22FDX制程為AR技術(shù)帶來(lái)重大變革

擴增實(shí)境（AR）與混合實(shí)境（MR）科技來(lái)到歷史性的轉折點(diǎn)。而格羅方德（GlobalFoundries）與Compound Photonics（CP，又稱(chēng)CP Display）近期宣布的策略合作關(guān)系，將進(jìn)一步推動(dòng)其發(fā)展。

兩家公司將共同合作，改變AR/MR的系統核心：近眼微型顯示器的運作原理。CP的IntelliPix平臺將使用GF等級最高的22FDX制程半導體解決方案，打造全世界第一款實(shí)時(shí)AR/MR專(zhuān)用單芯片微型顯示器，像素可降至2.5微米。這款可廣泛運用的光調變背板/視訊管線(xiàn)，延展出從目前的振幅式液晶覆硅（LCoS）制程技術(shù)、microLED到全像顯示的發(fā)展藍圖，提供實(shí)時(shí)AR/MR系統所需的性能。

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此款單芯片解決方案能夠廣泛且彈性的運用，可同時(shí)支持CP現有的液晶覆硅（LCoS）技術(shù)與即將推出的microLED顯示技術(shù)。

IntelliPix的構思僅啟動(dòng)顯示指定圖像所需的像素，而非持續刷新顯示器中的所有像素。未使用像素區域不只可以節省電力，亦可提升圖像的畫(huà)質(zhì)與亮度、增加刷新率速度，最重要的是讓AR眼鏡具備更多先進(jìn)功能與高性能、縮小體積、減輕重量，并且在單次充電后能有更長(cháng)的續航時(shí)間。

 IntelliPix結構整合了CP專(zhuān)利視訊管線(xiàn)，藉由軟件編程背板動(dòng)態(tài)控制像素，由驅動(dòng)電路提供必要功率，并依據頭部動(dòng)作與其他環(huán)境條件做出及時(shí)反饋。到目前為止，完成此項技術(shù)需要多個(gè)芯片，但是新一代的AR眼鏡需要的是更為簡(jiǎn)單、高性能、小體積、低功耗的單芯片設計。

自然而然的最佳選擇

GF產(chǎn)業(yè)暨多市場(chǎng)部門(mén)副總裁Ed Kaste表示，GF的22FDX解決方案具備多種優(yōu)勢，自然而然成了最佳選擇。22FDX科技擁有比其他平面技術(shù)更高密度的靜態(tài)隨機存取內存（SRAM），而SRAM的密度又直接影響到像素密度，讓IntelliPix能相當的縮小像素尺寸。此高性能且高度整合的解決方案能打造更時(shí)尚、輕巧的AR眼鏡。此外，22FDX利用基底偏壓控制優(yōu)化像素開(kāi)關(guān)性能，呈現更好的像素開(kāi)關(guān)狀態(tài)：當一個(gè)像素開(kāi)啟時(shí)，它的亮度更高，當它關(guān)閉時(shí)，是處于完全關(guān)閉狀態(tài)，進(jìn)一步節省了功耗與熱效應。

22FDX技術(shù)中的自適基體偏壓（ABB）在設計人員微調電路的晶體管閾值電壓時(shí)，提供了更高的精準度，更有效的優(yōu)化芯片性能、能源效率、面積和可靠性，以符合特定應用的需求。

Kaste同時(shí)表示，22FDX技術(shù)也讓CP能夠為客戶(hù)整合其智慧財產(chǎn)（IP）以及部分微型顯示器結構所需的高壓電裝置到設計中。相較于其他技術(shù)，我們現有的參考設計與生態(tài)系統資源減少了開(kāi)發(fā)過(guò)程的困難度。

該技術(shù)預計今年底下線(xiàn)，樣品將于2022年第一季交付予CP的客戶(hù)。

來(lái)自大自然的靈感

自2016年開(kāi)始，CP利用其LCoS顯示器與進(jìn)階電子驅動(dòng)結構智財組合，開(kāi)始將其微型顯示器的開(kāi)發(fā)集中在A(yíng)R/MR與抬頭顯示器。在目前的平臺上，CP的顯示器已擁有當前所知領(lǐng)域中最小的像素間距，具備最高的光學(xué)效率、最低的顯示延遲與最高的幀率效能。

CP聯(lián)合CEO Edmund Passon表示，當時(shí)擁有微型顯示器子系統－光調節器、背板和驅動(dòng)器幫助CP獲得更多的優(yōu)勢。但近期，他開(kāi)始思考其光學(xué)系統在直接接收信息時(shí)，會(huì )如何運作。視網(wǎng)膜接收的光學(xué)信號在抵達大腦之前，會(huì )分裂成多個(gè)渠道，并進(jìn)行預先處理，而這個(gè)過(guò)程類(lèi)似壓縮，且不須重新發(fā)送大腦已經(jīng)獲取的訊息。因而了解到為了達到所尋求的新一代AR/MR眼鏡的性能，必須反向達成類(lèi)似的事情，以減少帶寬和相關(guān)的功耗，同時(shí)維持既有的性能。這意味著(zhù)CP能盡可能地只發(fā)送變化中的數據數據，以使用最低的功耗來(lái)達到高性能的運作中目標/像素?！?/span>

