面對(duì)全球技術(shù)智能化發(fā)展的巨大浪潮，作為國(guó)際芯片與半導(dǎo)體行業(yè)巨頭的安森美也感知到了這股力量帶給市場(chǎng)的新節(jié)奏，憑借多年積累的行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，做出了自己的回應(yīng)。
近期，安森美半導(dǎo)體智能感知部全球市場(chǎng)和應(yīng)用工程副總裁易繼輝(Sammy Yi)接受了媒體的采訪，并全面介紹了安森美半導(dǎo)體在智能感知應(yīng)用領(lǐng)域的大量方案和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
安森美半導(dǎo)體智能感知部全球市場(chǎng)和應(yīng)用工程副總裁 易繼輝(Sammy Yi)
緊湊的內(nèi)部架構(gòu)
安森美半導(dǎo)體目前主要分為三個(gè)產(chǎn)品部門：電源方案部(PSG)，先進(jìn)方案部(ASG)，以及智能感知部(ISG)。易繼輝所代表智能感知部的歷史其實(shí)并不長(zhǎng)。
據(jù)易繼安介紹，雖然ISG部門從營(yíng)業(yè)額不算雖大，但成長(zhǎng)速度確實(shí)三個(gè)部門中最快的。
ISG部門可謂是現(xiàn)代圖像傳感器的發(fā)明者，在其發(fā)展歷程中融合了多家世界頂級(jí)廠商的傳感器技術(shù)，從第一塊CMOS傳感器開始到27年后的今天CMOS傳感器已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。
三年前，安森美半導(dǎo)體又陸續(xù)收購(gòu)了IBM在以色列的毫米波雷達(dá)研發(fā)中心，以及專注于飛行時(shí)間(ToF)激光雷達(dá)傳感器開發(fā)的愛爾蘭SensL公司。
因此，在圖像傳感器上，已經(jīng)擁有行業(yè)內(nèi)最多的成像專利，和最龐大的傳感器產(chǎn)品陣容，加上強(qiáng)有力的供應(yīng)鏈，安森美半導(dǎo)體每個(gè)禮拜銷售的芯片產(chǎn)品總數(shù)量就超過10億件。
發(fā)展方向與規(guī)劃
智能感知部門主要有三個(gè)主要的市場(chǎng)方向：汽車、機(jī)器視覺和邊緣人工智能。汽車和機(jī)器視覺都是較傳統(tǒng)的市場(chǎng)。在智能化的進(jìn)步帶動(dòng)各自領(lǐng)域不同的進(jìn)步表現(xiàn)。邊緣人工智能是新興市場(chǎng)，主要是由人工智能、5G、IoT等新技術(shù)導(dǎo)入后開發(fā)出新的應(yīng)用，發(fā)展非常迅速。這是非常有潛力的市場(chǎng)。在這些核心市場(chǎng)上，易繼安所在的傳感部門已經(jīng)做了非常長(zhǎng)時(shí)間的布局和投入。
安森美半導(dǎo)體在智能感知上都有解決方案。超聲波屬于另外的產(chǎn)品部門，智能感知部門做成像、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)和傳感器融合。
安森美的兩大市場(chǎng)分別是，一是汽車成像市場(chǎng)，如駕駛員、乘客、后視、環(huán)視、電子后視鏡。在全球占>60%的市場(chǎng)份額;二是汽車感知，也就是給人工智能和機(jī)器視覺用的感知系統(tǒng)，占全球>80%的市場(chǎng)份額，而且還在逐年擴(kuò)大。
能夠取得這樣的成績(jī)，是因?yàn)槎嗄陙碓诩夹g(shù)、產(chǎn)品上的投入和積累，包括對(duì)客戶市場(chǎng)的信譽(yù)，持久性的產(chǎn)品服務(wù)和質(zhì)量可靠性。去年一年在汽車市場(chǎng)銷售了近一億顆傳感器，而全球汽車銷售量在6,500萬輛，平均一輛車有2個(gè)攝像頭。Hayabusa是一個(gè)系列的產(chǎn)品，最近已經(jīng)上市，它是具有整個(gè)市場(chǎng)最高的寬動(dòng)態(tài)效果和第一款具有網(wǎng)絡(luò)安全功能產(chǎn)品。
未來的汽車已經(jīng)不像傳統(tǒng)的汽車了， ADAS攝像頭、倒車攝像頭、環(huán)視360度，監(jiān)控、電子車鏡、駕駛員監(jiān)控、乘務(wù)員監(jiān)控、車內(nèi)的、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)。
