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首頁 安森美如何為汽車、工業(yè)打造智能之“眼”?

安森美如何為汽車、工業(yè)打造智能之“眼”?

2024-07-18 23:29
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2024-07-18 23:29 ? 周雅

作者 | 周雅

乘著智能汽車的“東風(fēng)”,圖像傳感器作為機器視覺之“眼”,正在往越來越精密的方向刷新技術(shù)高度。在民間消費者角度,也流傳著這樣一個評估汽車智能化的直觀感受:

“如何感受汽車智能化?坐進駕駛室里就知道。”
“如何評判駕駛室智能化?數(shù)數(shù)傳感器種類和數(shù)量就知道。”

安森美如何為汽車、工業(yè)打造智能之“眼”?

圖像傳感器是一種將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子信號的設(shè)備,典型的圖像傳感器的核心是CCD單元(Charge-Coupled Device,電荷藕合器件)和CMOS單元(Complementary Meta-Oxide Semiconductor,互補金屬氧化物半導(dǎo)體)。不過,現(xiàn)代多數(shù)傳感器均使用CMOS單元,是因為高速和低功耗、低成本、高集成度等制造方面的優(yōu)勢。

在汽車電子領(lǐng)域,CIS(CMOS圖像傳感器)已經(jīng)大規(guī)模出現(xiàn)在智能車載行車記錄、前視及倒車影像、360°環(huán)視影像、防碰撞系統(tǒng)等之內(nèi)。而隨著汽車智能化發(fā)展,單輛汽車平均搭載CMOS圖像傳感器的數(shù)量將顯著增加。據(jù)德勤分析,L1/L4級別自動駕駛的傳感器數(shù)量為6個,而L3/L4/L5分別達(dá)到13/29/32個。

安森美如何為汽車、工業(yè)打造智能之“眼”?

圖像傳感器是復(fù)雜的半導(dǎo)體器件。圖片來源/安森美

作為全球CMOS圖像傳感器領(lǐng)域的霸主之一,安森美(onsemi)聚焦“智能感知”和“智能電源”兩大重點,在汽車和工業(yè)領(lǐng)域逐漸走出一條強勢發(fā)展之路。

安森美智能感知事業(yè)群工業(yè)及消費應(yīng)用分部副總裁兼總經(jīng)理John Gerard,于7月8日在中國(上海)機器視覺展暨機器視覺技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用研討會Vision China 2024期間,對媒體分享了這么兩組數(shù)據(jù)

安森美如何為汽車、工業(yè)打造智能之“眼”?

先來看智能感知領(lǐng)域,安森美的CIS(CMOS圖像傳感器)在「汽車」和「工業(yè)」領(lǐng)域的市占率持續(xù)第一。Yole Group數(shù)據(jù)顯示,2023年安森美在全球汽車CIS領(lǐng)域以33%的市場份額位居第一,其次是中國的豪威集團(27%)和日本的索尼(14%)。John Gerard補充說道,“此外,在用于泊車輔助的超聲波傳感器領(lǐng)域,安森美也是第一;在用于汽車ADAS的激光雷達(dá)領(lǐng)域,安森美也是新興的領(lǐng)導(dǎo)者。”而在全球工業(yè)/安防CIS領(lǐng)域,安森美以31%的市場份額超越索尼(30%)成為領(lǐng)先者。

再看智能電源領(lǐng)域,安森美在SiC(碳化硅)功率元件市場強勢增長,根據(jù)TrendForce集邦咨詢數(shù)據(jù)顯示,2023年,安森美在SiC功率半導(dǎo)體市場由2022年的第四名躍居第二名,市場份額為23.6%,而意法半導(dǎo)體(ST)以32.6%市占率位居第一。John Gerard介紹說,“在工業(yè)領(lǐng)域,安森美提供MV(中壓)MOSFET、HV(高壓)MOSFET、碳化硅和IGBT功率器件,為不同的應(yīng)用提供高能效。”

安森美如何為汽車、工業(yè)打造智能之“眼”?

