灵明光子CEO臧凯:dToF助力物理世界和虚拟世界的连接,构建数字世界眼睛|WISE2021新经济之王大会

杨逍 2021-12-16

激光雷达

3126 字丨阅读本文需 7 分钟

12月13日-15日,36氪WISE2021新经济之王峰会在上海举行,今年我们以「硬核时代」为主题。“硬核”是当下时代和大环境带给中国新经济企业的挑战和机遇,一方面要求企业关注技术创新、找到自身“硬核”壁垒;另一方面要求企业回馈社会,展现更多“硬核”责任与担当。在从商业模式创新的“应用时代”迈向技术创新的“硬核时代”之际,我们与上百家硬核企业汇聚一堂,聚焦宏观政策、智能制造、半导体、新能源、新消费等热门赛道,全方位探讨各领域如何构建以创新驱动的硬核竞争力。

灵明光子CEO臧凯认为,未来数字化会加强虚拟世界、数字世界与现实世界的联系,而场景主要分为室内场景和室外场景,室内场景的主要终端是手机,室外场景的主要终端是汽车。

灵明光子CEO臧凯

臧凯表示,苹果引用dToF的激光雷达,和索尼推出基于dToF SPAD的单光子探测器的激光雷达芯片,背后的技术趋势都是走集成方案,而高精度的dToF会让硬件看得更清晰、精确、功耗更低。

以下是臧凯的演讲实录,经36氪整理编辑:

大家好,我是灵明光子的臧凯。很高兴跟大家一起分享和同步灵明光子的近况。

今天的主题是硬核科技,很长一段时间,业界对灵明光子的主要看法是,我们主要做dToF芯片,今天我想分享的是:dToF如何成为数字化世界的慧眼。

首先阐述一下什么是数字化。我们的感受是,数字化把物理世界逐渐映射到数字世界,包括人与人之间交互方式,如斗地主,我们从线下转到线上;比如打车,我们把车的位置信息映射到软件系统中,所有这一切,都是把业务模式逐渐从线下改到线上。

我们的看法是,未来数字化会加强虚拟世界、数字世界与现实世界的联系。基于手机、汽车、AR、VR等端,相关软件生产了大量数据,数字化世界所蕴含的海量数据需要依托云端进行计算和存储,而我们的管道——各个通讯机构所铺设的设备和5G,是基础的设施。当我们思考数字化如何加强现实联系时,我们会发现,3D是重要的一环,测距、定位、建模,一环比一环提升了对于3D技术本身的要求。

当思考平时所处的场景时,我们可以把这个场景归为两类:室内和室外。

室内的话,除了采用专业的设备做场景扫描之外,最好的终端就是手机。大家也观察到,苹果手机运用了dToF的传感器,希望利用手机终端进行场景的扫描,而AR、VR虚拟现实的眼镜和手机,也希望作为终端进行定位,保证我们的实际交互有精准的定位。

对于室外来说,激光雷达是最好的建模和定位的产品,这也是为什么手机公司开始做汽车,其实也可以映射到,汽车公司未来也会做手机,汽车和手机这两个重要的应用场景在数字化世界里,无非针对的是室内与室外两大应用场景。我们认为未来这会发生统一。芯片公司也一样,芯片公司不管是AP还是操作系统,都在逐渐把室内和室外系统做统一。

灵明光子CEO臧凯

在这个基础上,我们分享一下过去两年时间行业里发生的两件大事:

第一,苹果引用了dToF的激光雷达,相比于传统拍照时直接呈现一张照片,苹果的激光雷达只打出了有限的点,所以功耗非常低,非常适合在移动端使用。当我们把激光雷达与RGB摄像头进行匹配时,我们可以精准地进行物体建模和场景建模;当我们只用激光雷达时,非常适合用来做定位或者用来做测距,帮助做主动拍照,提升影像系统。它发生在消费端,针对更多的是室内场景。

第二,索尼今年年初推出了基于dToF SPAD的单光子探测器的激光雷达芯片。对于索尼来说,索尼同时推出了自己的应用方案,它是基于Mems的一套扫描机制。接收端完全一样,整个技术方案会跟苹果手机方案高度接近,只不过它过了车规。

为什么要做这种集成方案?因为相比于传统的激光雷达,这种方案可以提升更远的距离和更高的性价比,能更好地保证无人驾驶、自动驾驶的质量和性能。这是索尼呈现出的给所有汽车厂商Tier1呈现出来的最终效果。

这两个行业大事件在过去两年之中,它们的背后都利用了3D堆叠的SPAD dToF技术。这一技术,我们是把两个晶片的硅圆表面一层做探测器,下面一层做电路,直接把两个晶圆做混合建合的技术,对齐在一起,做成更高性能的探测器。