現(xiàn)在最好的汽車感知系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人類的感知，能夠分分秒秒、時(shí)時(shí)刻刻不間斷地監(jiān)控周圍環(huán)境，這是人類駕駛員遠(yuǎn)做不到的。而且駕駛員經(jīng)常會(huì)有分心的時(shí)候，注意力不集中疲勞的時(shí)候，感知系統(tǒng)則不會(huì)有這樣的問題。
對(duì)汽車自動(dòng)駕駛功能的要求，已經(jīng)不僅是需要“可靠的汽車”，而是需要“可信的汽車”。需要在一些緊急情況下能夠自己做出判斷，自己做決策，自己采取行動(dòng)。這就是功能安全。所以，功能安全越來越重要。
網(wǎng)絡(luò)安全。車聯(lián)網(wǎng)、智能網(wǎng)聯(lián)汽車以后會(huì)越來越普遍，如果黑客能夠進(jìn)到感知系統(tǒng)其危險(xiǎn)性可想而知。所以，網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)外，特別是歐洲，已經(jīng)準(zhǔn)備放到政府和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)里。
汽車自動(dòng)駕駛成像的多樣化，包括外部感知、內(nèi)部感知、增強(qiáng)視覺。
內(nèi)部感知，從最早只是對(duì)駕駛員的疲勞監(jiān)控，逐漸地?cái)U(kuò)大到駕駛員有沒有在用手機(jī)，有沒有分散精力，有沒有系好安全帶，還進(jìn)一步擴(kuò)大到乘客的感知。這也是一個(gè)未來新興市場(chǎng)。
視覺增強(qiáng)，主要是為了給駕駛員和乘客提供更好的視覺感知，包括電子后視鏡，不需要回頭就能在后視鏡直接看到真正的電子圖像;而且這種疊加，特別是把高清地圖和真實(shí)路況疊加起來，告訴你前面哪里有加油站，哪里有重要的景點(diǎn)，哪里有紅綠燈。這些都是視覺增強(qiáng)的應(yīng)用，讓駕駛員能夠更安全地駕駛。
這是一個(gè)圖像傳感器的示意圖，未來還有更多芯片可以疊加起來，加上一些更智能化的，包括人工智能都可以直接放在圖像傳感器里。
Hayabusa系列產(chǎn)品用了這個(gè)技術(shù)以后，一次曝光就能實(shí)現(xiàn)95dB。經(jīng)過多次曝光可以達(dá)到120dB，未來的平臺(tái)，下一代的產(chǎn)品一次曝光希望能夠達(dá)到110dB。多次曝光可以達(dá)到140dB，這是世界整個(gè)行業(yè)中領(lǐng)先的一個(gè)指標(biāo)。
左圖是寬動(dòng)態(tài)不好的情況下，照顧了暗的部分，亮的部分就都失去了。寬動(dòng)態(tài)好的話，不光暗的地方看得非常清楚，在亮的地方，包括紅綠燈，前面的車輛都能看得很清楚，這就給人工智能、給算法提供非常準(zhǔn)確和全面豐富的信息，可以做出非常準(zhǔn)確和安全的判斷。因此寬動(dòng)態(tài)是非常重要的。
另外一個(gè)場(chǎng)景大家經(jīng)常碰到過，它的寬動(dòng)態(tài)范圍是102dB。如果傳感器只是70dB，這種場(chǎng)景很多地方你看不出來。比如旁邊有一個(gè)行人，如果傳感器的寬動(dòng)態(tài)不夠，不到100dB，完全看不出來這有一個(gè)行人。所以，安森美的110dB傳感器完全可以提供非常詳細(xì)的信息。
安森美的產(chǎn)品覆蓋面非常廣泛，在視覺、自動(dòng)駕駛、車艙內(nèi)智能駕艙，邊緣計(jì)算，毫米波雷達(dá)，激光雷達(dá)，相應(yīng)的應(yīng)用上都有整個(gè)系列產(chǎn)品。
安森美半導(dǎo)體不光只是提供單一的產(chǎn)品，比如圖像傳感器和信號(hào)處理器(ISP)，還提供很多其他的器件，包括二極管、LDO、電源管理IC。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，在設(shè)計(jì)新的下一代圖像處理器時(shí)，可以和其他產(chǎn)品部門合作，來探討怎么樣開發(fā)相應(yīng)的電子產(chǎn)品、器件，使攝像頭能夠達(dá)到最優(yōu)化。這是其他圖像處理器公司沒有辦法做到的。
在行業(yè)屬于第一個(gè)先做起生態(tài)系合作伙伴系統(tǒng)的公司。目前已經(jīng)開發(fā)超過50家合作伙伴，從光學(xué)鏡片到信號(hào)處理器，I/O、Interface接口、SoC處理器、軟件系統(tǒng)，都已經(jīng)有很多的合作伙伴。
