贾浩楠发自副驾寺智能车参考|公众号AI4Auto
激光雷达，究竟能做多小？
雷达云图实时（雷达云图天气预报）
最新进展：1平方厘米 。
【雷达云图天气预报 雷达云图实时】没错，体积几乎可以不计，只算面积，因为这是一款基于硅光子芯片的激光雷达 。
这意味着，如果实现量产，自动驾驶将摆脱镶嵌或外挂，直接将激光雷达隐藏进车身 。
更重要的，这种集成在光子芯片上的激光雷达，能耗、效率、集成度与传统激光雷达相比，理论上能有3-4数量级的提升 。
这项成果来自伯克利电子计算机系，并发表在Nature，共同一作张晓声，还是2017级清华大学特奖获得者 。
集成在芯片上的激光雷达，到底能不能看清东西？
直接看结果 。
这组实验中，演示了一个最高具有128×128硅光子的MEMSFPSA（基于微机电系统的焦平面开关阵列），也就是说，这个设备将激光束随机引导到视场范围内中的16384个不同的点，而且切换时间为微秒级别 。
把交通标志常用材料制成的“CAL”字样的3D目标，放置在距离雷达0.8m远处，返回的雷达点云图中可以清楚看出目标的形状、尺寸、景深特征 。
另一组实验，把目标分别移到5.2m、10m的距离，激光雷达点云图依然能探测到物体信息 。
光子芯片激光雷达的视场范围达到70°×70°，最高角分辨率为0.6°×0.6°，和32线传统激光雷达相当 。
成像仍然是2D平面，并且有效探测范围在10m左右，小于目前车规级激光雷达200m的范围 。
但在两组实验中，这种激光雷达的发射功率分别为1mW和2mW*（连续波功率）* 。
作为对比，一个2代机械式32线激光雷达，典型功率在12W左右 。
无论这12w是指额定功率还是峰值功率，至少也比硅光子芯片激光雷达高数千至10000倍 。
所以，这种激光雷达就算是通过提高功率达到百米级有效探测距离，能耗依然会比传统激光雷达小得多 。
而且据团队介绍，这种新型激光雷达，不需要新的量产设备，常规的CMOS代工厂就能大规模生产 。
实现这些优异性能的关键，就是前面说到的FPSA：焦平面开关阵列 。
首先要明白硅光子芯片是什么 。
电子是费米子，是有质量的物质，所以在传输信号时会因为质量的惯性产生较多的能量损耗，但光是玻色子，是物质之间的相互作用力，静止质量为零，传输信号时能量损耗小 。
所以与电子相比，光子作为信息载体具有先天的优势：超高速度（数十TB/s）、超强的并行性（信息容量比电子高3-5个数量级）、超高带宽、超低能耗 。
也正是因为光子的特殊性质，使得相同性能的前提下，光子芯片对制程工艺的要求低得多 。
这也是为什么CMOS产线就能量产硅光子芯片的原因 。
至于光子芯片的本质，就是在硅基底片上集成大量的光运算逻辑门，基础构成依然是“或”、“与”、“非”…
只不过，光运算逻辑门是通过微型光束的“开关”来表示基础的0和1 。
具体到这项研究上，团队正是把光子开关用在了激光上，实现对激光的人为控制，这才将一个传统意义上需要复杂机械、光学结构的激光雷达集成在一个1厘米见方的硅基底片上 。
FPSA上的每个“光开关”都能引导微型光束中的一束，充当“交警” 。
由于光子开关需要的能量很少，并且不会产生任何热量，所以它们不会面临电气开关那样的极限 。
FPSA中，光束穿过纵横交错的纳米薄度的沟道阵列，然后到达某个光开关，开关关闭时，光线直接穿过沟道 。打开开关，会降低一个小斜坡，把光引导到上面的沟道，然后右再转，使用第二个斜坡将光线降低回来 。
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