为什么你买不到最新半导体技术的自动驾驶汽车？

去年，梅赛德斯-奔驰公司(以下简称：奔驰公司)发布了L3级别的Drive Pilot系统，并获得了在德国道路上使用的认证。那些“大款”可以选择多花几千欧元，购买一辆配备了自动驾驶系统的新奔驰车，该车的自动驾驶时速可达每小时60公里。今年，奔驰宣布L3 Drive Pilot已获得美国内华达州的认证，预计下半年将向该州交付具备L3自动驾驶功能的车辆。dpgesmc

实际上，从L2到L3的跨越可能是所有自动驾驶级别中最棘手的一步，L3正式获得官方认证许可是自动驾驶汽车发展史上的“重要的里程碑事件”。不过，根据IDTechEx的研究结果显示，奔驰L3自动驾驶汽车上所使用的大部分半导体技术都已经过时，这一结论可能会让大家感到惊讶。dpgesmc

L3级别自动驾驶的重要意义

这里说的L3是指美国汽车工程师协会(SAE)的六个自动驾驶级别中的一个。根据SAE的L0-L5的分级，其中L0是完全手动驾驶的车辆，L5是完全自动驾驶的车辆，L3车辆具有一定的自动驾驶能力。在某些特定条件下，L3级别的车辆能实现自动驾驶，可把驾驶员的注意力从路上释放出来。而L2车辆通常配备车道保持辅助系统和自适应巡航控制等功能，驾驶员必须要始终保持对车辆的掌控，若车辆在开启L2功能时发生了交通事故，那么其驾驶员需要担责。dpgesmc

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SAE定义的六个自动驾驶汽车级别 图片来源：IDTechExdpgesmc

一直以来，L3级别自动驾驶面临的一大挑战是：当车辆在运行L3系统时出现了交通事故，该由谁负责？奔驰公司一定程度解决了这一问题——若车辆在运行L3系统的状态下出现交通事故，则由公司来承担这一事故的责任。这要求车厂对自己的自动驾驶系统有足够大的信心，毕竟奔驰公司希望确保销售自动驾驶系统所产生的利润，能远远覆盖其赔付的交通事故责任费用。dpgesmc

奔驰S级和EQS使用的自动驾驶系统确实令人印象深刻——该系统包括一个激光雷达、五个雷达和六个摄像头，以及一台由英伟达提供驱动力的自动驾驶“汽车大脑”，所有这些部件都基于正在快速发展的半导体技术。虽然奔驰公司为其车辆选择的组件都是尖端的，但是由于半导体技术的发展非常迅速，而汽车的生产周期又耗时很久，从生产线下线的汽车上搭载的半导体技术，其实要落后于当前半导体代工厂所能提供的技术。dpgesmc

为何说Drive Pilot的技术是过时的？

其实，以上这种情况并非奔驰公司独有。从构思一辆汽车(包括决定所需的自动驾驶功能和实现这些功能所需的传感器)到量产车下线，这一过程需要耗费长达数年的时间。在这漫长的生产周期过程中，市场上将会出现性能更强的传感器，经过了漫长的整车生产周期后，最终上市时车上搭载的半导体技术，可能变成为了“上一代”技术。dpgesmc

• 车载激光雷达难以跟上半导体的发展

考虑到半导体行业的发展速度，这种情况则会更加复杂。假设X公司正在设计一辆汽车，设计师为汽车选择了一款雷达，采用的是当时最先进的技术。但由于汽车生产周期很长，而半导体行业的发展速度快，搭载了这颗雷达的量产车，要在未来几年后才能上市，这代表汽车上市时，其搭载的雷达可能已经过时。dpgesmc

奔驰S级和EQS上的激光雷达就是一个例子。目前，这些车辆使用的是Valeo的第二代Scala激光雷达。2017年Valeo的激光雷产品被用于奥迪A8中，使之成为最早进入车载市场的激光雷达之一。毫无疑问，第二代Scala激光雷达是一个出色的产品，但在奔驰公司公布Scala将用于其L3系统仅一年多，该公司又紧接着宣布将使用Luminar的激光雷达。对此，奔驰公司在其公告中表示称，Luminar Iris支持L3系统以80英里/小时的速度运行，该速度是目前L3系统限速40英里/小时的两倍。dpgesmc

奔驰公司通过更换激光雷达供应商来获得性能提升，其部分原因是与升级激光雷达的激光器有关——从Valeo Scala的905纳米激光器升级为Luminar Iris的1,550纳米激光器，后者的激光器所发射激光的波长更长、发射能量更强，从而其激光雷达的探测范围更广，对人眼而言也更安全。不过，波长的变化也意味着需要不同半导体技术的支持。dpgesmc

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图2：2008-2027年，台积电、三星、英特尔、格芯的最小工艺节点能力 图片来源：IDTechExdpgesmc

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图3：2015-2022年，不同波长的激光雷达产品的占比 图片来源：IDTechExdpgesmc

例如，905纳米激光雷达探测器通常使用硅技术，硅更容易获得且价格相对便宜。然而，硅在波长超过1,000纳米时就会停止吸收光线，激光雷达制造商将只得使用诸如砷化铟镓(InGaAs)等其他材料。InGaAs被视为1,550纳米激光雷达探测器的理想材料，但其生产工艺和供应基础设施不如硅成熟，InGaAs的矿物质原材料更稀有、成本更高。值得注意的是，半导体初创企业已经做出了一些成绩。例如，TriEye展示了短波红外传感器系统，该技术集成在硅基图像传感器上，可探测到1,000-1,600纳米的波长。或许这项技术可被改进，并用于1,550纳米的激光雷达。dpgesmc

奔驰公司转向1,550纳米的激光雷达，顺应了激光雷达行业的发展趋势。如今，市场上绝大多数激光雷达产品都采用1,550纳米技术。当然，在某些情况下，一些公司仍在追求905纳米，但IDTechEx认为，整体上看，该行业正在突破1,550纳米的藩篱。dpgesmc

• 自动驾驶“车载大脑”难以跟上半导体的发展

自动驾驶“车载大脑”是另一个难以跟上半导体行业发展速度的领域。奔驰公司在2020年宣布将使用Nvidia Drive Orin SoC来驱动其自动驾驶汽车系统。Nvidia Drive Orin SoC基于Nvidia的Ampere架构，而Ampere架构现在已经落后了一代。Ampere架构使用了三星的10纳米工艺，使Orin的计算能力达到了255万亿次每秒(TOPS)。但在奔驰公司获得内华达州L3认证之前，Nvidia就发布了Thor SoC，新SoC可提供2,000 TOPS的计算能力。Thor SoC可能与Nvidia Ada Lovelace架构的40系列GPU一样，采用台积电的4纳米工艺。预计Thor SoC将在2025年投入量产车辆，根据台积电的路线图，那时台积电将有能力量产2纳米工艺芯片。dpgesmc

半导体行业的发展速度非常快，以至于一辆新车在进入展厅时，其搭载的半导体器件就可能过时了，但这也为技术改进留下了充足的空间。L3级别的奔驰S级和EQS是功能强大的机器，但其配备的传感器、SoC等半导体技术已落后了一代。如果奔驰公司今天可使用昨天的技术获得L3认证，那么明天它将能利用今天的技术做些什么呢？dpgesmc

本文翻译自国际电子商情姊妹平台EETimes Europe，原文标题：The Latest Autonomous Technologies Are Already Outdateddpgesmc