中國(guó)自動(dòng)駕駛的趨勢(shì)
國(guó)內(nèi)一些整車廠推出高端品牌車上，已經(jīng)有L2、L3的功能。跟國(guó)外有一點(diǎn)不同的是，國(guó)外的L2、L3也就是先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)，是由法規(guī)和安全標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)的。
L4、L5自動(dòng)駕駛，現(xiàn)在落地的商業(yè)模式基本上很清晰，以前一開始以B2C的形式走消費(fèi)類，走個(gè)人的私家車，但這個(gè)現(xiàn)在已經(jīng)停下來了?；旧暇褪荁2B，先以商業(yè)車的模式來落地。目前智能感知系統(tǒng)成本非常高，只有商業(yè)車才能承受得這樣的成本。商用車主要分為幾類，一是自動(dòng)駕駛的出租車(Robotaxi)，國(guó)內(nèi)發(fā)展的速度非常快，完全不輸美國(guó)，且在中國(guó)和美國(guó)兩地都有研發(fā)中心。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在18個(gè)城市發(fā)了自動(dòng)駕駛的許可證，而且將近500輛全自動(dòng)駕駛的出租車在路上跑，光百度就有將近200輛，發(fā)展非常快。
二是物流機(jī)器人，特別是新冠狀病毒疫情以后，物流機(jī)器人的應(yīng)用越來越普及，特別是在一些小區(qū)、校園、工業(yè)園區(qū)、醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)逐漸開始了很多的應(yīng)用。
三是大型商業(yè)車。因?yàn)楦咚偕虾芏鄲盒允鹿识际且驗(yàn)榇蟮纳逃密囋斐傻?，特別是駕駛員的疲勞。傳感器裝上以后，360度時(shí)時(shí)刻刻監(jiān)控，它的感知能力不亞于駕駛員，因?yàn)樗鼪]有疲勞的現(xiàn)象。所以商用車自動(dòng)駕駛已經(jīng)逐步開始，在美國(guó)、歐洲、中國(guó)都已經(jīng)有在路上開始跑的了。之前的市場(chǎng)調(diào)查結(jié)果顯示安森美的市場(chǎng)份額是80%，在中國(guó)市場(chǎng)占了90%。
工業(yè)機(jī)器視覺和邊緣人工智能市場(chǎng)
一家歐洲的第三方調(diào)研公司Yole Development的數(shù)據(jù)顯示，在工業(yè)機(jī)器視覺領(lǐng)域安森美的市場(chǎng)份額也是第一。工業(yè)4.0、工業(yè)自動(dòng)化、人工智能使機(jī)器視覺市場(chǎng)快速發(fā)展，特別是在國(guó)內(nèi)。邊緣人工智能不斷地、幾乎每年會(huì)出現(xiàn)一些新領(lǐng)域，比如新零售，智慧農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)都開始了智能化。
一些新興設(shè)備，特別是在新冠狀病毒以后的后疫情時(shí)期有一些大的趨勢(shì)：一是遠(yuǎn)程化。遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)越來越普遍;二是無人化，例如無人送貨車、無人商店，減少人和人之間的接觸，即無接觸化。不需要開門抓手把，不需要去推門，減少一些傳染。還有一方面就是COVID-19的檢測(cè)，安森美現(xiàn)在和世界上很多公司都在合作開發(fā)COVID-19病毒檢測(cè)設(shè)備。
平板檢測(cè)是整個(gè)工業(yè)機(jī)器視覺行業(yè)中，對(duì)圖像傳感器最有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用。它從1K、2K、4K一直到8K，像素在逐漸擴(kuò)大。檢測(cè)過程分兩步：第一步是暗檢測(cè)，上電前主要檢測(cè)一些指紋、劃痕和其他物理上的問題;第二步是上電以后，特別是在OLED，加上最新的AMOLED(Active Matrix OLED)。LED是有一個(gè)亮板在后面作為發(fā)光源，而OLED，特別是AMOLED，它的每個(gè)像素都是一個(gè)單獨(dú)發(fā)光源。像素和像素之間發(fā)光的強(qiáng)度和色彩的均勻度都要能夠很準(zhǔn)確地偵測(cè)出來，這就對(duì)圖像傳感器的要求非常高。過去檢測(cè)LED面板上的1顆像素，對(duì)應(yīng)需要9顆像素(3×3)，OLED則對(duì)應(yīng)需要16顆(4×4)，甚至25顆(5×5)像素。所以對(duì)圖像傳感器的像素要求越來越高，從4,500萬要到1.5億像素，甚至超過2億像素。
