搭载激光雷达和5纳米芯片的通用汽车Ultra Cruise全面揭秘

周彦武

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美国权威汽车评论媒体《消费者报告》曾经将通用凯迪拉克CT6的SuperCruise与包括特斯拉FSD的其他几种智能驾驶系统做过对比，Super Cruise力压特斯拉最受好评。超级巡航比特斯拉FSD增加了激光雷达扫描地图和高精度定位模块以及高精度卫星定位服务。这是超级巡航拿第一的关键因素。本月，通用汽车宣布了Super Cruise的高级版本Ultra Cruise，UltraCruise将于2023年正式推出，用于豪华车上，中低端车则继续用Super Cruise。升级部分主要是增加了激光雷达和采用高通5nm芯片SA8295做主处理器。

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Ultra Cruise只能在北美使用，即上图的路线上使用，路线为原始的13万英里，蓝线是新加的，包括了加拿大部分线路。

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这是Ultra Cruise的谍照，激光雷达位于挡风玻璃后面，体积很小，几乎看不到。车顶上的系统是验证测试系统，量产车从外观上不会与传统车辆有任何区别。

Ultra Cruise的激光雷达供应商是Cepton，2016年创立于硅谷的高性能 MMT（Micro Motion Technology，微动技术）激光雷达解决方案公司Cepton（又称“赛瞳科技”）在今年8月宣布，已与一家公开交易的特殊收购目的公司GrowthCapital签订最终的企业合并协议，以及总额为 5850 万美元的私募相关认购协议。交易完成后，合并公司将更名为“Cepton, Inc”在纳斯达克交易市场上市，新股票代码为“CPTN”。这也就意味着，创立5年的Cepton通过“借壳上市”的方式，完成了登陆二级市场的目的。与任何一家激光雷达企业都不同，Cepton的定位是L2/L3级的激光雷达，而不是L4。Cepton的投资者包括英伟达和全球最大的车灯供应商日本的KOITO（小糸制作所）。Cepton是一家华人企业，首席执行官裴军，团队大多来自Velodyne。

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KOITO向Cepton投资了5千万美元，对于保守的日本企业来说这是极为罕见的，日本中小企业几乎从不对外投资风险企业。KOITO与Cepton合作，打造车灯与激光雷达一体设备，将激光雷达放进车灯。Cepton除了通用汽车的项目外，还有两个平台。2024年有8款车会采用Cepton的激光雷达。

不仅是汽车领域，Cepton还与高通开拓了城市基础设施服务领域，2021年10月18日，Cepton加入高通智慧城市加速器计划(Qualcomm® Smart Cities Accelerator Program)。通过高通物联网服务套件，Cepton以及其智慧空间的关键合作伙伴The Indoor Lab计划与高通公司展开合作，利用基于激光雷达的人群分析系统（该系统既能保障隐私又能优化空间利用），来提供“智慧场馆即服务”。Cepton与TheIndoor Lab合作，于2020年在奥兰多国际机场的一个航站楼部署了一套基于激光雷达的人群分析解决方案。作为试点项目，该解决方案能够提供匿名的脚步追踪数据，帮助维护人员开展具有针对性的清洁工作，同时帮助旅客避开拥挤区域。

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Cepton采用音圈驱动方案，原理与扬声器完全一致，专利解说图如上，激光雷达包括固定的发射透镜130和接收透镜140。以及基本上设置在发射透镜130后焦平面上的激光源110a~110b。激光源110a用于发射激光脉冲120。激光脉冲经发射透镜130准直并射向LiDAR传感器前方的物体150。然后，从物体反射的激光脉冲122，射向接收透镜140。通过接收透镜140聚焦到相应的光电探测器160a~160b，光电探测器160a~160b基本上设置在接收透镜140的焦平面上。最后，通过耦合到激光源110a和光电检测器160a的处理器190，确定激光脉冲120从发射到被探测的飞行时间（ToF），进而计算获得LiDAR传感器和物体之间的距离。

