CEA-Leti об экосистеме КМОП‑формирователей изображения

CEA-Leti об экосистеме КМОП‑формирователей изображения

Выпуск 7(6731) от 08 апреля 2021 г.
РУБРИКА: ДАТЧИКИ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

В последнее время активно развивается сектор КМОП-формирователей изображения (CMOS Image Sensor, CIS). Одним из ведущих разработчиков CIS является CEA-Leti. Специалисты фирмы Yole Développement (Лион, Франция) описали некоторые аспекты работ этой организации

Согласно данным Yole Développement, сектор CIS в 2019 г. развивался быстрыми темпами – ​продажи этих приборов составили 19,3 млрд долл. (см. рисунок). Кроме того, наблюдается взрывной рост разнообразных технологий CIS, появление которых открывает путь на рынок новым игрокам.



Продажи КМОП-формирователей изображения и их доля в продажах полупроводниковых приборов


Одним из ведущих разработчиков CIS является CEA-Leti (Laboratoire d’électronique des technologies de l’information – ​Лаборатория электроники и информационных технологий при Французском Комиссариате по атомной и альтернативным видам энергии), крупный европейский центр исследований в области микроэлектроники. Созданный в 1978 г. отдел оптики и фотоники действует на крупнейших рынках фотоники, включая получение изображений в диапазоне от терагерцовых частот до инфракрасного (ИК) и видимого света, кремниевую фотонику для информационных систем и связанных приложений, оптические датчики окружающей среды и дисплеи. Многопрофильное ноу-хау CEA-Leti обеспечивает инновации в датчиках, видеомодулях и системах для решения проблем, возникающих у всех заинтересованных сторон, от производителя компонентов до конечного пользователя. Лаборатория, специализирующаяся на распознавании видимых изображений, была создана в 2011 г. Она обладает портфелем из 700 патентов и получает финансирование в размере более 70 млн евро в год, используя его на поддержание инфраструктуры мирового класса. Подразделение стремится к тому, чтобы команды его разработчиков предлагали своим промышленным партнерам этичные решения высочайшего качества. Этот отдел оптроники объединяет более 300 исследователей, занимающихся разработкой и производством фотонных устройств и интегрированных систем в области формирователей изображений, дисплеев, систем связи и датчиков. Ежегодно публикует 140 научных работ по оптике и фотонике.

Сейчас CEA-Leti уделяет первоочередное внимание фотонным подсистемам с высокой добавленной стоимостью, которые требуют взаимосвязи между конструкцией интегральных схем (ИС), оптикой и новыми оптическими архитектурами. Также ведутся работы над интеграцией оптических функций, требующих проектирования ИС считывания (readout IC, ROIC), и над моделированием и обработкой изображений. Искусственный интеллект (ИИ) – ​стратегическая программа CEA-Leti. Команда разработчиков может обеспечить каждый аспект проекта, от КМОП ИС считывания, близкого к пиксельному сигналу, до передового встроенного программного обеспечения. Новая маршрутная карта для датчиков видимого изображения основана на повышении чувствительности, но у CEA-Leti также есть маршрутная карта по пиксельной архитектуре. В области двумерного зрения существует общий компромисс между производительностью и размером, весом, мощностью и стоимостью (SWAP-C).

Специалисты CEA-Leti видят свою задачу в расширении инноваций в области фотонных приложений, таких как изогнутые формирователи изображения для улучшения качества изображения, микроСИД, лидары и т. д. Также исследуются новые материалы, такие как перовскиты, в плане возможности их использования для обнаружения рентгеновских лучей или, например, пленоптического зондирования, задействующего цвет и глубину (RGB + Z).

CEA-Leti базируется в Гренобле, в «Долине визуализации». В регионе Гренобля сосредоточено множество разнообразных научно-исследовательских лабораторий, динамичных производственных компаний, высших учебных заведений и стартапов в сфере высоких технологий. Все они приветствуют возможность сотрудничества для поиска решений технологических, научных и медицинских проблем. В области микроэлектроники CEA-Leti сотрудничает с лабораториями корпораций STMicroelectronics (входит в пятерку крупнейших мировых компаний в области CIS), Soitec и Applied Materials, над формирователями изображений и инфракрасным излучением работает совместно с фирмами Lynred (мировой лидер в области технологий визуализации ИК-изображений), Thales и Trixel, а над микроСИД – ​с фирмой Aledia. Это пример того, как выстраиваются долгосрочные отношения. В целом CEA-Leti работает с 250 промышленными партнерами в активном двустороннем режиме. Промышленными партнерами CEA-Leti могут быть как глобальные компании, так и малые или средние предприятия, стартапы.