再介紹一下過去的大趨勢(shì)。上圖就是1.3英寸固定尺寸的圖像傳感器在這些年的發(fā)展趨勢(shì)。同樣圖像傳感器的分辨率在逐年提升，從過去的200萬像素，500萬，800萬，1200萬，現(xiàn)在達(dá)到超過2000萬。二是噪聲導(dǎo)數(shù)，相當(dāng)于圖像質(zhì)量，在同樣大小的尺寸下的圖像傳感器逐年隨著像素的增大，圖像質(zhì)量也是不斷地提高。帶寬也是在逐年提高。一個(gè)很好的例子，29×29mm2標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)用攝像頭，在十年以前可能只是200萬像素，后來逐漸增加到300萬、500萬、1200萬，今年已經(jīng)能夠用到1600萬像素。
在工業(yè)制造里，勞動(dòng)生產(chǎn)率是降低成本很主要的因素，線路板檢測(cè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率，就是在固定單位時(shí)間內(nèi)所能檢測(cè)的線路板面積越大，勞動(dòng)生產(chǎn)效率就會(huì)越高。相對(duì)圖像傳感器來講，單位時(shí)間內(nèi)收集信息量越大，生產(chǎn)效率就越高。我們這一款PCB是2100萬像素，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的是500萬像素和1300萬像素，安森美的信息采集量比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手能大了4倍，能夠成倍地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
最近新的XGS系列圖像傳感器，從200萬像素一直到4500萬像素，有11款不同像素的產(chǎn)品。該系列有個(gè)最大的特點(diǎn)，就是我們的產(chǎn)品開發(fā)戰(zhàn)略，客戶只需要兩塊線路板設(shè)計(jì)就能支撐11款不同的傳感器，相對(duì)于11個(gè)線路板就節(jié)省了大量的成本和時(shí)間。我們這一系列的產(chǎn)品性能有極大的提高，包括幀數(shù)、寬動(dòng)態(tài)、暗電流。另一個(gè)也是創(chuàng)造了行業(yè)第一的29×29mm2這款攝像頭，可以放進(jìn)1600萬這一款傳感器，也就是以后的29×29 mm2已經(jīng)可以用到1600萬像素的攝像頭。
這款傳感器還有很好的低照度能力，這是0.2勒克斯，幾乎非常暗的光線下能夠看得非常清楚。
3D成像、高光譜和多光譜成像都是未來的方向，現(xiàn)有的方案都是在系統(tǒng)上解決。比如3D就是雙目，兩個(gè)攝像頭，或者結(jié)構(gòu)光來解決。高光譜、多光譜，是用多個(gè)鏡頭或者多個(gè)相機(jī)在系統(tǒng)里合成。而安森美團(tuán)隊(duì)的想法是在半導(dǎo)體層面用摩爾定律來解決。一旦能夠用摩爾定律解決問題，自然就帶來了降低成本，縮小尺寸、降低功耗的好處。相位監(jiān)測(cè)在幾年前已經(jīng)開發(fā)出來了，就在像素上面做了一些改動(dòng)，基本上可以在一兩米之內(nèi)做一些深度的檢測(cè)，同時(shí)可以提供深度和色彩信息、圖像信息。
衍射光柵是半導(dǎo)體本身，圖像傳感器上做一層光柵，使它的相差能夠分離出來，形成深度的信息。這個(gè)大概在1-5米內(nèi)精度做到1.1%或2%的高精度，也是同時(shí)可以提供色彩、圖像信息和深度信息。單光子雪崩二極管(SPAD)和硅光電倍增管(SiPM)是用到ToF。它的好處是光子發(fā)出去之后，接收回來能夠非常準(zhǔn)確的看出遠(yuǎn)處的物體的距離，能夠達(dá)到250甚至300米以外的物體。高光譜和多光譜成像方面，我們也是在半導(dǎo)體層面來解決怎樣把光譜分離出來。等離子波導(dǎo)濾波片技術(shù)分離出來光譜不是那么完整和精確，但是有一些應(yīng)用場(chǎng)景是適合的。法布里-珀羅(F-P)分光濾光片是在半導(dǎo)體上加了一些反射鏡，它可以把光譜非常準(zhǔn)確地分離出來，但成本和可靠性都有一些問題。
