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机器人|打破国外垄断，全国产3D芯片为机器人“点睛”

◎ 科技日报采访人员 崔爽
传统机器人只有“手” ， 只能在固定好的点位上完成既定操作 ， 而新一轮人工智能技术大大推动了机器和人的协作 ， 这也对机器人的灵活性有了更高要求 。
要想像人一样测量、抓取、移动和避让物体 ， 机器人首先需要对周边世界的距离、形状、厚薄有高精度的感知 ， 而3D视觉芯片可以引导机器人完成上述复杂的自主动作 ， 它相当于机器人的”眼睛”和”大脑” 。
近日 ， 中科融合感知智能研究院（苏州工业园区）有限公司（以下简称中科融合）的全球首颗高精度3D-AI双引擎SOC芯片 ， 已经在国内一家芯片代工厂进入最终流片阶段 。 这颗芯片将和中科融合已经进入批量的MEMS微镜3D结构光芯片 ， 共同成为全国产高精度机器视觉的“3D之眼和脑” 。
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从原子的物理世界到0和1的数字世界 ， 3D视觉“感知智能”技术是第一座桥梁 。 我国放量增长的工业级、消费级市场对3D芯片的刚性需求也处在爆发前夕 。
中科融合这颗拥有全自主知识产权的MEMS感知芯片技术和新一代低功耗3D人工智能芯片引擎技术 ， 填补了国内高精度3D视觉芯片的空白 ， 将满足3D芯片存在的巨大刚需缺口 ， 让中国制造、物流、安防、金融 ， 甚至医疗行业都用上国产化的“3D之眼、脑” 。
两颗芯片满足中国“3D之眼、脑”刚需
5G的未来在于“万物互联” 。 与人具有五官类似 ， 万物互联的机器必须由各种传感器实现感知 。 而在各种感官中 ， 人类的“3D视觉” ， 提供了我们对于世界的70%以上的感官信息 。 在智能制造 ， 金融安全 ， 混合现实等众多新兴领域 ， 3D视觉芯片技术都属于核心基础 。 据知名国际调研企业Yole的报告 ， 2023年 ， 全球3D视觉产业将接近200亿美元 。
然而 ， 所有的高精度机器视觉系统的“3D视觉”入口都采用了美国德州仪器公司100%垄断的DLP芯片技术（3D成像市场） ， 作为3D动态结构光光源 。 过去一年 ， 包括疫情期间的2020第一季度 ， 超过数十亿的资金投入智能机器视觉领域 ， 如果没有这颗“DLP”芯片 ， 以上所有的机器视觉设备都会“失明” ， 基于这一技术的系统投入都将付之东流 。
而美国NVDIA公司的GPU芯片则作为算力芯片 ， 被广泛用于3D建模计算和AI识别 ， 让机器“聪明”运转 。 如果没有以上两种芯片 ， 机器就像失去视力和大脑的人一般“失灵” 。
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图片来源：视觉中国
中科融合是国内实现全国产替代DLP芯片在3D视觉领域的领头羊 。 据CEO、中科院苏州纳米所AI实验室主任王旭光介绍 ， 目前市场上并不存在专用于3D的AI芯片 ， 中科融合首次实现了AI-3D双引擎集成SOC芯片 ， 将高精度3D建模算法引擎和基于深度学习的智能引擎 ， 同时在单颗芯片中完成 。
通过MEMS感知芯片（眼睛）和超低功耗专用AI处理器（大脑） ， 实现高速度和高精度3D重构和识别 ， 完成从三维物理世界到3D数字世界的转化 。 打通了自MEMS底层核心制造工艺和驱动控制技术 ， 到顶层核心架构和深度学习算法的全感知智能技术链 。
而直接控制MEMS ， 同时整合了高精度动态结构光建模引擎和自研NPU双引擎的SOC芯片 ， 全世界第一颗高精度3D-AI芯片 ， 不仅成本低 ， 单价只有国外同类指标产品的三分之一上下 ， 而且功耗低至毫瓦级 ， “插上充电宝就能跑起来” 。 “同样是高精度 ， DLP光机模组像砖头 ， 我们的芯片模组只有大拇指大小 ， 体积小功耗小 ， 这是通过技术的代差实现的 。 ”
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MEMS芯片晶圆
电子科技大学教授周军一直专注于智能感知算法与芯片协同设计 ， 在他看来 ， “人工智能芯片技术需要为应用场景服务 ， 中科融合以中国科学院苏州纳米所的核心芯片技术为基础 ， 集成了自研的高精度MEMS微镜芯片驱动、高精度3D建模算法引擎以及基于深度学习的AI加速引擎 ， 是全世界第一次创新性地把AI芯片和高精度3D技术用芯片化的手段实现 。 ”而且这枚高精度3D智能视觉芯片完全实现国产 ， 在机器视觉、生物识别、智能家居、自动驾驶、游戏影视等众多需要3D建模和空间识别的应用场景 ， 有广阔的应用空间 。
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MEMS芯片阵列
填补国产3D感知芯片空白
作为国内第一家专注于“AI+3D”自主核心芯片技术的科技创新型企业 ， 中科融合的创业史可以追溯到2006年设立的中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 。
2009年 ， 国产第一代半导体芯片技术的先驱——中科院王守觉院士（牵头）在苏州纳米所成立高维仿生信息学实验室 ， 为苏州纳米所播下了人工智能的种子 。
数年内 ， 多位美国 ， 日本 ， 新加坡海归博士加入纳米所芯片专业团队 ， 从SOI的晶圆开始 ， 历经七年开发了包含工艺 ， 驱动 ， 算法 ， 设计和光机电整合等一系列自有知识产权工艺技术 ， 用王旭光的话说 ， “团队是从烧砖头开始盖房的” 。
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图片来源：视觉中国
2018年 ， 在苏州工业园区管委会和清华启迪金控的共同支持下 ， 中科融合正式成立 ， 立足传感器和深度学习融合、芯片底层硬科技 ， 助力国家实现以具有自主知识产权的MEMS微镜芯片对DLP芯片的国产替代 。
这是一支国内少有的跨AI芯片设计、算法和MEMS芯片工艺的综合性人才团队 。 90%以上为研发人员 ， 平均芯片研发资历超过10年 。 依托苏州园区顶级的MEMS芯片代工线 ， 公司具有完整的光机电研发实验室、芯片组装超净实验室和深度学习算法实验室等完备研发条件 。
据王旭光介绍 ， 目前的国外芯片大多数是低成本、低精度 。 在3-30万个3D点云 ， 类似早期的数码相机的低分辨率 ， “而我们的国产自研芯片可以做到上百万以上的高精度3D点云 ， 相当于直接到了高分辨率3D相机时代 。 更加重要的是 ， 在提供如此高精度的同时 ， 可以做到和低精度相机相同的低成本、小体积 。 这是目前国外的DLP芯片做不到的 。 ”
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图片来源：视觉中国
“作为产业链上游的基础层技术厂商 ， 我们将在5G时代 ， 赋能具有边缘智能的3D感知设备 ， 推动具有百亿美元规模的智能3D产业链的爆发 ， 赶超国际顶尖水平 。 ”王旭光表示 ， 同时 ， 已经过几个月测试核心3D智能相机模组及相关产品已经在多家企业的物流分拣自动机器、高精度医疗用扫描设备等导入应用 ， 预计在2020年第三季度将陆续正式上市 。
来源：科技日报 文中图片除注明外由受访单位供图
编辑：张爽
审核：管晶晶
【机器人|打破国外垄断，全国产3D芯片为机器人“点睛”】终审：冷文生


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