打破國外壟斷，全國產3D芯片為機器人“點睛”

◎ 科技日報記者 崔爽

傳統機器人只有“手”，只能在固定好的點位上完成既定操作，而新一輪人工智能技術大大推動了機器和人的協作，這也對機器人的靈活性有了更高要求。

要想像人一樣測量、抓取、移動和避讓物體，機器人首先需要對周邊世界的距離、形狀、厚薄有高精度的感知，而3D視覺芯片可以引導機器人完成上述複雜的自主動作，它相當於機器人的”眼睛”和”大腦”。

近日，中科融合感知智能研究院（蘇州工業園區）有限公司（以下簡稱中科融合）的全球首顆高精度3D-AI雙引擎SOC芯片，已經在國內一家芯片代工廠進入最終流片階段。這顆芯片將和中科融合已經進入批量的MEMS微鏡3D結構光芯片，共同成為全國產高精度機器視覺的“3D之眼和腦”。

從原子的物理世界到0和1的數字世界，3D視覺“感知智能”技術是第一座橋梁。我國放量增長的工業級、消費級市場對3D芯片的剛性需求也處在爆發前夕。

中科融合這顆擁有全自主知識產權的MEMS感知芯片技術和新一代低功耗3D人工智能芯片引擎技術，填補了國內高精度3D視覺芯片的空白，將滿足3D芯片存在的巨大剛需缺口，讓中國製造、物流、安防、金融，甚至醫療行業都用上國產化的“3D之眼、腦”。

兩顆芯片滿足中國“3D之眼、腦”剛需

5G的未來在於“萬物互聯”。與人具有五官類似，萬物互聯的機器必須由各種傳感器實現感知。而在各種感官中，人類的“3D視覺”，提供了我們對於世界的70%以上的感官信息。在智能製造，金融安全，混合現實等眾多新興領域，3D視覺芯片技術都屬於核心基礎。據知名國際調研企業Yole的報告，2023年，全球3D視覺產業將接近200億美元。

然而，所有的高精度機器視覺系統的“3D視覺”入口都採用了美國德州儀器公司100%壟斷的DLP芯片技術（3D成像市場），作為3D動態結構光光源。過去一年，包括疫情期間的2020第一季度，超過數十億的資金投入智能機器視覺領域，如果沒有這顆“DLP”芯片，以上所有的機器視覺設備都會“失明”，基於這一技術的系統投入都將付之東流。

而美國NVDIA公司的GPU芯片則作為算力芯片，被廣泛用於3D建模計算和AI識別，讓機器“聰明”運轉。如果沒有以上兩種芯片，機器就像失去視力和大腦的人一般“失靈”。

圖片來源：視覺中國

中科融合是國內實現全國產替代DLP芯片在3D視覺領域的領頭羊。據CEO、中科院蘇州納米所AI實驗室主任王旭光介紹，目前市場上並不存在專用於3D的AI芯片，中科融合首次實現了AI-3D雙引擎集成SOC芯片，將高精度3D建模算法引擎和基於深度學習的智能引擎，同時在單顆芯片中完成。

通過MEMS感知芯片（眼睛）和超低功耗專用AI處理器（大腦），實現高速度和高精度3D重構和識別，完成從三維物理世界到3D數字世界的轉化。打通了自MEMS底層核心製造工藝和驅動控制技術，到頂層核心架構和深度學習算法的全感知智能技術鏈。

而直接控制MEMS，同時整合了高精度動態結構光建模引擎和自研NPU雙引擎的SOC芯片，全世界第一顆高精度3D-AI芯片，不僅成本低，單價只有國外同類指標產品的三分之一上下，而且功耗低至毫瓦級，“插上充電寶就能跑起來”。“同樣是高精度，DLP光機模組像磚頭，我們的芯片模組只有大拇指大小，體積小功耗小，這是通過技術的代差實現的。”

MEMS芯片晶圓

電子科技大學教授周軍一直專注於智能感知算法與芯片協同設計，在他看來，“人工智能芯片技術需要為應用場景服務，中科融合以中國科學院蘇州納米所的核心芯片技術為基礎，集成了自研的高精度MEMS微鏡芯片驅動、高精度3D建模算法引擎以及基於深度學習的AI加速引擎，是全世界第一次創新性地把AI芯片和高精度3D技術用芯片化的手段實現。”而且這枚高精度3D智能視覺芯片完全實現國產，在機器視覺、生物識別、智能家居、自動駕駛、遊戲影視等眾多需要3D建模和空間識別的應用場景，有廣闊的應用空間。

MEMS芯片陣列

填補國產3D感知芯片空白

作為國內第一家專注於“AI+3D”自主核心芯片技術的科技創新型企業，中科融合的創業史可以追溯到2006年設立的中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所。

2009年，國產第一代半導體芯片技術的先驅——中科院王守覺院士（牽頭）在蘇州納米所成立高維仿生信息學實驗室，為蘇州納米所播下了人工智能的種子。

數年內，多位美國，日本，新加坡海歸博士加入納米所芯片專業團隊，從SOI的晶圓開始，歷經七年開發了包含工藝，驅動，算法，設計和光機電整合等一系列自有知識產權工藝技術，用王旭光的話說，“團隊是從燒磚頭開始蓋房的”。

圖片來源：視覺中國

2018年，在蘇州工業園區管委會和清華啟迪金控的共同支持下，中科融合正式成立，立足傳感器和深度學習融合、芯片底層硬科技，助力國家實現以具有自主知識產權的MEMS微鏡芯片對DLP芯片的國產替代。

這是一支國內少有的跨AI芯片設計、算法和MEMS芯片工藝的綜合性人才團隊。90%以上為研發人員，平均芯片研發資歷超過10年。依托蘇州園區頂級的MEMS芯片代工線，公司具有完整的光機電研發實驗室、芯片組裝超淨實驗室和深度學習算法實驗室等完備研發條件。

據王旭光介紹，目前的國外芯片大多數是低成本、低精度。在3-30萬個3D點雲，類似早期的數位相機的低分辨率，“而我們的國產自研芯片可以做到上百萬以上的高精度3D點雲，相當於直接到了高分辨率3D相機時代。更加重要的是，在提供如此高精度的同時，可以做到和低精度相機相同的低成本、小體積。這是目前國外的DLP芯片做不到的。”

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“作為產業鏈上遊的基礎層技術廠商，我們將在5G時代，賦能具有邊緣智能的3D感知設備，推動具有百億美元規模的智能3D產業鏈的爆發，趕超國際頂尖水準。”王旭光表示，同時，已經過幾個月測試核心3D智能相機模組及相關產品已經在多家企業的物流分揀自動機器、高精度醫療用掃描設備等導入應用，預計在2020年第三季度將陸續正式上市。

來源：科技日報 文中圖片除注明外由受訪部門供圖

編輯：張爽

審核：管晶晶

終審：冷文生