另外一款是非常低功耗的，它只有小于2.5mW/s/幀，而且有自動(dòng)喚醒功能，平時(shí)在休眠狀態(tài)，不耗費(fèi)任何電，一旦發(fā)覺到有物體移動(dòng)、有人出現(xiàn)，自己會(huì)喚醒，是NIR+制程，所以夜間成像效果非常好。它的尺寸也非常小，1/10英寸，成本非常低。這款在去年得到一個(gè)年度圖像傳感器獎(jiǎng)。
激光雷達(dá)產(chǎn)品線
激光雷達(dá)的傳統(tǒng)用的技術(shù)就是APD，叫做雪崩光電二極管。它的缺點(diǎn)是體積大、功耗高、偵測(cè)距離范圍有限、一致性不好。我們的技術(shù)叫做SiPM(硅光電倍增管)，優(yōu)勢(shì)在于它的增益是APD的1萬倍，靈敏度是APD的2000倍，工作電壓要求非常低，只要30V，而APD要250V。它的一致性非常好，特別在大批量生產(chǎn)的時(shí)候可以批量化。
同樣，安森美公司也是按照傳統(tǒng)的產(chǎn)品戰(zhàn)略提供整體的、系統(tǒng)的方案。上圖是激光雷達(dá)功能框架圖，是由激光發(fā)射源和激光素的發(fā)射，激光素的接收、激光的傳感器、放大器、點(diǎn)云的形成，功率電源管理、激光驅(qū)動(dòng)器這幾大塊組成。在激光源、激光素發(fā)射、激光素接收的器件上和合作伙伴合作，其他電子線路和激光的接收器則是由自己開發(fā)出系統(tǒng)級(jí)方案。
目前，激光產(chǎn)品有單點(diǎn)的，例如在醫(yī)療、工業(yè)、汽車都有應(yīng)用，還有新開發(fā)出來的陣列，1×12或1×16，下一代的激光雷達(dá)都會(huì)用到這樣的產(chǎn)品。最新開發(fā)出來的叫做SPAD面陣，是400×100，已經(jīng)不是點(diǎn)云了，已經(jīng)和圖像傳感器差不多了，相當(dāng)于是一個(gè)圖像，將來完全可以實(shí)現(xiàn)有深度信息的圖像。
毫米波雷達(dá)
毫米波雷達(dá)的適用范圍有：L1、L2、L3、L4、L5。在不同自動(dòng)駕駛的級(jí)別上有不同的應(yīng)用。我們公司下一代毫米波雷達(dá)產(chǎn)品的重點(diǎn)是放在L3上。我們的技術(shù)叫做“MIMO+”，是我們的專利，新開發(fā)出來的技術(shù)。它能夠提供4D的信息，R是距離，V是速度，A是角度，E是高度，能夠提供四維信息，用于L3層級(jí)的自動(dòng)駕駛。
MIMO+和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手比較，加上實(shí)際通道、虛擬通道，比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手多一倍的通道。同樣性能的毫米波雷達(dá)，可以節(jié)省50%的mmIC器件、減少優(yōu)化控制器、線路板，可以降低總體的成本。也會(huì)開發(fā)雷達(dá)信號(hào)處理，對(duì)外聯(lián)接接口是按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不管是現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)還是未來發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)。
最道德企業(yè)，在所有領(lǐng)域完美發(fā)展
安森美半導(dǎo)體的前身是摩托羅拉半導(dǎo)體，1999年從摩托羅拉拆分出來，2000年在美國(guó)納斯達(dá)克上市。現(xiàn)在全球有34,000人左右，2019年總收入約55億美金。
安森美半導(dǎo)體已經(jīng)連續(xù)五年獲得世界最道德企業(yè)，在汽車、機(jī)器視覺、邊緣人工智能領(lǐng)域已經(jīng)成為市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者，對(duì)未來感知領(lǐng)域智能化技術(shù)正在持續(xù)發(fā)力中，不斷投入創(chuàng)新和開拓新的領(lǐng)域。
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