March 25, 2021格芯与Compound Photonics之间展开战略合，使AR/MR眼镜变得功能更强大、体积更小、重量更轻，并且能效更高。 撰文：Gary Dagastine 增强现实和混合现实（AR/MR）技术正处在一个关键转折点，为推动该技术向前发展，格芯®（GLOBALFOUNDRIES®）与Compound Photonics（CP，又称CP Display）最近宣布达成了战略合作关系。 双方将携手变革AR/MR系统的核心技术——近眼微显示方式。CP的IntelliPix™平台将采用格芯出色的22FDX™半导体解决方案进行生产，以打造业界首款实时AR/MR专用单芯片微显示器，最小像素可达2.5µm。最终将得到光调制不限的业界先进背板/视频管道，技术路线图覆盖当前的振幅硅基液晶显示芯片（LCoS）、microLED，乃至全息技术，同时能够为实时AR/MR系统提供所需的性能。 该单芯片解决方案兼具可扩展性和灵活性，支持CP现有的LCoS技术以及即将推出的microLED显示技术。 IntelliPix的设计理念是，仅开启渲染目标图像所需激活的像素，而不是持续刷新显示器中的所有像素。这样不仅可在非活跃像素区域节省功耗，还可以提高图像质量和亮度，加快刷新率，最终使得AR眼镜变得功能更先进、性能更出色、体积更小、重量更轻，并且单次充电工作时间更长。 IntelliPix架构集成CP专有的视频管道，可响应头部运动和其他环境条件，进行实时补偿；背板具有软件可编程功能，用于进行动态像素控制；驱动器电路用来提供必要的功率。到目前为止，该实现仍需要多个芯片，但下一代AR眼镜要求采用更简单、性能更高、尺寸更小且功耗更低的单芯片设计。 水到渠成的选择 格芯工业和多市场业务部副总裁Ed Kaste表示：“格芯业界领先的22FDX解决方案是水到渠成的选择，理由有很多。超低功耗能力是其一个主要的优势，但这只是个开始。22FDX技术具有比其他平面技术更高的SRAM密度，而SRAM密度与像素密度直接相关，因此IntelliPix能够显著缩小像素尺寸。这样可以打造出高性能、高度集成的解决方案，有助于使AR眼镜更小巧、更轻便。此外，由于能够在充分利用体偏置控制的同时，开启和关闭像素，因此可实现更好的导通和关断状态，即像素开启时变得更亮，而像素关闭时会真正进入关断状态，从而进一步节省功耗并降低热效应。” 22FDX技术的自适应体偏置（ABB）功能使设计人员在微调电路的晶体管阈值电压时获得更高的精度，更有效地优化芯片的性能、能效、面积和可靠性，以满足特定应用的需求。 Kaste表示：“22FDX技术还使CP能够轻松地将其客户专有的IP集成到设计中，以及某些微显示架构所需的高压器件中。我们现有的参考设计和生态系统资源使得该开发过程的挑战性远低于其他技术。” 预计将于今年年末流片，样品将于2022年第一季度交付CP的客户。 从实践中自然汲取的经验 自2016年开始，CP利用其在LCoS显示器和先进电子驱动架构中的丰富IP组合，将其微显示器的研发重点放到AR/MR和平视显示器上。与其他显示器供应商相比，CP基于当前一代平台的显示器已经因其具有最小像素间距、最高光学效率、最低显示延迟和最高帧率性能而在业内享有盛誉。 CP联合首席执行官Edmund Passon表示：“我们拥有当时业界最出色的微显示器子系统（光调制器、背板和驱动器），因此深受青睐。但最近，我开始思考当我们直接向光学系统馈入信号时，其工作方式如何。来自视网膜的光学信号被分割到多个通道，并在到达大脑之前进行预处理。该过程类似于压缩，使得无需重新发送大脑已经收到的信息。我认识到，要实现我们所追求的下一代AR/MR眼镜性能，我们需要进行一些类似的反向处理，以在保持性能的同时减少带宽和相关功耗。