自動(dòng)駕駛加激光雷達(dá):成本增加還是算力降低?
在自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展歷程中,激光雷達(dá)(LiDAR)宛如一顆備受矚目的新星,其獨(dú)特的技術(shù)特性使其成為追求高安全性、高可靠性自動(dòng)駕駛方案的首選。然而,這顆新星并非毫無(wú)爭(zhēng)議,“價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、算法難度高” 等標(biāo)簽,也讓一些以成本為導(dǎo)向的行業(yè)參與者對(duì)其持有保留態(tài)度。于是,一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題擺在了我們面前:在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中加入激光雷達(dá),究竟是增加了成本,還是降低了算力需求?
從傳統(tǒng)觀點(diǎn)來(lái)看,引入激光雷達(dá)似乎確實(shí)會(huì)提升系統(tǒng)成本和技術(shù)難度。對(duì)于資源有限的初創(chuàng)企業(yè),或是致力于量產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型自動(dòng)駕駛方案的企業(yè)而言,激光雷達(dá)帶來(lái)的一系列問(wèn)題不容忽視。首先是采購(gòu)成本,在過(guò)去,激光雷達(dá)堪稱 “貴族傳感器”,其高昂的價(jià)格讓許多車企望而卻步。即便近年來(lái)隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)?;a(chǎn),成本有所下降,但相較于攝像頭等傳統(tǒng)傳感器,仍然處于高位。例如,早期機(jī)械式激光雷達(dá)每臺(tái)售價(jià)可達(dá)數(shù)萬(wàn)元人民幣,即便如今固態(tài) LiDAR 成本降低,但其價(jià)格要做到與攝像頭同價(jià),仍有很長(zhǎng)的路要走。
除了采購(gòu)成本,點(diǎn)云處理模塊的開(kāi)發(fā)投入也不容小覷。激光雷達(dá)通過(guò)發(fā)射和接收激光脈沖,生成高精度三維點(diǎn)云數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)的處理需要專門(mén)的算法和強(qiáng)大的計(jì)算能力。開(kāi)發(fā)能夠高效處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)的模塊,需要企業(yè)投入大量的人力、物力和時(shí)間成本。而且,多傳感器對(duì)齊測(cè)試流程的復(fù)雜性,以及由此伴隨的測(cè)試驗(yàn)證周期延長(zhǎng),都進(jìn)一步增加了企業(yè)的負(fù)擔(dān)。特別是在低速 L2 + 輔助駕駛場(chǎng)景下,攝像頭加毫米波雷達(dá)已經(jīng)能夠滿足大部分功能需求,此時(shí)引入激光雷達(dá)所帶來(lái)的邊際收益,可能難以覆蓋其成本增加。
但如果我們將目光投向 “邊緣智能” 技術(shù)的進(jìn)展,會(huì)發(fā)現(xiàn)激光雷達(dá)又展現(xiàn)出了另外一面 —— 它可能帶來(lái)系統(tǒng)性成本降低的潛力。過(guò)去,激光雷達(dá)僅僅作為一個(gè)單純的 “數(shù)據(jù)源”,其輸出的原始點(diǎn)云需要上傳至中央處理器進(jìn)行全部計(jì)算,這無(wú)疑給中央處理器帶來(lái)了巨大的負(fù)擔(dān)。而如今,許多廠商已經(jīng)將點(diǎn)云預(yù)處理、語(yǔ)義分割、障礙物識(shí)別、動(dòng)態(tài)物體跟蹤等初級(jí)任務(wù)集成在激光雷達(dá)內(nèi)部。更有一些先進(jìn)的激光雷達(dá)產(chǎn)品,內(nèi)置了 ASIC 或 FPGA 芯片,可在傳感器內(nèi)部完成 ROI 區(qū)域提取、點(diǎn)云下采樣、分割聚類、雷達(dá)目標(biāo)框生成等步驟,再通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口(如 Ethernet 或 CAN FD)輸出目標(biāo)列表,而非點(diǎn)云原始數(shù)據(jù)。
