為何芯片巨頭擠破頭收購(gòu)MEMS激光掃描投影技術(shù)

    你能想象現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)可以把之前幾十公斤重的激光雷達(dá)塞進(jìn)一塊比指甲蓋還小的芯片中而且還能完成同樣的工作嗎？利用新世紀(jì)的集成電路和3D加工技術(shù)，一塊小小的芯片能夠承載比我們以往任何時(shí)代都多的功能，而這一技術(shù)的潛在應(yīng)用領(lǐng)域也讓芯片業(yè)巨頭擠破了頭去收購(gòu)相關(guān)技術(shù)。

    2012 年，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）行業(yè)巨頭意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）收購(gòu)以色列生產(chǎn)手機(jī)投影設(shè)備的公司bTendo，獲得這家公司的靜電驅(qū)動(dòng)一維MEMS激光掃描投影技術(shù)。2015年，Intel并購(gòu)瑞士生產(chǎn)微型投影設(shè)備的公司Lemoptix，現(xiàn)在已經(jīng)將這家公司的MEMS激光掃描芯片應(yīng)用于自己的Remote EyeSight增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）智能眼鏡上。2016年，汽車(chē)半導(dǎo)體巨頭英飛凌收購(gòu)荷蘭一家以一維MEMS激光掃描技術(shù)研制激光雷達(dá)的創(chuàng)業(yè)公司Innoluce。

    什么是MEMS？MEMS是利用集成電路制造和三維硅微加工技術(shù)，把微米甚至納米尺度的結(jié)構(gòu)、傳感器、控制處理電路甚至接口、通信和電源等制造在一塊或多塊芯片上的微型智能系統(tǒng)，它可以提供智能裝置對(duì)外界環(huán)境的感知甚至處理的能力。MEMS的微型化、高效能、低成本屬性，使得其可以應(yīng)用到幾乎所有產(chǎn)品上，具有革命性的意義。例如 AR/MR智能眼鏡、激光抬頭顯示器（HUD）、激光雷達(dá)、智能激光車(chē)頭燈、生醫(yī)檢測(cè)影像掃描、人際交互感應(yīng)、全息投影、3D深度攝像頭等領(lǐng)域，都需要用到MEMS。在MEMS出現(xiàn)之前，這些產(chǎn)品無(wú)論是體積、成本還是能耗，都一直讓產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員頭疼，同時(shí)也是制約技術(shù)進(jìn)步的難題。

    麥姆斯咨詢(xún)介紹道：以激光雷達(dá)為例，在早期的Google自駕駛汽車(chē)上，相關(guān)的設(shè)備及傳感器的成本，尤其是扮演自駕車(chē)眼睛角色、位于車(chē)頂?shù)膫鹘y(tǒng)機(jī)械式激光雷達(dá)就占據(jù)了整車(chē)上路前制造成本的一半以上。目前隨著技術(shù)的進(jìn)步，即便Google自駕駛汽車(chē)上的相關(guān)設(shè)備體積小了很多，但車(chē)頂?shù)募す饫走_(dá)仍有賴(lài)于微型化的MEMS激光掃描鏡才可能達(dá)到低成本、低風(fēng)阻、甚至釋放車(chē)體設(shè)計(jì)自由度的美觀要求。如果使用MEMS技術(shù)，激光雷達(dá)可以做到跟汽車(chē)?yán)走_(dá)一樣小巧的體積，直接安裝在保險(xiǎn)杠上，在不影響美觀的同時(shí)還能完成一樣的掃描、監(jiān)測(cè)任務(wù)。

    世界上多家頂級(jí)視覺(jué)、圖像公司都在尋求應(yīng)用于AR、MR領(lǐng)域的MEMS微投影方案，當(dāng)前需要外加磁鐵、體積大的電磁驅(qū)動(dòng)MEMS以及靜電驅(qū)動(dòng)的一維 MEMS 技術(shù)仍為主流，但更低耗能、體積更小的靜電驅(qū)動(dòng)二維MEMS激光掃描技術(shù)，提供更微型化、更簡(jiǎn)潔的光機(jī)架構(gòu)才是發(fā)展趨勢(shì)。

    2014年11月，歐盟 Lab4MEMS II計(jì)劃啟動(dòng)，全力支持靜電驅(qū)動(dòng)二維MEMS掃描芯片技術(shù)。二維MEMS掃描芯片技術(shù)可以應(yīng)用于激光微投影、3D深度攝像頭、微光譜儀、激光雷達(dá)等設(shè)備上。與此同時(shí)，不少?gòu)S家，比如英飛凌的MEMS激光雷達(dá)尺寸已經(jīng)可以做到比硬幣還小，制作成本也將進(jìn)一步下降。

