随着人工智能、5G等科技浪潮的爆发,3D智能视觉技术正在潜移默化地改变着人们的生产和生活。从智能工厂到刷脸支付再到3D互动游戏……科技赋能在日常生活中随处可见。3D视觉的核心技术——3D智能芯片,相当于机器人的3D之“眼、脑”,能够捕捉真实世界空间、人体、物体的三维信息并进行智能识别,赋予终端设备类似人类感知环境的能力。

中美脱钩的大背景,3D视觉厂商对美国进口芯片依赖度高。3D视觉之“眼”被美国TI公司的DLP芯片,100%垄断;而3D视觉之“脑”则由美国NVDIA公司的GPU芯片,作为算力芯片被广泛用于3D建模计算和AI识别。这两种芯片均受进口限制,且总价昂贵。无论是从供货安全性还是长期的成本控制角度,国内厂商对于高精度3D视觉芯片国产化有着刚性需求。

据《科技日报》7月9日报道,“凯发k8国际感知智能研究院(苏州工业园区)有限公司(以下简称凯发k8国际)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。这颗芯片将和凯发k8国际已经进入批量的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’。”

全国产芯片,解决3D视觉领域芯片“卡脖子”难题
3D视觉的延展空间是广泛的,例如智能制造领域的机器视觉,金融支付领域的生物识别,游戏领域的3的互动。据知名国际调研企业Yole报告,2023年,全球3D视觉产业将接近200亿美元。目前国内3D视觉厂商多集中在应用层,没有核心硬件芯片支撑,主要依赖采购国外芯片。一旦断供,机器将像失去视力和大脑的人一般“失灵”。目前国内芯片层的核心厂商玩家稀少,而想做到芯片的自主知识产权研发更是难上加难。

图:MEMS芯片晶圆

凯发k8国际是目前国内唯一同时具有高精度低成本的整体3D视觉芯片技术的科技企业。以自研MEMS微镜芯片替代美国德州仪器的DLP芯片技术,自研SoC AI-3D双引擎芯片替代用于3D算力的美国通用GPU芯片。价格和国外方案相比降至1/3,功耗和体积降低1/10。同时凯发k8国际集成了红外光源、IR和RGB相机的完整3D相机模组。可以实现高精度的3D点云建模和原始数据输出、3D识别、3D修改、以及支持主流的深度学习算法模型的AI-3D全链条服务。

主要优势在于:
更远距离、更高精度:凯发k8国际的MEMS结构光芯片是动态结构光条纹投影,精度比静态结构光高10倍以上,可以在2-3米的位置实现0.3mm的精度,最远 覆盖距离可达5米左右。
低成本、低功耗:相较于美国TI公司的DLP来说,格约为1/3,体积可以控制在1/10左右,而且功耗降至毫瓦级,“插上充电宝就能跑起来”。
3D建模和边缘AI处理二合一:AI-3D 智能感知SoC芯片是兼具AI处理和3D建模的集成化算力引擎。凯发k8国际的AI-3D芯片直接落地终端3D应用场景,通过和MEMS芯片结合,实现了高价值3D数据采集和3D数据分析的产品闭环。

图:凯发k8国际光机和3D智能相机模组

目前市场上并不存在专用于3D的AI芯片,凯发k8国际首次实现了AI-3D双引擎集成SoC芯片,将3D建模算法引擎和基于深度学习的智能引擎,同时再单颗芯片中完成。这使得3D视觉领域的3D芯片和AI芯片不再割裂,兼容性得到极大的释放,完成了3D智能感知芯片的技术代差升级。不仅避免了因参与极高算力导致的工艺竞争引发投入亿元以上NRE费用的风险,也使得导入产品和应用的速度加快。
7月3日,在慕尼黑上海光博会上,某安防大厂以搭载凯发k8国际全自主研发的3D智能芯片和模组产品,替代美国TI公司DLP芯片的机器臂正式亮相。同时,凯发k8国际正在跟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。

跨国学科人才交叉融合,打造融合芯片“攻坚团”
凯发k8国际90%以上为研发人员,相关技术来自于中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所(以下简称:纳米所)的AI和MEMS微镜的两个实验室。目前,凯发k8国际已建设了一支海外归国且专注行业平均15年以上的芯片专家团队为核心的,国内少有的跨学科领域的综合性人才团队:具备自基础层到应用层的MEMS芯片工艺、光电模组集成、三维多点云融合、深度学习算法、高能效SoC集成电路芯片,以及光机电系统集成的全生态链技术储备和持续开发能力。精准覆盖完整生态链中的MEMS芯片工艺、AI算法、集成电路芯片设计等细分领域的交叉融合。

图:凯发k8国际研发团队正在进行芯片性能测试

公司成立仅仅一年多,其核心团队申报的“基于MEMS芯片的高精度结构光动态测量系统关键技术与应用”,入选2020年省级重点研发计划(产业前瞻与关键核心技术)  重点项目(以下称重点项目)。该重点项目是江苏省科学技术厅、江苏省财政厅紧扣高质量发展走在前列的目标定位,围绕前瞻性产业技术创新专项而实施的项目类别,在全省项目申报中占重要位置。

图:“基于MEMS芯片的高精度结构光动态测量系统关键技术与应用”公示文件

天时、地利、人和造就芯片企业“中国队”
芯片研发长期而艰巨,特别是凯发k8国际的技术是从底层的工艺,到顶层的核心算法芯片化加速等是一个非常完整的体系,相当于盖摩天大楼从烧砖头开始。最困难的阶段还是从实验室走向市场,将60分的原理样机做到可以替代国外产品的80分工程样机。这也是当前以芯片为代表的硬科技技术落地的最难一环。作为工程化这个系统工程,面临着工程化团队的人才,面临着工程化的资本投入,更加要面临着有刚需的用户协同。天时,地利,人和缺一不可。

苹果2017年引爆3D市场带来巨大需求,本土化芯片在中美贸易战背景下成为刚需,这是天时。苏州工业园区政府2018年重点发展人工智能产业,并为凯发k8国际提供了千万级的启动经费,这是地利。凯发k8国际是成立于2018年12月,但在对于3D感知芯片的研究却可以追溯到2006年设立的苏州纳米所;2009年,国产第一代半导体芯片技术的先驱——中科院王守觉院士成立高维仿生信息学实验室,为纳米所播下了人工智能的种子。数年以后,多位海归博士归国加入纳米所芯片专业团队,从SOI的晶圆开始历经长达数年的不懈奋战,终于掌握3D-AI双引擎SoC芯片和MEMS微镜3D结构光芯片技术。形成了一支国内少见的学科交叉融合、软硬件相结合,平均15年以上芯片研发经验的领军团队,这是人和。天时、地利、人和造就以凯发k8国际为代表的芯片企业“中国队”。

中美贸易摩擦和新冠疫情影响下,是中国芯片企业承压的一年。芯片技术没有捷径,开发和迭代需要有流片周期,这既是挑战,也是极高壁垒。凯发k8国际在高精度3D视觉芯片的制造和智能处理上,走的也比较快,优势较为明显。但依然会寻求可能的国际合作。“单独搞一套”是危险的,也是不符合客观规律的。半导体芯片的国际分工,是数十年自然选择的结果。凯发k8国际希望会紧抓突破机遇,通过自主研发的国产芯片技术批量化低成本的优势,在几年内,成长为一个“世界冠军”。