22FDX技术为增强现实带来了真正的改变

GF和Compound Photonics之间的战略合作将带来更强大、更小、更轻、更节能的AR/MR眼镜。

作者:Gary Dagastine

增强和混合现实(AR/MR)技术正处于一个历史性的拐点,GLOBALFOUNDRIES(GF)和Compound Photonics(CP,又称CP Display)最近宣布的战略合作关系正在推动它向前发展。

两家公司将共同合作,改变作为AR/MR系统核心的近眼微显示器的运作方式。CP的IntelliPix™平台将使用GF一流的22FDX™半导体解决方案制造,创造出世界上第一个实时AR/MR专用单芯片微显示器,使像素小至2.5微米。其结果将是业界最先进的光调制无关的背板/视频管道,能够跨越当前振幅的硅上液晶(LCoS)到microLED一直到全息的路线图,同时提供实时AR/MR系统所需的性能。

智慧的照片

这个可扩展和灵活的单芯片解决方案将支持CP现有的LCoS技术,以及CP即将推出的microLED显示技术。

使用IntelliPix,其理念是只打开需要激活的像素,以呈现所需的图像,而不是持续刷新显示器中的所有像素。这不仅节省了非活动像素区域的电力,还带来了更高的图像质量和亮度,更快的刷新率,最终使AR眼镜具有更先进的功能和性能,更小、更轻的外形尺寸,单次充电的时间更长。

IntelliPix架构集成了CP公司专有的视频管道,可对头部运动和其他环境条件进行实时补偿;一个软件可编程的背板可动态控制像素;以及驱动电路可提供必要的电源。到目前为止,这需要多个芯片,但下一代AR眼镜需要一个更简单、更高性能、更小、更省电的单芯片设计。

一个自然的选择

"GF行业领先的22FDX解决方案是一个自然的选择,原因很多,"GF工业和多市场副总裁Ed Kaste说。"它的超低功率能力是一个主要优势,但这仅仅是个开始。22FDX技术比其他平面技术具有更高的SRAM密度,而SRAM密度与像素密度直接相关,使IntelliPix能够大幅缩小像素尺寸。这带来了一个高性能、高集成度的解决方案,有助于实现更时尚、更轻巧的AR眼镜。另外,在利用体偏控制的同时,开启和关闭像素的能力导致了更好的开启和关闭状态,因此,当像素开启时,它更亮,当它关闭时,它真的关闭了,进一步节约了电力,减少了热效应。"

埃德-卡斯特22FDX技术的自适应体偏压(ABB)功能使设计者在微调电路的晶体管阈值电压时的精度大大提高,使他们能够更有效地优化芯片的性能、能源效率、面积和可靠性,以满足特定应用的需要。

"22FDX技术还使CP能够轻松地将其客户特有的知识产权(IP)集成到设计中,以及一些微显示器架构所需的更高电压器件。Kaste说:"我们现有的参考设计和生态系统资源使这一开发过程比其他技术的挑战要小得多。

预计在今年年底前完成带出,并在2022年第一季度向CP的客户交付样品。

从自然界吸取的教训

自2016年起,CP开始利用其在LCoS显示器和先进的电子驱动架构方面丰富的IP组合,将其微型显示器的开发工作集中在AR/MR和平视显示器上。基于其当前一代平台,CP的显示器在业内以最小的像素间距、最高的光学效率、最低的显示延迟和最高的帧率性能而闻名,与其他显示器供应商相比。 

"我们当时拥有业界最好的微型显示器子系统--光调制器、背板和驱动器,这对我们获得牵引力很有帮助,"CP的联合首席执行官Edmund Passon说。"但最近,我开始思考我们的光学系统是如何运作的,因为我们直接向它提供信息。他说:"来自视网膜的光学信号被分成多个通道,并在那里进行预处理,然后才到达大脑。处理过程类似于压缩,不需要重新发送大脑已经收到的信息。"我意识到,为了实现我们为下一代AR/MR眼镜所寻求的性能,我们需要做一些类似的反向处理,以减少带宽和相关的电力消耗,同时保持性能。它允许我们只发送正在变化的数据,同时为活跃的物体/像素提供高性能,所有这些都以最低的功耗进行。"