    一家客戶(hù)名單讓人羨慕的技術(shù)型創(chuàng)業(yè)公司

    在此，TECH2IPO將向各位介紹一家名叫Opus Microsystems的創(chuàng)業(yè)公司。Opus成立于美國(guó)硅谷和中國(guó)臺(tái)灣兩地，2002 年起開(kāi)始研究MEMS激光掃描鏡，2010年開(kāi)始研究靜電式二維MEMS激光掃描投影平臺(tái)技術(shù)，2015年開(kāi)始應(yīng)用于智能硬件產(chǎn)品方案，2016年與赫赫有名的Facebook和Magic Leap就AR/MR應(yīng)用簽署協(xié)議，2017年初開(kāi)始與歐姆龍合作MEMS激光雷達(dá)的開(kāi)發(fā)。

    Opus在2016年研發(fā)了全球最小的高清二維MEMS掃描鏡以及AR激光抬頭顯示器。這么描述各位可能難以想象是什么東西，但如果提起使用這一技術(shù)的HoloLens或者汽車(chē)擋風(fēng)玻璃的HUD的話(huà)，或許更好理解。Opus的MEMS非常小巧，可以塞進(jìn)任何移動(dòng)設(shè)備中，不需要像傳統(tǒng)的投影儀一樣對(duì)焦就可以將高色彩飽和度、廣色域、高對(duì)比度的高清圖像在任何表面進(jìn)行投影，5寸手機(jī)秒變50寸大電視。更關(guān)鍵的是，因?yàn)椴捎玫母咝�率激光投影技術(shù)，產(chǎn)品的功耗也相當(dāng)?shù)�，是智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備可以承受的。

    2016年可穿戴設(shè)備博覽會(huì)上，日本Sharp展示了與Opus的合作成果。利用Opus的激光微投影方案，夏普公司展示了可以投射出50寸色彩飽和高清圖像的激光微投影儀，還有同樣不需要對(duì)焦、可以穿戴在身上的微投影儀，以及用于人機(jī)交互的懸浮投影技術(shù)，科幻電影里的場(chǎng)景出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)生活中，令人為之震驚（見(jiàn)下圖）。

    Opus創(chuàng)始人洪昌黎博士表示，2016年對(duì)于Opus來(lái)說(shuō)是具備里程碑意義的一年。在這一年里，Opus和Magic Leap和Facebook公司分別簽署了協(xié)議，但是因?yàn)楹炇鹆薔DA協(xié)議，具體合作內(nèi)容我們不得而知。不過(guò)從Magic Leap和Facebook自己以及國(guó)外媒體曝光的信息來(lái)看，他們的MR產(chǎn)品或許應(yīng)用了Opus的相關(guān)技術(shù)。

    而在MEMS激光雷達(dá)領(lǐng)域，Opus取得了突破性的技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用。Google的自駕駛汽車(chē)上裝備的是機(jī)械式脈沖激光發(fā)射器，而Opus的MEMS 激光雷達(dá)可以完全取代這些笨重的設(shè)備，以一枚硬幣的大小安裝在汽車(chē)保險(xiǎn)杠上，MEMS 的效果比機(jī)械式激光雷達(dá)的效果還要好。更關(guān)鍵的是Google自駕駛汽車(chē)上的機(jī)械式激光雷達(dá)成本高達(dá)7000美元，Opus的成本只有50美元，不僅成本降為原來(lái)的1%不到，而且體積也縮小了100倍。

    洪昌黎博士在美國(guó)斯坦福大學(xué)取得碩士、博士學(xué)位（28歲博士學(xué)位、2年兵役），掌握著27項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利。在Opus的團(tuán)隊(duì)中，還有多年集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)、來(lái)自美國(guó)康奈爾大學(xué)的電機(jī)工程碩士黃世才，來(lái)自UC伯克利的博士后楊學(xué)安，以及多位美國(guó)南加大、馬里蘭大學(xué)海歸和臺(tái)大、清華、交大碩士畢業(yè)的人才，專(zhuān)業(yè)涵蓋微機(jī)電、集成電路設(shè)計(jì)、光學(xué)、軟硬件設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。團(tuán)隊(duì)成員均有多年相關(guān)的技術(shù)背景，技術(shù)實(shí)力雄厚。也與國(guó)際知名的廠(chǎng)商進(jìn)行了戰(zhàn)略合作，建立起了微機(jī)電芯片大量生產(chǎn)的供應(yīng)鏈。