安森美智能感知事業(yè)群工業(yè)及消費應(yīng)用分部副總裁兼總經(jīng)理John Gerard

如果數(shù)據(jù)只能反應(yīng)出事實的一面,那么接下來安森美的分享,則給出了另外的角度。

“買買買”中成長起來的CIS巨鱷

在圖像傳感器領(lǐng)域,安森美之所以能獨占鰲頭,與多年的技術(shù)沉淀和商業(yè)策略有很大關(guān)系。

安森美的前身,可追溯到摩托羅拉的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品半導(dǎo)體業(yè)務(wù),1999年它從摩托羅拉分拆之后,正式成為了一家叫做「安森美半導(dǎo)體」(ON Semiconductor) 的獨立公司。

而進一步夯實半導(dǎo)體行業(yè)地位,是在2016年,安森美收購「仙童半導(dǎo)體」(Fairchild Semiconductor),成為一家頂級的半導(dǎo)體制造商。仙童半導(dǎo)體開創(chuàng)了用硅而不是更常見的鍺來制造晶體管,它還開創(chuàng)了平面工藝,可以更容易地以更低的成本制造性能更高、可靠性更高的晶體管,得益于這種平面工藝,仙童半導(dǎo)體在1960年開發(fā)了第一個商業(yè)上可行的集成電路,“這是我們當(dāng)代許多創(chuàng)新成果的奠基”。

從技術(shù)沉淀上,上面這兩段經(jīng)歷,造就了安森美在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域,集成了摩托羅拉和仙童半導(dǎo)體的技術(shù)根基;而從商業(yè)版圖上,安森美開辟了一條“買買買”的豪氣之路,也因此在行業(yè)里一騎絕塵。

安森美如何為汽車、工業(yè)打造智能之“眼”?

安森美在圖像傳感器領(lǐng)域的里程碑事件

上圖可以直觀看見安森美的歷史淵源,囊括了這家公司的收購歷程,包括收購了Cypress、Truesense、Aptina、Sensl等公司,這里的每一家,都是傳感器陣列的佼佼者。比如:

· Truesense公司的前身——Kodak(柯達(dá))的圖像傳感器部門,柯達(dá)科學(xué)家Bryce Bayer所發(fā)明的「拜耳陣列」正是圖像傳感器的基礎(chǔ)技術(shù)之一。

· 2011年,安森美收購了Cypress半導(dǎo)體的CMOS圖像傳感器業(yè)務(wù)部,Cypress的定制CMOS傳感器被廣泛用于ARRI專業(yè)數(shù)字?jǐn)z影機上,采用ARRI攝影機、鏡頭和燈光系統(tǒng)拍攝的電影屢次獲得奧斯卡各類最佳影片、最佳攝影等獎項。John Gerard在采訪中透露:“70%好萊塢電影拍攝都采用基于安森美圖像傳感器技術(shù)的ARRI攝像機。”

· 2014年,安森美又收購了Aptina,其前身是“CMOS圖像傳感器的發(fā)明者”Eric Fossum創(chuàng)辦的第一家CMOS商業(yè)化公司Photobit (Photobit曾經(jīng)于1986年發(fā)布了首款百萬像素CCD傳感器)。

· 2018年,通過收購SiPM和SPAD的供應(yīng)商SensL,安森美擴展了自己在3D成像、雷達(dá)和LiDAR(激光雷達(dá))領(lǐng)域的技術(shù)實力,進而擴大了在ADAS(高級駕駛輔助系統(tǒng))等自動駕駛汽車應(yīng)用的市場份額。

· 2024年7月,安森美宣布完成收購SWIR Vision Systems,其膠體量子點(CQD)技術(shù),能將系統(tǒng)的可視性和檢測范圍從標(biāo)準(zhǔn)CMOS傳感器波長擴展到了SWIR波長。通過此次收購,安森美將把硅基CMOS傳感器和制造專長與CQD技術(shù)相結(jié)合,以更低的成本、更高的產(chǎn)量提供高度集成的SWIR傳感器。這將帶來結(jié)構(gòu)更緊湊、成本效益更高的成像系統(tǒng),具有更寬的光譜,可廣泛應(yīng)用于商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域。

再回溯2021年,為了更進一步聚焦技術(shù)組合、差異化產(chǎn)品線、市場定位,「安森美半導(dǎo)體」更名為安森美(onsemi),憑借“智能感知”和“智能電源”兩輪驅(qū)動,把目光著重放在工業(yè)、汽車兩大板塊。

就這樣,通過持續(xù)擴大商業(yè)版圖,安森美可以說是歷史最悠久的CMOS圖像傳感器公司(至今超過45年)。也因此擁有業(yè)界最多的成像專利(超過2300項),同時也擁有較為完整的產(chǎn)品組合。John Gerard進一步指出,“從最早的CCD傳感器,到現(xiàn)在高性能的CMOS傳感器,安森美有很多合作伙伴和經(jīng)典里程碑成像產(chǎn)品,包括首臺原型數(shù)碼相機,從而逐步擴展到工業(yè)、汽車、消費、IoT等25個細(xì)分領(lǐng)域。”

安森美如何為汽車、工業(yè)打造智能之“眼”?

