打破国外垄断，全国产3D芯片为机器人“点睛”

◎ 科技日报记者 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”。

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”。

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。”

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。

值得庆贺！2纳米芯片成功破冰，中科院技术全球首创

2018年末，一场火灾引起的蝴蝶效应改写了历史。那是烧毁荷兰ASML光刻机公司工厂的一场火灾，在大火中，有一台光刻机是我国斥资8.2亿购买的。因为火灾，光刻机不知何时才能到我国的手里。随后而来的是，光刻机没有交货，但是荷兰出口的EUV光刻机到中国的许可证

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”。

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。”

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

终审：冷文生