
“固態(tài)雷達不一定誰先做出來，我們有良好的收益，不需要給投資方發(fā)聲，報告我們更多的結(jié)果。”David Hall說。
翁煒也表示，從上到下，對于產(chǎn)品的創(chuàng)新和完善，Velodyne一直都有自己明確的想法和目標，“我們有足夠的危機感，我們也希望保持行業(yè)領(lǐng)先的狀態(tài)。”
據(jù)媒體公開報道，Quanergy將于2017年下半年推出其非車規(guī)級雷達產(chǎn)品，售價在250美元左右，一年后推出車規(guī)級量產(chǎn)產(chǎn)品，價格或降至100美元甚至更低。
這個時間節(jié)點與Velodyne的降價日期針鋒相對，如果Quanergy計劃成真，屆時，在Velodyne與Quanergy這兩股新舊勢力之間勢必會有一場較量。
作為無人駕駛的“眼睛”，激光雷達的進化史可以說就是無人駕駛行業(yè)的半部發(fā)展史，雖然激光雷達在價格、規(guī)模化生產(chǎn)、產(chǎn)品化技術(shù)上還有諸多難題需要攻克，但是從從行業(yè)龍頭，到新創(chuàng)團隊，都已經(jīng)就前沿技術(shù)展開角逐，這對于無人駕駛的提前到來無疑是一個福音。
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