Edmund Passon說(shuō)，IntelliPix結構特點(diǎn)在于劃分了單芯片系統（SOC）和顯示器子系統的制程。CP的客戶(hù)所制造的兼容渲染管線(xiàn)，可以藉由這項功能充分優(yōu)化實(shí)時(shí)AR/MR系統。但是原先CP采用的28奈米制程半導體科技并不能滿(mǎn)足這項需求，直到IntelliPix使用智能像素的突破性設計，搭配22FDX技術(shù)，成功地實(shí)現了這個(gè)結果。

Passon說(shuō)明：「我們目前的多芯片背板結構是由需要帶寬的1位像素組成。我們起初從28奈米開(kāi)始，但是為了要在智能像素下，能達到符合IntelliPix邏輯所需的像素尺寸，我們需要GF 22FDX解決方案的頂級性能、能源效率與廣泛的功能整合能力。此外，展望未來(lái)，我們目前的像素尺寸是3.015微米，但是藉由IntelliPix結構的功能組合，我們可以將像素尺寸降低至最多2.5微米。這為設計如拜耳（Bayer）像素網(wǎng)格這樣像素數較低的microLED顯示器開(kāi)啟潛在可能。再者，適當地劃分微型顯示器與SOC視訊管線(xiàn)/成像管線(xiàn)能夠實(shí)現優(yōu)化的功率/性能平衡。因此，任何單芯片解決方案的可擴展性都是至關(guān)重要的，而22FDX技術(shù)正符合這個(gè)要素?！埂?/span>

獨特的合作關(guān)系

GF穿戴裝置、智能居家暨機器視覺(jué)產(chǎn)品部門(mén)產(chǎn)品經(jīng)理Ran (Ruby) Yan表示，與CP合作不僅是因為其創(chuàng )新的軟硬件科技，更是因為這家公司展現了廣泛的關(guān)系網(wǎng)絡(luò )價(jià)值。始終以最困難的挑戰為目標，這不僅可以為業(yè)界帶來(lái)進(jìn)步，并為生活帶來(lái)重大的正向改變。

Yan認為，GF擁有顯示驅動(dòng)器的經(jīng)驗，以及背板技術(shù)的整合，還有做為智能型手機、汽車(chē)和醫療設備應用的獨立IC，都為合作關(guān)系帶來(lái)了強大的幫助。她表示GF正在使用基準22FDX平臺，而這也是原先正在進(jìn)行的工作的延伸。例如：客制化需求須在光學(xué)互聯(lián)加入部分獨特的功能，亦會(huì )影響產(chǎn)線(xiàn)流程的后端。

顯示器的未來(lái)

Kaste說(shuō)，顯示器會(huì )是GF的發(fā)展重點(diǎn)。因為它們能為公司各個(gè)事業(yè)體帶來(lái)應用的成長(cháng)。在這個(gè)產(chǎn)品發(fā)展中所展示的成果和獲取的經(jīng)驗，都能為顯示器科技和顯示器價(jià)值鏈帶來(lái)革命性的推動(dòng)。他詢(xún)問(wèn)CP的Passon關(guān)于22FDX技術(shù)可以為AR/MR眼鏡以外的應用帶來(lái)什么？

Passon說(shuō)：「這是一個(gè)很棒的問(wèn)題。自從我們開(kāi)始使用22FDX技術(shù)，新的想法開(kāi)始活躍了起來(lái)。例如，我們可想象使用22FDX技術(shù)優(yōu)化影像墻性能的可能。LEDs的尺寸都不盡相同，但是IntelliPix的最高負載循環(huán)所能提供的支持，讓你可以放置任意數量與尺寸的顯示圖塊來(lái)拼接成一個(gè)壁掛式電視?！?

Passon繼續說(shuō)道：「此外，多年來(lái)，我們已經(jīng)在全像攝影上投入了很多心力，而IntelliPix平臺與22FDX技術(shù)的高性能，大大的滿(mǎn)足了這個(gè)需求。我們認為對于在汽車(chē)AR抬頭顯示器中，在3D空間里放入全像攝影，提升駕駛的意識與反應能力，是個(gè)絕佳的機會(huì )。實(shí)際上，鑒于當前計算機全相片（CGH）所需的計算/功率，汽車(chē)部門(mén)在近期特別鐘情于全像攝影應用。CGH計算領(lǐng)域具有減少功率的潛在可能，IntelliPix已經(jīng)能夠輕松整合這些系統，以產(chǎn)出最佳保真度的全像攝影?！?

Passon表示，未來(lái)有許多新穎且令人興奮的可能，而要實(shí)現這個(gè)目標，在整個(gè)業(yè)界仍有大規模的技術(shù)問(wèn)題需要克服。MicroLED顯示器在技術(shù)上與經(jīng)濟上能夠符合現實(shí)需求以前，這個(gè)產(chǎn)業(yè)必須找到將目前的像素化外延制造流程商業(yè)化的方法。同時(shí)，我們必須找到減少全像攝影計算所需功率的方法。

然而，目前AR/MR科技正處于重大變革的邊緣，CP和GF的策略合作關(guān)正是讓愿景實(shí)現的關(guān)鍵角色。