每一次技術(shù)突破,每一次商業(yè)落地,都是安森美在成像技術(shù)領(lǐng)域的一次進階。

打出一套產(chǎn)品組合拳

上文已經(jīng)提及,汽車和工業(yè)這兩大板塊,是安森美的核心業(yè)務(wù)板塊。我們再來看工業(yè)領(lǐng)域,這家公司同樣提供了完整的CIS產(chǎn)品及解決方案。

在此次Vision China上,安森美重點展示了「全局快門傳感器」和「卷簾快門傳感器」兩大類產(chǎn)品線。

其中,「全局快門」的工作原理,是指在快門打開時,所有像素同時開始曝光,再在快門關(guān)閉時同時結(jié)束曝光,因此可以拍攝到非常清晰、銳利的圖像,很適合快速抓拍,如體育攝影、野生動物拍攝、機器人拍攝等場景。

而「卷簾快門」的工作原理,是指在快門關(guān)閉前,從傳感器的頂部到底部以掃描式的方式逐條曝光,這種方式的缺點是容易出現(xiàn)動態(tài)模糊的果凍效應(yīng)(jello effect)或拖影,尤其是在快門速度較慢時更明顯,所以適用于拍攝非動態(tài)物體,如人像攝影、靜物攝影等。

相比之下,全局快門具有更高的響應(yīng)速度、更清晰的圖像質(zhì)量,但是所需要的傳感器面積更大、功耗相對更高、成本也更貴;卷簾快門可以在更小尺寸內(nèi)、實現(xiàn)更高分辨率,價格相對親民。

1、全局快門傳感器

根據(jù)安森美智能感知事業(yè)群工業(yè)及消費應(yīng)用分部產(chǎn)品線總監(jiān)Danny Scheffer介紹,目前安森美面向工業(yè)領(lǐng)域的全局快門CIS產(chǎn)品線,主要有三個系列、共22款產(chǎn)品:PYTHON系列、XGS系列、Hyperlux SG系列——PYTHON提供最高幀率,XGS提供最佳圖像質(zhì)量,Hyperlux SG提供最具成本效益的解決方案。

安森美如何為汽車、工業(yè)打造智能之“眼”?


具體而言,PYTHON系列是安森美10年前就已開發(fā)的產(chǎn)品,也是是安森美第一款用于工業(yè)機器人、工業(yè)相機的產(chǎn)品,該系列分辨率從1.3MP到25MP有8種分辨率可供選擇。“PYTHON的幀速率可以4倍地增長,從120fps變成480fps,可以應(yīng)用于PCB檢測、鐵路的檢測。”Danny Scheffer說道。

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安森美智能感知事業(yè)群工業(yè)及消費應(yīng)用分部產(chǎn)品線總監(jiān)Danny Scheffer

XGS系列的功能更豐富,分辨率從1.3MP到25MP有11種分辨率可供選擇,特點是「多用途、兼容性強」,此外它還具有超低功耗的優(yōu)勢,與競爭產(chǎn)品相比,功耗可降低達(dá)2倍,這也使得其更易于進行熱管理,成本也相對較低,適用于通用機器視覺、電池檢測、半導(dǎo)體檢測、智能交通系統(tǒng) (ITS)、廣播(8K at 60fps)等領(lǐng)域。“它可以做到30fps,拍電影就用它,美國體育場轉(zhuǎn)播系統(tǒng)就是采用該系列。”Danny Scheffer透露。

Hyperlux SG系列的特點是「緊湊型」,有3種分辨率可供選擇,擁有卓越的微光性能和eHDR,并可提供最具成本效益的解決方案。“Hyperlux SG是比較經(jīng)濟實惠的產(chǎn)品,主張性價比就選它。”

此外,安森美面向工業(yè)全局快門圖像傳感器產(chǎn)品中,還擁有支持深度信息感知的Hyperlux ID系列。目前Hyperlux ID系列有一款產(chǎn)品,即內(nèi)置深度影射的1.2MP智能iToF(間接飛行時間),內(nèi)置深度處理、嵌入式存儲和高速性能,適用于物流、機器人和無人機等領(lǐng)域。

據(jù)Danny Scheffer介紹,之所以選擇做iToF,而不是蘋果等廠商選擇的dToF,是由于技術(shù)突破——“安森美的iTOF技術(shù)相比傳統(tǒng)的iTOF傳感器可以覆蓋更長的距離,傳統(tǒng)的iToF一般是5米左右,我們可以做到20米,深度距離長,環(huán)境光抑制能力也更強,可以適用于更多的應(yīng)用場景,可以支持在戶外工作。”

安森美如何為汽車、工業(yè)打造智能之“眼”?

