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產能瓶頸下 Velodyne如何坐穩激光雷達領域的老大哥
大約兩年前，《華爾街日報》記者向特斯拉創始人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量的依賴和自然光線條件要求的苛刻，都成為自動駕駛應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合的冗余方案。這個評價應該比較公允，但是關于激光雷達的分量到底如何則并沒有體現。
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。激光雷達就是小數點后幾位的最強保障。”
業內將自動駕駛的實現路徑分為通過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，后者為互聯網廠商青睞。 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方案，成為車企中激進派的先軍，而國內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。
無人駕駛如潮洶涌，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境感測的主流手段。 而在探測精度、探測距離、穩定性和對周圍環境適應性等關鍵性能上，激光雷達都有著明顯優勢。
它通過成對的發射器和接收器，發射和接收激光束來繪制周圍環境的點云圖像，發射器和接受器越多，激光束越密集，對周圍環境的感知就越精準。我們常說的64線激光雷達，就是指有64組發射和接收器。
激光雷達看到的世界
而目前能夠生產滿足無人駕駛需要的、高線束激光雷達的企業只有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的唯一選擇。
鈦媒體記者拜訪的Velodyne辦公室位于中關村智谷。去年8月份，Velodyne收到來自百度和福特聯手的1.5億美元投資，隨后落成了這個中國辦事處，掌舵人是Velodyne亞太區總監翁煒。
這個在市場營銷上有著20多年經驗的職業經理人，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對亞太區的戰略地位開始重視，土生土長的北京人翁煒被招致麾下。
Velodyne的三個代表產品
關于Velodyne的行業地位，翁煒表示，涉及自動駕駛研發投入的主機廠、地圖廠商以及自動駕駛運營項目幾乎都是Velodyne激光雷達產品的客戶。
據公開資料，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、臺灣的智慧小鎮等項目都采用了Velodyne的激光雷達方案。
“我們這一代人，經歷了幾個浪潮，第一個是個人電腦普及，第二個互聯網時代，第三個是移動互聯網，第四個就是現在的智慧城市、無人駕駛，而Velodyne正是一個處在風口浪尖行業的弄潮兒，在這樣的公司工作，說實話，我們十分驕傲。”Velodyne亞太區總監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，在行業內有個說法是，掌握了激光雷達的核心技術就占據了行業的發展要塞。而目前來看，Velodyne是這樣一家企業。
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創立，生產的產品主要為低頻收音機。進入激光雷達領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賽，這個比賽的初衷是刺激軍事和商業應用領域的自動駕駛技術研發。當時 Velodyne的創始人David Hall和Bruce Hall兄弟組建了DAD(數字音頻驅動)團隊參加了比賽。
在參與比賽完成任務的過程當中，借助于無線電和傳感器技術上的積累，DAD團隊開發了可視化環境的感知技術，不過其率先推出的方案是現在廣為應用的攝像頭視覺技術，David Hall很快認識到了視覺感知技術的局限性，轉而專注研究激光雷達。
Velodyne研發的第一臺激光雷達直徑達到30英寸，重量接近100磅。但是Velodyne不是將馬上這款產品直接應用于比賽去獲取勝利，而是沿著商業化的路徑繼續探索。 到2007年，Velodyne已經成功推出了體積和重量都顯著降低的64線激光雷達產品，并將其 HDL-64激光雷達傳感器用于DARPA挑戰賽。
這款64線激光雷達傳感器立刻成為當年所有頂級DARPA挑戰隊伍用來構建地形圖和探測障礙物的主要手段，包括比賽的第一、二名——卡耐基梅隆大學和斯坦福大學，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應用于自動駕駛車輛、車輛安全系統、3D移動制圖、3D航空測繪和安保等領域。
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，行業內對高達7.5萬美元售價的激光雷達產品還少有問津，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，汽車行業看到，激光雷達已經小到巴掌大小，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展熱潮。
Velodyne亞太區總監翁煒告訴鈦媒體，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，預計的交貨量在20萬個。不過要注意的一點是，現在這個時間節點上，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業鏈才是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。
Velodyne全部員工為250人，80%是技術人員，雖然Velodyne還有收音機等業務，但大規模的精力還是集中在LiDAR業務上。除了現有生產LiDAR的部分，去年中旬，Velodyne也獨立出來了Velodyne Labs部門，專注于LiDAR產品后續的研發。
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是老生常談，這也是其控制無人駕駛行業發展節奏的一項重要因素。
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年國內有包括神州、四維圖新等在內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，但首先在技術上。此前Velodyne激光雷達的發射器和接收器都未進行AISC標準設計，不能投入大規模生產，只能使用人工組裝和調校。
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，需要保證發射出去的激光束被成對的接收器收到，不能有任何偏差。而激光發射和接收組的調校都需要人工完成，這個過程極其復雜和耗時。據了解，64 線(64對發射器和接收器)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。翁煒透露，去年年底發射端的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，預計在2018年年底投入規�；a。“有了這兩組芯片，就可以進行流水化的生產，不再需要手工的生產。”