從系統(tǒng)架構(gòu)角度深入剖析,這種模式實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了 “傳感器 + 邊緣智能” 的功能下沉。在這種架構(gòu)下,系統(tǒng)處理鏈條得以縮短,算法響應(yīng)變得更快,同時(shí)極大地緩解了對(duì)中央計(jì)算平臺(tái)的算力依賴,尤其適用于對(duì)響應(yīng)時(shí)間要求高、硬件資源受限的場(chǎng)景。特別是在車規(guī)級(jí)域控制器功耗限制日益嚴(yán)格的當(dāng)下,這種通過(guò)傳感器端減負(fù)的方法,已然成為工程優(yōu)化的重要路徑。例如,在一些搭載具備邊緣計(jì)算能力激光雷達(dá)的車輛中,中央計(jì)算單元的算力需求降低了 30% - 50%,有效減少了對(duì)高性能、高成本計(jì)算芯片的依賴。
從全生命周期成本的維度考量,激光雷達(dá)的影響不僅僅局限于初期采購(gòu)成本,還涉及算法開(kāi)發(fā)成本、測(cè)試驗(yàn)證成本、OTA 升級(jí)復(fù)雜度、數(shù)據(jù)標(biāo)注與訓(xùn)練成本等多個(gè)方面。傳統(tǒng)的攝像頭 + 毫米波雷達(dá)方案,往往需要海量的樣本來(lái)訓(xùn)練基于視覺(jué)和信號(hào)特征的深度網(wǎng)絡(luò)。特別是在人類駕駛員行為多變、交通場(chǎng)景復(fù)雜多樣的城市環(huán)境中,要獲取足夠穩(wěn)定的感知精度并有效控制誤報(bào)率,極具挑戰(zhàn)性。而激光雷達(dá)提供的高保真點(diǎn)云數(shù)據(jù),為數(shù)據(jù)標(biāo)注和算法泛化提供了更具可控性的基礎(chǔ)。使用激光雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練,能夠縮短訓(xùn)練周期達(dá) 20% - 30%,提高模型穩(wěn)定性,同時(shí)降低因誤識(shí)別帶來(lái)的安全測(cè)試成本。
與此同時(shí),隨著激光雷達(dá)從機(jī)械式向固態(tài)、MEMS、Flash 等方向不斷演進(jìn),其硬件體積、功耗與成本正在快速下降。點(diǎn)云處理算法也朝著輕量化、模型壓縮方向發(fā)展,例如通過(guò)量化、剪枝、知識(shí)蒸餾等手段優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使得車端無(wú)需部署高能耗的 GPU 即可運(yùn)行高精度模型。這種發(fā)展趨勢(shì),在一定程度上反過(guò)來(lái)又推動(dòng)了激光雷達(dá)在量產(chǎn)車上的普及和成本下降。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,在過(guò)去幾年中,激光雷達(dá)的單顆成本從數(shù)萬(wàn)元降至現(xiàn)在的 2000 元到 3000 元,成本的下降為其更廣泛的應(yīng)用提供了良好的先決條件。
因此,對(duì)于 “激光雷達(dá)究竟是增加了系統(tǒng)復(fù)雜度和成本,還是降低了算力需求與技術(shù)難度” 這一問(wèn)題,其實(shí)并不存在絕對(duì)的答案。兩種觀點(diǎn)在不同的技術(shù)棧設(shè)計(jì)和產(chǎn)品定位下都有可能成立。若系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,傳感器部署不當(dāng),算法劃分不清晰,激光雷達(dá)確實(shí)可能帶來(lái)冗余的數(shù)據(jù)負(fù)擔(dān)和高昂的系統(tǒng)成本;但如果在系統(tǒng)設(shè)計(jì)早期就進(jìn)行全面的軟硬件協(xié)同規(guī)劃,選用具備邊緣計(jì)算能力的激光雷達(dá)產(chǎn)品,并合理規(guī)劃數(shù)據(jù)路徑與融合層次,激光雷達(dá)則有可能成為系統(tǒng)簡(jiǎn)化的 “減負(fù)器” 和感知能力的 “放大器”。
激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中的角色,取決于三個(gè)關(guān)鍵因素。其一,傳感器自身是否具備足夠強(qiáng)大的邊緣智能能力;其二,系統(tǒng)整體架構(gòu)能否合理劃分軟硬件職責(zé);其三,產(chǎn)品目標(biāo)場(chǎng)景對(duì)感知精度與成本控制的側(cè)重權(quán)衡。只有綜合考量這三個(gè)因素,企業(yè)才能在自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展的浪潮中,做出最適合自身的技術(shù)戰(zhàn)略與商業(yè)模式選擇,讓激光雷達(dá)這顆新星在自動(dòng)駕駛的天空中綻放出最耀眼的光芒。