安森美Smart iToF運動深度感知方案,可以實現(xiàn)最遠(yuǎn)20米的檢測距離

2、卷簾快門傳感器

同樣,在卷簾快門傳感器領(lǐng)域,安森美也有三個產(chǎn)品系列,分別是:Hyperlux LP、Hyperlux LH、Hyperlux。

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其中,Hyperlux LP系列的特點是「低功耗」,采用堆棧式架構(gòu),1.4微米BSI像素,可實現(xiàn)超小的傳感器尺寸和超低功耗。同時,還支持運動喚醒(WOM)功能,可以進一步降低功耗;且支持智能感興趣區(qū)域(SmartROI)功能,可以大幅節(jié)省帶寬。根據(jù)安森美智能感知事業(yè)群工業(yè)及消費應(yīng)用分部產(chǎn)品線總監(jiān)Jason Wang介紹,“現(xiàn)在Hyperlux LP系列是業(yè)界功耗最低的傳感器,其8MP的產(chǎn)品功耗只有同行的1/3”。

安森美如何為汽車、工業(yè)打造智能之“眼”?

安森美智能感知事業(yè)群工業(yè)及消費應(yīng)用分部產(chǎn)品線總監(jiān)Jason Wang

具體到產(chǎn)品型號,Hyperlux LP系列包括:AR2020、AR0830、AR0544。其中,AR2020和AR0830在工業(yè)應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。AR2020可以將全幀20MP圖像實時傳輸,這在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛采用,多家大公司正在使用中,并計劃在年底推出相關(guān)產(chǎn)品。

Hyperlux LH系列的特點是「高動態(tài)」,采用堆棧式 2.0um BSI像素,HDR高達(dá)120 dB,其eHDR技術(shù)可節(jié)省系統(tǒng)資源,并且該傳感器在近紅外光譜中具有高量子效率,能夠在不犧牲圖像質(zhì)量的前提下,減少其使用數(shù)量、降低光照強度需要、降低總體BOM成本。

Hyperlux系列則支持最高動態(tài)范圍(150db)、LED 無閃爍,單次曝光可達(dá)110db HDR,具有卓越的微光性能和“一勞永逸” 的設(shè)置功能。

安森美如何為汽車、工業(yè)打造智能之“眼”?

采用AR0822傳感器的4K卷簾快門解決方案

安森美如何為汽車、工業(yè)打造智能之“眼”?

20MP的AR2020和12MP的Hyperlux LH卷簾快門圖像傳感器方案

至此,安森美在工業(yè)和汽車CIS市場拿到亮眼的成績背后,離不開長期打磨的產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新,然而不止如此,安森美還擁有強大的遍布全球的研發(fā)與制造網(wǎng)絡(luò)。據(jù)悉,安森美目前在全球9個國家擁有19座生產(chǎn)工廠,并在全球19個國家設(shè)有43個設(shè)計中心,此外還在5個國家設(shè)有解決方案工程中心,全球員工總數(shù)達(dá)到33000人。

具體到CIS產(chǎn)品(包括車規(guī)級的CIS)方面,安森美擁有完整的端到端的內(nèi)部制造能力,涵蓋了「晶圓制造(主要是在美國紐約州的晶圓廠) -- 色彩濾波陣列(CFA))和微鏡技術(shù)(美國和亞洲均有200mm和300mm產(chǎn)能)-- 晶圓檢測(美國愛達(dá)荷州)-- 組裝(馬來西亞)-- 最終測試(馬來西亞)」等所有關(guān)鍵流程。

安森美如何為汽車、工業(yè)打造智能之“眼”?

安森美如何為汽車、工業(yè)打造智能之“眼”?


總結(jié)而言,安森美既擁有完整的內(nèi)部制造體系,也有利用外部供應(yīng)商的全球代工產(chǎn)能,以實現(xiàn)雙供應(yīng)鏈體系,進而保障供應(yīng)鏈安全。同時也能夠更好調(diào)節(jié)產(chǎn)能,應(yīng)對市場需求的變化,為客戶提供更穩(wěn)定的供貨。“客戶可以根據(jù)供應(yīng)鏈策略,靈活考慮方案。”安森美智能感知事業(yè)群工業(yè)及消費應(yīng)用感知部門副總裁兼總經(jīng)理John Gerard如是說。

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周雅

Miranda
關(guān)注科技創(chuàng)新、技術(shù)投資。以文會友,左手硬核科技,右手浪漫主義。
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