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22FDX制程为AR技术带来重大变革
 

【作者: Gary Dagastine】2021年04月21日 星期三

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扩增实境(AR)与混合实境(MR)科技来到历史性的转折点。而格罗方德(GlobalFoundries)与Compound Photonics(CP,又称CP Display)近期宣布的策略合作关系,将进一步推动其发展。


两家公司将共同合作,改变AR/MR的系统核心:近眼微型显示器的运作原理。CP的IntelliPix平台将使用GF等级最高的22FDX制程半导体解决方案,打造全世界第一款即时AR/MR专用单晶片微型显示器,像素可降至2.5微米。这款可广泛运用的光调变背板/视讯管线,延展出从目前的振幅式液晶覆矽(LCoS)制程技术、microLED到全像显示的发展蓝图,提供即时AR/MR系统所需的性能。



图一
图一

此款单晶片解决方案能够广泛且弹性的运用,可同时支援CP现有的液晶覆矽(LCoS)技术与即将推出的microLED显示技术。


IntelliPix的构思仅启动显示指定图像所需的像素,而非持续刷新显示器中的所有像素。未使用像素区域不只可以节省电力,亦可提升图像的画质与亮度、增加刷新率速度,最重要的是让AR眼镜具备更多先进功能与高性能、缩小体积、减轻重量,并且在单次充电後能有更长的续航时间。


IntelliPix结构整合了CP专利视讯管线,藉由软体编程背板动态控制像素,由驱动电路提供必要功率,并依据头部动作与其他环境条件做出及时反??。到目前为止,完成此项技术需要多个晶片,但是新一代的AR眼镜需要的是更为简单、高性能、小体积、低功耗的单晶片设计。


自然而然的最隹选择

GF产业暨多市场部门??总裁Ed Kaste表示,GF的22FDX解决方案具备多种优势,自然而然成了最隹选择。22FDX科技拥有比其他平面技术更高密度的静态随机存取记忆体(SRAM),而SRAM的密度又直接影响到像素密度,让IntelliPix能相当的缩小像素尺寸。此高性能且高度整合的解决方案能打造更时尚、轻巧的AR眼镜。此外,22FDX利用基底偏压控制优化像素开关性能,呈现更好的像素开关状态:当一个像素开启时,它的亮度更高,当它关闭时,是处於完全关闭状态,进一步节省了功耗与热效应。


22FDX技术中的自适基体偏压(ABB)在设计人员微调电路的电晶体??值电压时,提供了更高的精准度,更有效的优化晶片性能、能源效率、面积和可靠性,以符合特定应用的需求。


Kaste同时表示,22FDX技术也让CP能够为客户整合其智慧财产(IP)以及部分微型显示器结构所需的高压电装置到设计中。相较於其他技术,我们现有的叁考设计与生态系统资源减少了开发过程的困难度。


该技术预计今年底下线,样品将於2022年第一季交付予CP的客户。


来自大自然的灵感

自2016年开始,CP利用其LCoS显示器与进阶电子驱动结构智财组合,开始将其微型显示器的开发集中在AR/MR与抬头显示器。在目前的平台上,CP的显示器已拥有当前所知领域中最小的像素间距,具备最高的光学效率、最低的显示延迟与最高的帧率效能。


CP联合CEO Edmund Passon表示,当时拥有微型显示器子系统━光调节器、背板和驱动器帮助CP获得更多的优势。但近期,他开始思考其光学系统在直接接收资讯时,会如何运作。视网膜接收的光学信号在抵达大脑之前,会分裂成多个渠道,并进行预先处理,而这个过程类似压缩,且不须重新发送大脑已经获取的讯息。因而了解到为了达到所寻求的新一代AR/MR眼镜的性能,必须反向达成类似的事情,以减少频宽和相关的功耗,同时维持既有的性能。这意味着CP能尽可能地只发送变化中的数据资料,以使用最低的功耗来达到高性能的运作中目标/像素。」


Edmund Passon说,IntelliPix结构特点在於划分了单晶片系统(SOC)和显示器子系统的制程。CP的客户所制造的兼容渲染管线,可以藉由这项功能充分优化即时AR/MR系统。但是原先CP采用的28奈米制程半导体科技并不能满足这项需求,直到IntelliPix使用智能像素的突破性设计,搭配22FDX技术,成功地实现了这个结果。


Passon说明:「我们目前的多晶片背板结构是由需要频宽的1位元像素组成。我们起初从28奈米开始,但是为了要在智能像素下,能达到符合IntelliPix逻辑所需的像素尺寸,我们需要GF 22FDX解决方案的顶级性能、能源效率与广泛的功能整合能力。此外,展??未来,我们目前的像素尺寸是3.015微米,但是藉由IntelliPix结构的功能组合,我们可以将像素尺寸降低至最多2.5微米。这为设计如拜耳(Bayer)像素网格这样像素数较低的microLED显示器开启潜在可能。再者,适当地划分微型显示器与SOC视讯管线/成像管线能够实现最隹化的功率/性能平衡。因此,任何单晶片解决方案的可扩展性都是至关重要的,而22FDX技术正符合这个要素。」


独特的合作关系

GF穿戴装置、智能居家暨机器视觉产品部门产品经理Ran (Ruby) Yan表示,与CP合作不仅是因为其创新的软硬体科技,更是因为这家公司展现了广泛的关系网路价值。始终以最困难的挑战为目标,这不仅可以为业界带来进步,并为生活带来重大的正向改变。


Yan认为,GF拥有显示驱动器的经验,以及背板技术的整合,还有做为智慧型手机、汽车和医疗设备应用的独立IC,都为合作关系带来了强大的助益。她表示GF正在使用基准22FDX平台,而这也是原先正在进行的工作的延伸。例如:客制化需求须在光学互联加入部分独特的功能,亦会影响产线流程的後端。


显示器的未来

Kaste说,显示器会是GF的发展重点。因为它们能为公司各个事业体带来应用的成长。在这个产品发展中所展示的成果和获取的经验,都能为显示器科技和显示器价值链带来革命性的推动。他询问CP的Passon关於22FDX技术可以为AR/MR眼镜以外的应用带来什麽?



图二
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Passon说:「这是一个很棒的问题。自从我们开始使用22FDX技术,新的想法开始活跃了起来。例如,我们可想像使用22FDX技术优化影像墙性能的可能。LEDs的尺寸都不尽相同,但是IntelliPix的最高负载循环所能提供的支援,让你可以放置任意数量与尺寸的显示图块来拼接成一个壁挂式电视。」


Passon继续说道:「此外,多年来,我们已经在全像摄影上投入了很多心力,而IntelliPix平台与22FDX技术的高性能,大大的满足了这个需求。我们认为对於在汽车AR抬头显示器中,在3D空间里放入全像摄影,提升驾驶的意识与反应能力,是个绝隹的机会。实际上,鉴於当前电脑全相片(CGH)所需的计算/功率,汽车部门在近期特别锺情於全像摄影应用。CGH计算领域具有减少功率的潜在可能,IntelliPix已经能够轻松整合这些系统,以产出最隹保真度的全像摄影。」


Passon表示,未来有许多新颖且令人兴奋的可能,而要实现这个目标,在整个业界仍有大规模的技术问题需要克服。MicroLED显示器在技术上与经济上能够符合现实需求以前,这个产业必须找到将目前的像素化外延制造流程商业化的方法。同时,我们必须找到减少全像摄影计算所需功率的方法。


然而,目前AR/MR科技正处於重大变革的边缘,CP和GF的策略合作关正是让愿景实现的关键角色。


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