    創(chuàng)業(yè)艱辛，曾遭日本客戶(hù)質(zhì)疑方案無(wú)法重現(xiàn)

    在眾人甚至戰(zhàn)略合作伙伴眼中，Opus目前的發(fā)展軌道或許是讓人稱(chēng)羨的，但跟眾多創(chuàng)業(yè)公司一樣，Opus一路走來(lái)歷經(jīng)許多波折，甚至面臨關(guān)閉的危機(jī)。1998年洪博士離開(kāi)了與朋友共同創(chuàng)立的一家公司，這家公司曾經(jīng)拿到臺(tái)積電與宏基電腦的投資，后被美國(guó)Amkor Technology并購(gòu)。之后加入了新加坡匯亞基金負(fù)責(zé)風(fēng)險(xiǎn)投資業(yè)務(wù)，參與阿里巴巴第一筆融資，開(kāi)始進(jìn)入投資領(lǐng)域。與此同時(shí)，硅谷的投資人也開(kāi)始了對(duì)MEMS激光技術(shù)領(lǐng)域的瘋狂投資。

    互聯(lián)網(wǎng)泡沫破裂2年后，Opus成立了。當(dāng)時(shí)硅谷尚未恢復(fù)元?dú)�，但是基于�?duì)技術(shù)和市場(chǎng)趨勢(shì)的了解，洪博士堅(jiān)信MEMS在激光掃描應(yīng)用更巨大的機(jī)會(huì)將會(huì)來(lái)臨。在取得臺(tái)灣一品光學(xué)董事長(zhǎng)天使投資后，便投入一維MEMS芯片的開(kāi)發(fā)與光學(xué)系統(tǒng)的合作。一年后的會(huì)議上，Opus的產(chǎn)品收獲了來(lái)自日本客戶(hù)的訂單，但也因?yàn)樾酒��?guī)格原因需要重新設(shè)計(jì)架構(gòu)。歷經(jīng)數(shù)次規(guī)格提升，兩年后Opus的產(chǎn)品終于滿(mǎn)足了日本客戶(hù)的苛刻的「工匠精神」的要求。但不巧的是，亞洲金融風(fēng)暴發(fā)生了。洪博士回憶，2007年時(shí)客戶(hù)合作計(jì)劃，公司面臨資金斷鏈的危機(jī)。不過(guò)通過(guò)嚴(yán)格控制現(xiàn)金流、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、新客戶(hù)，公司順利渡過(guò)難關(guān)，同時(shí)也完成了從產(chǎn)品到解決方案的轉(zhuǎn)型。

    在訪(fǎng)談中，洪博士向我們透露，在眾多合作的國(guó)外客戶(hù)中，他依然清楚地記得一次跟日本客戶(hù)合作時(shí)的波折與客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的希冀。在一次跟某位日本客戶(hù)合作中，Opus順利的提供了MEMS光機(jī)設(shè)計(jì)方案與樣品，但對(duì)方的一位技術(shù)主管在自行嘗試重現(xiàn)設(shè)計(jì)方案時(shí)，指責(zé)Opus并質(zhì)疑該設(shè)計(jì)方案不可行，要求提供額外的樣品以配合其開(kāi)發(fā)進(jìn)度。

    事后該技術(shù)主管向其研究所所長(zhǎng)報(bào)告Opus的方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)，所長(zhǎng)非常不高興，親自到Opus對(duì)方案進(jìn)行查證。在Opus技術(shù)團(tuán)隊(duì)依據(jù)設(shè)計(jì)方案現(xiàn)場(chǎng)做出樣品后，當(dāng)下該所長(zhǎng)即向Opus的代表道歉并打電話(huà)責(zé)備日本下屬失職，此后該公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)始終對(duì)Opus保持信任與尊重的態(tài)度，雙方也更加緊密的合作。

    技術(shù)實(shí)力加可靠的產(chǎn)品再加上多種前瞻型技術(shù)產(chǎn)品對(duì)MEMS芯片的需求，讓Opus在全球范圍內(nèi)得到了大量的訂單。Opus現(xiàn)在與夏普、歐姆龍、Blue Optech、Magic Leap、Facebook、小優(yōu)智能、LG Innotek、上海漢締等公司在3D深度攝像頭、AR/MR智能眼鏡、激光抬頭顯示器、激光雷達(dá)、虛擬浮空投影等領(lǐng)域開(kāi)展合作。