这套技术,我们去年也分享过。当我们希望把面阵、建模、定位做到极致的时候,我们需要有3D堆叠dToF的技术,它非常适合做高端的激光雷达,也非常适合在移动端使用。对于普通电路设计,我们把探测器和电路做在一起的时候,相对来说它的优劣势难度低,但性能也低,非常适合做单点,以及非常有限的小面阵,极大的符合了AIoT的应用。

简单介绍一下dToF的工作原理,相对于传统的探测器来说,单光子探测器在一个光学脉冲周期之中只会触发一次,这个时候我们需要打出多个光脉冲,如苹果的方案一样,才能最终生成一张统计直方图,这张统计直方图的数据量相比于传统的探测器多非常多,但是我们能利用海量的数据量对场景进行更好地识别。当然这里有不同的成像方式。不论是单点、散点、扫描,还是直接的面阵方案,都可以更好地适配未来3D世界扫描和建模的要求。

灵明光子延续了上一套思维流程,结合数字化世界的需求,做先进的SPAD技术,为激光雷达和消费电子提供3D传感器芯片。对灵明光子来说,我们是一家成立三年半的企业,不论在深圳和上海,我们得到了各个地方和政府的支持、认可。我们的企业文化也是希望通过技术驱动为优先,实现更早的商业落地。

相比于多目摄像头结构光子的方案,灵明光子更注重dToF的技术方案,它所主打的希望在更低功耗、更远距离、更高精准度,以及更强的对环境光适应能力方面有所突破和进展。

灵明光子目前的三大产品高度基于3D堆叠这一硬核技术产生,当我们想做一款3D堆叠dToF传感器的时候,最表面上一层探测器的性能要优化,我们把探测器本身作为产品,作为硅光子倍增管来供给给激光雷达客户,这也是目前行业正在进行的一个进展,逐渐地从APD迭代到硅光倍增管,再由硅光倍增管逐渐迭代到目前索尼的方案,一个3D堆叠的SPAD探测器的芯片,只有这样激光雷达的成本才能大幅度降低,甚至未来的成本可能比手机里的模组成本高不了太多。

另外一条产品线是灵明光子在业界相对更为知名的产品线,就是单光子成像阵列,也就是3D堆叠的方案。我们是国内唯一一家,也是全球范围内为数不多的几家能够提出和定制3D堆叠单光子探测器传感芯片方案的公司,因为这个方案的要求不仅是芯片的设计难度,更多也有模组设计和算法匹配上的难度,在这里我们成功地推出了Demo,落地场景分别是手机、AR、VR、机器人的应用,包括智慧物流和车载。如果不是用3D堆叠的方案,我们也有一些单点和有限点的产品线,偏向于快速落地和国产替代的过程,我们与合作方一起推出了单点的产品。

看一下目前各个产品的进展和状况:

第一条产品线单光子探测器性能是最优的,如图是市面上性能最好的货架产品,对于灵明光子第五代探测器芯片来说,我们实现了更高的效率和更小的串扰噪声,性能指标上是大幅度跃进的,而且从温升系数上来说也得到了更强的稳定性。基于此,我们推出了一套基于单光子探测器的解决方案,对于客户来说可以直接基于单点的产品直接进行使用。

第二个产品线是国内首款、国际领先的3D堆叠的面阵。我们和合作方一起生产了一款针对消费品使用的小型模组。芯片上偏蓝紫色部分全是探测器,它的电路通过堆叠技术集成在底下的,分辨率是HQVGA240x260,基本与之前苹果手机上SPAD像素分辨率接近。我们同时评估了一个评测套件,在国际上性能最好的面阵产品的现货产品。

这个面阵性能好在哪里?无论是在激光雷达、消费类,国际上的龙头企业采用了这个技术,在这里我们展示出了成像效果,一方面作为单光子探测器的面阵来说,在动态的人脸成像上哪怕对于HQVGA的分辨率来说也实现了相当不错的成像效果。另外对场景的建模,如图这是室内实验室,纵深12米左右,可以看到室内12米左右的范围,基于手机所能支持的功耗可以清晰地做出场景的建模,准确地还原产品系列,并且做到了全距离的高精度地还原。同时我们也与合作方一起合作,对室外包括室内远距离进行测量,我们成功地发现利用3D堆叠这一技术,可以实现在室内的超远距离,其实通过改良发射端与发射端之后,真正实现了索尼之前在业界推出的激光雷达方案并不是遥不可及。

第三个产品线,是基于综合性能、极高性价比的单点或者有线点的dToF的传感芯片,适用于智能手机和PC端的主动对焦以及扫地机器人、相关机器人上的应用,显示了灵明光子在短时间内推出能够实现落地产品的速度和性能。

我们真正的出发点,是希望能够提供一套平台技术,服务于未来的数字化世界,在这个世界里既包括物联网所需要的AIoT、单点、有限点的传感芯片,同时我们也准备好了室外激光雷达与室内手机、AR、VR眼镜所需要的3D堆叠技术的面阵芯片,这些技术是最基本的平台技术,也是灵明光子未来的使命和愿景。

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