Помимо двусторонних отношений CEA-Leti разрабатывает и совместные бизнес-модели. Так, лаборатория входит в консорциум IRTNano – ​его программа 3D-интеграции началась в 2012 г. с тремя партнерами, включая STMicroelectronics, а в конце 2019 г. выросла до шести – ​с появлением Prophesee, французского стартапа, специализирующегося на датчиках изображения на основе событий, и Aledia, дочерней компании CEA-Leti, специализирующейся на дисплеях. В 2020 г. к консорциуму IRTNano присоединилась и Lynred.

CEA-Leti участвует в развитии CIS с середины 1990-х гг. В начале 2000-х лаборатория уже обладала патентами на CIS, включая аналого-цифровые преобразователи (АЦП), архитектуры и схемы сжатия. Некоторые из этих технологий были переданы отделу обработки изображений STMicroelectronics – ​например, технологический блок и процессы, позволяющие создавать более точные устройства формирования изображений, повышать эффективность сбора фотонов и разрабатывать инновационные архитектуры, что привело к буму приложений для обработки изображений для мобильных телефонов. В 2012 г. первая научная публикация о Global Shutter Pixel положила начало долгосрочному сотрудничеству в области пиксельных технологий с отделом обработки изображений STMicroelectronics.

Помимо STMicroelectronics, CEA-Leti передала мировым лидерам индустрии формирователей сигналов изображения многие ключевые технологические инновации, нацеленные на такие сегменты рынка, как Интернет вещей (IoT), умные дома, транспорт, медицинские приборы, безопасность, промышленный контроль и космос.

С 1992 г. CEA-Leti занимается разработкой болометрических изображений – ​эта технология была передана компании Ulis в 2002 г. Ulis, ныне Lynred, – ​ведущий мировой производитель болометров. В ИК-камерах – ​используются ли они для наблюдения за городскими улицами или заводами, помогают ли водителям лучше видеть ночью или проверяют изоляцию здания на предмет потери тепла – ​работают болометрические тепловизоры.

Необходимо иметь в виду, что многим инновациям требуется от 15 до 20 лет, прежде чем их можно будет найти в коммерческом продукте. Сейчас специалисты CEA-Leti работают над решениями, которые могут появиться на рынке в 2040 г.


Arnaud Agnès, Bouhamri Zine. CEA-Leti’s Involvement in the CMOS Image Sensor Ecosystem – ​An interview by Yole Développement. i-Micronews, March 4, 2021: https://www.i-micronews.com/cea-letis-involvement-in-the-cmos-image-sensor-ecosystem-an-interview-by-yole-developpement/?cn-reloaded=1


В ЦЕНТРЕ ВНИМАНИЯ

Prophesee

Дата основания : 2014 г.
Количество сотрудников: более 100 (2020).
Основная продукция: передовые системы нейроморфного зрения Metavision®.
Штабквартира: Париж, Франция.
Объем финансирования НИОКР: 65,3 млн долл. (2019).

Компания Prophesee была основана международной группой опытных предпринимателей и исследователей. Технология Prophesee, созданная на базе принципов человеческого зрения, использует запатентованную конструкцию нейроморфных датчиков и алгоритмы ИИ, которые имитируют работу глаз и мозга человека, чтобы собрать визуальную информацию, недоступную для стандартных технологий. Датчики и системы камер компании обладают огромным потенциалом в таких областях, как автономные транспортные средства, промышленная автоматизация, Интернет вещей, безопасность и наблюдение, дополненная и виртуальная реальность. Одним из первых применений стали медицинские устройства, восстанавливающие зрение слепым. Компания преследует цель инициировать радикальный сдвиг парадигмы в восприятии и обработке изображений во всех областях машинного зрения – ​переход от датчиков на основе кадра к системам видения на основе событий. В подобных системах каждый пиксель активизируется только тогда, когда обнаруживает движение. В то время как в датчике на основе кадра все пиксели записываются одновременно, в датчике на основе событий каждый пиксель совершенно независим. Созданная информация не поступает кадр за кадром – ​скорее движение фиксируется как непрерывный поток информации. Качество видения, предлагаемое системами Prophesee, гораздо выше, чем у всех традиционных систем, основанных на кадрах.


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