    落地中國(guó)內(nèi)地，實(shí)現(xiàn)本地化量產(chǎn)與應(yīng)用

    對(duì)于未來(lái)發(fā)展，洪博士有自己的想法，他非�？粗刂袊�(guó)內(nèi)地的市場(chǎng)。下一步Opus將在中國(guó)內(nèi)地設(shè)立分公司，發(fā)展基于MEMS核心技術(shù)的終端智能硬件和應(yīng)用，對(duì)接國(guó)內(nèi)客戶(hù)與市場(chǎng)，并與國(guó)內(nèi)晶圓廠(chǎng)合作推動(dòng)MEMS芯片的本地化生產(chǎn)。

    另外，Opus還將計(jì)劃在內(nèi)地設(shè)立先進(jìn)微納米系統(tǒng)科技研究院，加大對(duì)MEMS技術(shù)及其對(duì)機(jī)器視覺(jué)、AR/MR領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)研究。同時(shí)也將在美國(guó)和日本開(kāi)設(shè)營(yíng)運(yùn)網(wǎng)點(diǎn)，在需求旺盛的市場(chǎng)里進(jìn)行產(chǎn)品和技術(shù)對(duì)光。他透露，Opus正在與國(guó)內(nèi)多個(gè)地方政府進(jìn)行交流、談判，落地中國(guó)的目標(biāo)很快就會(huì)實(shí)現(xiàn)。

    洪博士告訴我們，目前市場(chǎng)對(duì)于MEMS掃描鏡有極其強(qiáng)烈的需求，尤其是3D深度攝像頭。利用3D深度攝像頭，可以完成3D物體掃描建模、AR/MR物體建模、AR空間定位、環(huán)境感知等對(duì)技術(shù)和設(shè)備要求高的任務(wù)，現(xiàn)在面世的高端 AR 眼鏡都配備了3D深度攝像頭。

    根據(jù)Allied Market Research預(yù)測(cè)，到2020年全球3D深度攝像頭市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到76億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率接近40%，到2020年全球幾乎一半的手機(jī)都將配備3D攝像頭。但是目前市面上的3D深度攝像頭都存在或多或少的問(wèn)題，而這些問(wèn)題正是各大科技巨頭爭(zhēng)相希望解決的。采取傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光投影或ToF方式的3D深度攝像頭，都存在分辨率過(guò)低的問(wèn)題，采用雙鏡頭的方案則需在明亮環(huán)境下才能有效工作。無(wú)論是Google、Intel還是蘋(píng)果，都暫時(shí)沒(méi)有很好的解決方案。Opus即將生產(chǎn)的MEMS 3D深度攝像頭解決了傳統(tǒng)激光傳感器分辨率低的問(wèn)題，提供高分辨率的3D掃描和面部識(shí)別功能，可以達(dá)到毫米級(jí)以下的精度。當(dāng)然，體積會(huì)更小，價(jià)格也會(huì)更低。

    體積小、價(jià)格低，這兩個(gè)理由難道還不足以讓產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)商業(yè)化嗎？足矣！相信很快我們就可以在市場(chǎng)上看到基于Opus MEMS激光掃描投影技術(shù)的AR/MR智能眼鏡、AR車(chē)載抬頭顯示器、3D深度攝像頭，以及搭載Opus MEMS激光雷達(dá)的無(wú)人駕駛汽車(chē)。

    推薦會(huì)議：

    2017年9月11日，『“微言大義”研討會(huì)：3D攝像頭技術(shù)及應(yīng)用』將在上海隆重舉行，本次研討會(huì)邀請(qǐng)3D攝像頭業(yè)界精英進(jìn)行深入交流和探討，內(nèi)容涉及3D攝像頭應(yīng)用及市場(chǎng)分析、3D攝像頭原理及技術(shù)路線(xiàn)、3D攝像頭模組剖析及算法解析等。

    擬邀請(qǐng)單位：英特爾、微軟、SoftKinetic、Yole Développement、Heptagon、Corephotonics、圖漾科技、弼智仿生、奧比中光、縱目科技、希姆通、興芯微電子、歐菲光、舜宇光學(xué)等。

    同期展會(huì)：2017年中國(guó)（上海）傳感器技術(shù)與應(yīng)用展覽會(huì)