他说,IntelliPix架构的功能集在SOC和显示子系统之间划分处理。CP公司的客户如果建立了兼容的渲染管道,就可以充分利用该功能集,为实时AR/MR系统进行完全优化。但CP最初采用的28纳米半导体技术并不能满足IntelliPix使用智能像素的突破性设计,而智能像素可以通过22FDX技术实现。

"我们目前的多芯片背板架构包括一个对带宽有需求的一比特像素。Passon说:"我们在28纳米开始工作,但为了在智能像素下实现所需的像素尺寸和IntelliPix所需的逻辑量,我们需要GF的22FDX解决方案,它具有一流的高性能、电源效率和广泛的功能集成能力。"此外,展望未来,虽然我们的像素尺寸现在是3.015微米,但我们发现,IntelliPix架构将使我们能够根据功能设置将其缩小到2.5微米。这为设计基于微型LED的显示器提供了可能性,其像素网格类似于支持更少的所需像素。同样,在微型显示器和SOC视频管道/渲染之间进行适当的划分,将导致最佳的功率/性能平衡。因此,任何单芯片解决方案的可扩展性是至关重要的,而22FDX技术符合这一要求"。

一个独特的伙伴关系

卢比燕GF可穿戴设备、智能家居和机器视觉产品的产品经理Ran (Ruby) Yan说:"我们选择与CP合作,不仅是因为他们在硬件和软件方面都有技术上的创新,而且因为他们作为一家公司已经存在了一段时间,并通过广泛的企业关系网络证明了他们所提供的价值。

 "她说:"我们特别喜欢CP的一点是,他们总是针对最困难的挑战,参与这样的努力是令人兴奋和有意义的,这不仅能带来工业进步,而且能给我们的日常生活带来重大的积极变化。

Yan说,GF为这项合作带来了大量的显示驱动器的经验,包括与背板集成和作为独立的IC,应用范围包括智能手机、汽车和医疗设备。"我们正在使用基线22FDX平台进行这项工作,这也是我们已经在做的事情的延伸,"她说。"例如,所需的定制将影响生产线的后端工艺,为光互连增加一些独特的功能"。

显示器的未来

Kaste说,显示器总体上是GF的一个关键重点,因为它们跨越了公司所有业务部门的越来越多的应用。他说,从这次合作中展示的性能和学到的经验可以彻底改变显示技术和未来的显示价值链,他问CP的Passon,他认为22FDX技术可以为AR/MR眼镜以外的应用带来什么。

在GF的22FDX平台的支持下,IntelliPix的背板设计提供了支持不同光调制技术的灵活选项。

"这是个很好的问题,"Passon说。"自从我们开始使用22FDX技术以来,新的想法似乎就从树林中冒了出来。例如,我们可以看到如何使用22FDX技术来制作性能更好的视频墙。LED的尺寸相当不同,但它们的护理和喂养是相同的,能够达到IntelliPix所能提供的最高占空比--你可以把任何数量的显示瓦片放在一起,制成任何尺寸的墙基电视。"

"Passon继续说:"另外,多年来我们在全息技术方面做了大量的工作,IntelliPix平台和22FDX技术的高性能能力很好地服务于此。"我们认为在汽车AR平视显示器中存在着一个绝好的机会,可以将全息物体置于三维空间中,以提高驾驶员的意识和反应能力。事实上,考虑到目前计算机生成全息图(CGH)所需的计算/功率,汽车领域在近期内对全息应用特别有吸引力。CGH算法领域的工作正在显示出降低这一功率的前景,IntelliPix将准备好与这些系统轻松整合,以产生最高保真度的全息图。"

Passon说,虽然未来有许多新的和令人兴奋的机会,但仍有一些技术挑战必须在整个行业的基础上加以克服才能实现。"为了使基于微型LED的显示器在技术上和经济上真正变得实用,行业必须找到方法,使目前用于制造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减少所需的计算能力,"他说。

尽管如此,现在AR/MR技术正处于重大变革的边缘,而CP和GF之间的合作关系正为实现这一目标发挥着关键作用。