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关键的扫描器专利解说图如上，四个激光源110a~110d和四个光电探测器160a~160d安装在同一刚性平台230上。刚性平台230通过两个挠曲元件220a和220b联接到第一基板210。挠曲元件220a和220b可以通过使用单个执行器向左或向右偏转（例如音圈250和永磁体260，或者通过压电执行器等方式）。第一基板210可以通过两个挠曲元件270a和270b联接到第二基板212。挠曲元件270a和270b可以通过使用单个执行器向前或向后偏转（例如音圈252和永磁体262，或者通过压电执行器等方式）。因此，通过挠曲元件220a和220b的左右移动，以及挠曲元件270a和270b的前后运动，激光源110a~110d和光电探测器160a~160d可以分别在发射透镜130和接收透镜140的焦平面中进行二维扫描。

音圈激光雷达技术满足激光雷达大规模商业化的三个要素：高性能、低成本、高可靠性。光源和探测器不是静止的，而是被放到电磁铁动圈上，提供电流后就可以用来扫描一个整体的图像或者说环境。光源和探测器也不是单一的，它们拥有多条通路和多通道的阵列。这种独特的成像方法有两大优点：第一是借鉴了相对成熟的喇叭技术，它不像电机和轴承，不产摩擦、没有部件损耗；第二是光源与探测器都是从镜头直出直入的，没有镜子，避免产生衰减和偏振。最重要一点是成本低。给通用的供货价大概500-700美元。

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音圈激光雷达自然也有缺点，首先是FOV比较窄，以为音圈的活动空间有限，玩过喇叭的人都知道，一旦超出某个功率上限，音圈运动是非线性的，也就是失真，喇叭的广告词都是大音圈长冲程。再一个是角分辨率略低，音圈不是电机，难以达到很多级的控制精度。这些用在L2/L3上都不算什么缺点。音圈激光雷达与MEMS激光雷达非常近似，只是用音圈代替了MEMS，缺点是成本高了，有运动部件，光不能直进直出，信噪比略低。优点是FOV可以宽，角分辨率可以更高。

UltraCruise将采用高通第四代汽车座舱芯片，即5纳米的SA8295

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高通目前只有一款5nm芯片，即Snapdragon 888，型号SM8350，改进版 Snapdragon 888 Plus，型号SM8350-AC。两者区别是888 Plus的超大核Cortex X1的运行频率更高，为2.995GHz，AI算力更强，达32TOPS，而888是26TOPS。通用汽车要在2023年推出Ultra Cruise，那么在2021年就必须拿到5nm芯片的样片，只能用SM8350的车规版芯片，即SA8295。

高端汽车的出货量与手机的出货量相比几乎可以忽略不计，太低了。一款5nm芯片的一次性费用大约3亿美元，高通也没有必要单独为出货量低到可以忽略的汽车领域单独开发芯片。

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Snapdragon 888采用8核设计，一个Cortex-X1的超大核，运行频率2.84GHz，车机版应该低一点，估计2.5GHz，3个A78大核，运行频率2.4GHz车机版低一点，估计2.1GHz，4个A55高效率核，运行频率1.8GHz，估计车机版也要再降100MHz。

根据ARM的内部资料，取中间值，A76的算力为11.55 DMIPS/MHz。A75也取中间值，为8.85 DMIPS/MHz。ARM没有公布过A77和A78的算力，根据每一代提升大约20%性能，估计A78算力为16.632 DMIPS/MHz，考虑到ARM性能不仅只有算力这一项，估计A78算力最可能是15-16DMIPS/MHz，取中间值15.5DMIPS/MHz。CortexX1则比A78再强22%，即18.91DMIPS/MHz。和三星联发科比，高通的CPU不强，但GPU和NPU都具备绝对优势。

相信Ultra Cruise足以挑战特斯拉的FSD 2.0（即HW4.0）。

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