除此之外，Velodyne也開始對生產線進行升級，現有的工廠是加州的Morgan Hill，這座工廠的產能已經不夠用。
Voelodyne在圣何塞又收購了一家規模大4倍的工廠，新工廠將在6月底完成基礎設施的改造，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，屆時產品的交付周期將恢復至4-6周左右。”翁煒說。
“超級工廠”加上芯片級產品是規�；a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，而單個激光雷達的成本則可以降到500美元以內。
“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，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轉變為采用激光雷達的激進派。
為了迎接即將到來的訂單爆發，除了在美國收購大規模工廠，Velodyne也曾借助百度投資的關系，與后者合力推動亞太地區本地化的批量生產。前百度自動駕駛事業部王勁離職讓百度的自動駕駛戰略變得不太明朗，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網公司，希望建立這樣的合作，而像蔚來汽車這樣產業鏈布局完善，同時有量產汽車落地的團隊，也在Velodyne的合作范圍內。
翁煒告訴鈦媒體，來自亞太地區的訂單量目前占到Velodyne訂單總量的四分之一，而優惠的人力成本、關銳減免以及巨大的市場容量都讓亞太市場的戰略地位日益劇增。
危機來了
美國波士頓咨詢集團做了一個預測，無人駕駛汽車創造的市場價值將達到420億美元;2035年前，全球將有1800萬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，或成為這場預測成真的前兆。
巨大的市場規模成為創業者趨之若鶩的沃土，而Velodyne本身的節奏也顯得有些拖沓。動輒數月的交貨周期讓急于推進無人駕駛研發的企業感到十分苦惱。
國內一家多線激光雷達創業公司告訴鈦媒體，初創公司的機會首先在于激光雷達的技術還不成熟，且價格倨傲，其次，行業龍頭Velodyne產量嚴重不足，難以供應市場需求。
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，創業公司Quanergy橫空出世，宣布將于次年推出固態激光雷達，價格在250美元左右，而彼時，Velodyne連售價8000美元的16線激光雷產品都還未推出。
固態激光雷達將采用與Velodyne機械雷達完全不同的技術，其將通過相控陣原理，以集成電路對周圍環境實現感知，這種技術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百美元內。
翁煒回憶，當時Quanergy在Velodyne內部確實引發了不少擔憂，“我們的機械雷達是不是要被淘汰”“固態雷達出來，我們的市場在哪里”，這一波危機甚至引發了一個市場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都在著手研發適用于自身的更低價激光雷達成本，谷歌曾宣布已經掌握了7500美元的激光雷達技術。
達摩克里斯之劍高懸于頂。Velodyne創始人David Hall曾在內部會議上，以公司多年的技術積累給員工打氣，
“我們的產品經過7年左右做出來，一款工業級的產品，從研發到應用到投入市場，這些步驟是要經過時間的考驗，要經過反復迭代。”
David Hall博士表示，Velodyne已經做了5代的產品，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。”
而且在核心技術上，Velodyne也有專利為武器。激光雷達在無人駕駛行業的應用關鍵在于控制好能量，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激光雷達，都是Velodyne所屬IP。
而關于固態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，如果發射裝置和接收裝置、鏡片成本的繼續下降，我們的成本也可以控制在100塊美金以內。”
誰先做出固態雷達還不一定
當然，嘴上雖然打仗，但Velodyne對于未來的技術趨勢已經開始布局。2016年CES上，福特和Velodyne宣布推出了面向汽車廠商定向開發的VLP32半固態激光雷達方案。
原來的激光發射裝置是在轉鏡上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型號是一個統一的標準，目前已經收回主要車廠的測試反饋，Velodyne相繼又推出B型號，用于車廠的現階段的裝車測試，然后根據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，可以根據車廠的需要定制化到128線。
根據Velodyne的統計，主機廠大都希望在2020年用到128線的產品，而像谷歌這樣的互聯網公司還要在感知環境之外追求一些附加值，其希望用到256線的產品。
翁煒介紹，128線或者256線雷達產品的發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不轉的情況下，依據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的需求。
當然，2020年無人駕駛車輛主要的應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。
除了半固態雷達，關于更為顛覆性的固態雷達，Velodyne內部專職研發的Lidar Labs下設了8個工作室，收羅了大量科學家也在推動這項技術的研發。
翁煒介紹，主流的固態激光雷達的技術有Flash、MEMS、相控振理論等，前兩種技術在Velodyne LabS相應的工作室進行研發，并做到了應用階段，在Velodyne未來的產品上已經有所涉及。第三種，即熱門的相控陣技術，Velodyne不僅自己在做研發，也和NASA(美國宇航局)建立了合作，來推動這項技術。
“固態雷達不一定誰先做出來，我們有良好的收益，不需要給投資方發聲，報告我們更多的結果。”David Hall說。
翁煒也表示，從上到下，對于產品的創新和完善，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領先的狀態。”
據媒體公開報道，Quanergy將于2017年下半年推出其非車規級雷達產品，售價在250美元左右，一年后推出車規級量產產品，價格或降至100美元甚至更低。
這個時間節點與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的半部發展史，雖然激光雷達在價格、規�；a、產品化技術上還有諸多難題需要攻克，但是從從行業龍頭，到新創團隊，都已經就前沿技術展開角逐，這對于無人駕駛的提前到來無疑是一個福音。
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