我们需要能够仅发送发生变化的数据，同时为活跃对象/像素提供高性能，并以尽可能低的功耗执行所有操作。” 他表示，IntelliPix架构功能集在SOC和显示子系统之间对处理进行了分区。CP的客户通过构建兼容的渲染管道，就可以充分利用针对实时AR/MR系统完全优化的功能集。但是，CP最初采用的28nm半导体技术并不能满足IntelliPix利用智能像素的突破性设计任务，而这可以通过22FDX技术实现。 Passon表示：“我们目前的多芯片背板架构由一个对带宽有很高要求的1位像素组成。我们的研发工作始于28nm，但是要在智能像素条件下达到理想的像素尺寸和IntelliPix所需的逻辑量，则需要格芯的22FDX解决方案，因为该解决方案具备出色的性能、功效和广泛的功能集成能力。此外，展望未来，虽然我们当前的像素尺寸为3.015μm，但我们发现IntelliPix架构将使我们能够根据功能集将像素尺寸缩小到2.5µm。这使得设计microLED显示器成为可能，该显示器采用拜尔式像素网格，支持更少的所需像素。同样地，在微型显示器和SOC视频管道/渲染之间进行适当的分区，将可实现功率/性能的出色平衡。因此，任何单芯片解决方案的可扩展性都至关重要，而22FDX技术恰好符合这一要求。” 独特的合作关系 格芯可穿戴设备、智能家居和机器视觉产品业务部产品经理Ran（Ruby）Yan表示：“我们之所以选择与CP合作，不仅是因为其在硬件和软件方面的技术创新，还因为CP公司成立已有一段时间，并且拥有广泛的企业关系网络，展示了他们所提供产品的价值。 CP最让我们看重的一点是，他们始终以应对最困难的挑战为目标，能够参与其中是件令人兴奋的事情，让人很有成就感，这不仅可以带来产业进步，还可以给我们的日常生活带来重大的积极变化。” Yan表示，格芯为此次合作带来了丰富的显示驱动器经验，适合智能手机、汽车和医疗设备等应用，既可与背板集成，又可作为独立IC。她表示：“我们使用22FDX基准平台进行此项目，这也是我们现有研发工作的扩展。例如，所需的可定制化将影响生产线流程的后端，以便为光学互连增加一些独特的功能。” 显示器的未来 Kaste表示，总的来说，显示技术是格芯的一个重点，因为它们的应用范围越来越广泛，横跨公司的所有业务部。他还表示，从此次合作中获得的性能和经验可能会彻底改变显示技术和未来的显示价值链。他曾问过CP的Passon，22FDX技术可以为AR/MR眼镜以外的应用带来什么。 Passon回答道：“这是一个很好的问题。自从开始采用22FDX技术以来，我们就不断涌现出新想法。例如，我们发现可以使用22FDX技术来制作性能更高的视频墙。LED的尺寸差异很大，但借助IntelliPix可提供的最高占空比能力，它们的工作条件相同，因此您可以将任意数量的显示片拼接在一起，制造出任何尺寸的电视墙。” Passon继续说道：“此外，多年来，我们在全息技术方面做了大量努力，搭载高性能22FDX技术的IntelliPix平台可很好地满足这一要求。我们认为在汽车AR平视显示器中存在一个绝佳的机会，即将全息对象置于3D空间中，以增强驾驶员的感知和响应能力。实际上，结合考虑目前计算机生成全息图（CGH）所需的计算/功耗，全息应用在短期内对汽车行业特别有吸引力。CGH算法领域的研究显示该功耗有望降低，IntelliPix将准备好与这些系统轻松集成，以生成高保真度的全息图。” Passon表示，尽管未来令人兴奋的新机遇众多，但要实现这一目标，仍需在全行业范围内克服一些技术挑战。他表示：“要使microLED显示器在技术上和经济上更具实用性，业界必须找到方法，将当前生产中的像素化外延制造工艺商业化。同时，对于全息技术，我们必须找到方法来降低所需的计算功耗。” 不管怎样，AR/MR技术目前正处于重大变革的边缘，CP与格芯之间的合作关系正为实现这一变革发挥重要作用。
