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當下，諸如自動駕駛、機器視覺和邊緣計算等以人工智能為核心的各類應用正在迅速擴張，帶動了一批相關技術的發展。如果說人工智能是大腦，那么各種感知設備則是“耳目”。人工智能在各行各業的滲透無疑會讓這些感知設備大量普及。 安森美半導體是智能感知器件的重量級廠商。它脫胎于摩托羅拉半導體，繼承了其“六西格瑪”質量管理控制系統，產品可靠性高。近日，安森美半導體智能感知部全球市場和應用工程副總裁易繼輝先生向我們介紹了安森美半導體智能感知的策略及方案。 易先生介紹說，安森美半導體主要由三個產品部門組成：電源方案部（PSG）、先進方案部（ASG）和智能感知部（ISG）。公司通過一些戰略性的并購，于2014年成立了智能感知部。雖然該部門的營業額目前只占公司總體的14%，但卻是成長速度是最快的部門。 因為并購了一些具有悠久歷史的公司，安森美半導體的傳感技術便源遠流長了。例如，在成像傳感器行業，它擁有40多年的悠久歷史。同理，安森美半導體也就創造了很多行業第一。 例如，Bayer Pattern（拜耳陣列，即RGB紅藍綠模式）技術是該公司一位老員工的專利，以他的姓氏命名。該公司于1993年開發出行業首款CMOS圖像傳感器，2005年開發出全球首款車規級CMOS圖像傳感器。近三年來的重要并購包括IBM在以色列的毫米波雷達研發中心，以及專注于飛行時間（ToF）激光雷達傳感器開發的愛爾蘭SensL公司。 
圖1：通過一系列重要并購，安森美半導體成為了一家歷史悠久的傳感器公司 安森美半導體在重要的智能感知領域都提供解決方案。該公司的智能感知部門從事成像、毫米波雷達、激光雷達和傳感器融合業務，而超聲波則屬于公司另外的產品部門。重點應用領域包括汽車、機器視覺和邊緣人工智能。
圖2安森美半導體的超聲波、成像、毫米波雷達、激光雷達和傳感器融合技術面向汽車、機器視覺和邊緣人工智能 汽車 汽車行業原本屬于傳統行業，但最近幾年汽車的電動化尤其是智能化成為亮點，使汽車成為了四輪上的計算機。各種感知新技術的應用使汽車變得更安全、更舒適。易先生說，汽車智能感知市場的成長速度遠高于汽車市場本身。 安森美半導體在汽車感知市場居于主導地位。日本市場調研公司TSR的數據表明，安森美半導體在全球汽車成像市場占60%的市場份額，在汽車感知市場占全球80%以上的市場份額，而且這些份額還在逐年擴大。 目前的汽車感知系統包括ADAS攝像頭、倒車攝像頭、環視360度監控、電子車鏡、駕駛員監控、乘員監控、毫米波雷達和激光雷達。感知系統構成越來越豐富，性能越來越強大。 汽車成像的挑戰非常多。易先生介紹說，這主要體現在三個方面：寬動態、環境條件和交通標識。寬動態的典型情景有逆日光行駛、出隧道、來車遠光燈等。如果攝像頭的動態范圍不夠寬，它就不能同時識別極暗處和極亮處的物體。環境條件指的是高緯度地區零下幾十度的環境，以及南方或沙漠地區的高溫環境。交通標識挑戰的典型代表是LED指示牌和交通燈。這些LED設備適合人眼觀察，但因為閃爍頻率標準不統一，致使圖像傳感器經常捕捉不到信號。
圖3：圖像傳感器內部結構示意圖 為應對這些挑戰，圖像傳感器必須竭盡全力。這是一個圖像傳感器內部結構示意圖，共分六層。圖像傳感器既要處理電子還要處理光子，因此可是說比CPU還要復雜。未來還有更多芯片可以疊加起來，包括人工智能都可以直接集成在圖像傳感器當中。 Hayabusa系列是安森美半導體的最新圖像傳感器產品。Hayabusa是日語游隼，它是飛行最快的鳥類，比高鐵還快。飛這么快它必須具備犀利的雙眼。現有的Hayabusa系列產品一次曝光就能實現95dB的動態范圍，多次曝光可以達到120dB。下一代產品一次曝光可望達到110dB，多次曝光可達140dB。那么110dB是什么樣的概念呢？易先生說，這個性能可以在來車開遠光燈的情況下分辨出路邊行人，這對于自動駕駛汽車非常重要。 自動駕駛汽車的另一個挑戰是夜視。在幾乎沒有燈光的情況下，視覺增強就顯得十分重要。安森美半導體新一代產品開發出來的近紅外+（NIR+）工藝，在近紅外光電轉換效應提高了4倍。 易先生介紹說，自動駕駛并不限于乘用車。物流機器人和大型商業車也是重要應用領域。新冠疫情爆發以后，物流機器人的應用越來越普及，特別是在一些小區、校園、工業園區、醫院和機場逐漸開始應用。大型商業車的發展速度也非常快。因為它能保持360度、24小時監控，感知能力高于駕駛員且不知疲勞，所以避免了很多惡性交通事故。 機器視覺 易先生介紹說，機器視覺也是一個歷史很悠久的行業。工業4.0的興起和人工智能的導入使這個行業煥發了新的活力。特別是在中國，機器視覺這幾年的發展速度非常之快。 平板檢測是整個工業機器視覺行業當中對圖像傳感器最具挑戰性的應用。從1K、2K、4K一直到8K，顯示屏的像素數量逐漸升高。過去檢測LED面板上的1顆像素需要對應9顆像素（3×3），OLED則對應需要16顆（4×4）甚至25顆（5×5）像素。所以對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。 然后是PCB檢測。在制造業，提高勞動生產率是降低成本的主要因素。對圖像傳感器來說，單位時間內收集信息量越大，生產效率就越高。安森美半導體的PCB檢測圖像傳感器XGS45000是每秒2100萬像素，比競爭對手的是500萬像素和1300萬像素高出數倍。 激光雷達和毫米波雷達 易先生介紹說，激光雷達不僅用于汽車，它在醫療和工業領域也有著廣泛的應用。傳統的激光雷達技術是APD（雪崩光電二極管），缺點是體積大、功耗高、偵測距離范圍有限、一致性不好。安森美半導體采用的是SiPM（硅光電倍增管）技術，其增益是APD的1萬倍，靈敏度是APD的2000倍，工作電壓只要30V（APD要250V），一致性非常好，適合量產。
據介紹，安森美半導體的激光產品有單點的也有陣列的。單點激光產品在醫療、工業和汽車領域都有應用。陣列產品有1×12、1×16，最新開發出來的SPAD面陣達到400×100，接近圖像傳感器，將來完全可以實現有深度信息的圖像。 安森美半導體的毫米波雷達在不同級別自動駕駛上都可應用。該公司下一代毫米波雷達的重點應用是L3級自動駕駛。這個稱作“MIMO+”的專利技術夠提供4D信息：距離（R）、速度（V）、角度（A）和高度（E）。算上實際通道和虛擬通道，它與競品相比通道數多出一倍，可以節省50%的mmIC器件，優化控制器和線路板，降低總體成本。 易先生總結說，安森美半導體非常自豪能夠連續五年榮獲世界最道德企業稱號，是成像方案是市場的領袖，應用領域包括汽車、機器視覺和邊緣人工智能。安森美半導體提供完整的感知模式及方案，包括超聲波、成像、毫米波雷達、激光雷達和傳感器融合。公司在業界有非常悠久的歷史和投入，特別是在創新和技術開發領域，并對中國市場有堅定的承諾。 |
