22FDX制程為AR技術帶來重大變革

擴增實境（AR）與混合實境（MR）科技來到歷史性的轉折點。而格羅方德（GlobalFoundries）與Compound Photonics（CP，又稱CP Display）近期宣布的策略合作關系，將進一步推動其發(fā)展。

兩家公司將共同合作，改變AR/MR的系統(tǒng)核心：近眼微型顯示器的運作原理。CP的IntelliPix平臺將使用GF等級最高的22FDX制程半導體解決方案，打造全世界第一款實時AR/MR專用單芯片微型顯示器，像素可降至2.5微米。這款可廣泛運用的光調變背板/視訊管線，延展出從目前的振幅式液晶覆硅（LCoS）制程技術、microLED到全像顯示的發(fā)展藍圖，提供實時AR/MR系統(tǒng)所需的性能。

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此款單芯片解決方案能夠廣泛且彈性的運用，可同時支持CP現(xiàn)有的液晶覆硅（LCoS）技術與即將推出的microLED顯示技術。

IntelliPix的構思僅啟動顯示指定圖像所需的像素，而非持續(xù)刷新顯示器中的所有像素。未使用像素區(qū)域不只可以節(jié)省電力，亦可提升圖像的畫質與亮度、增加刷新率速度，最重要的是讓AR眼鏡具備更多先進功能與高性能、縮小體積、減輕重量，并且在單次充電后能有更長的續(xù)航時間。

 IntelliPix結構整合了CP專利視訊管線，藉由軟件編程背板動態(tài)控制像素，由驅動電路提供必要功率，并依據(jù)頭部動作與其他環(huán)境條件做出及時反饋。到目前為止，完成此項技術需要多個芯片，但是新一代的AR眼鏡需要的是更為簡單、高性能、小體積、低功耗的單芯片設計。

自然而然的最佳選擇

GF產(chǎn)業(yè)暨多市場部門副總裁Ed Kaste表示，GF的22FDX解決方案具備多種優(yōu)勢，自然而然成了最佳選擇。22FDX科技擁有比其他平面技術更高密度的靜態(tài)隨機存取內(nèi)存（SRAM），而SRAM的密度又直接影響到像素密度，讓IntelliPix能相當?shù)目s小像素尺寸。此高性能且高度整合的解決方案能打造更時尚、輕巧的AR眼鏡。此外，22FDX利用基底偏壓控制優(yōu)化像素開關性能，呈現(xiàn)更好的像素開關狀態(tài)：當一個像素開啟時，它的亮度更高，當它關閉時，是處于完全關閉狀態(tài)，進一步節(jié)省了功耗與熱效應。

22FDX技術中的自適基體偏壓（ABB）在設計人員微調電路的晶體管閾值電壓時，提供了更高的精準度，更有效的優(yōu)化芯片性能、能源效率、面積和可靠性，以符合特定應用的需求。

Kaste同時表示，22FDX技術也讓CP能夠為客戶整合其智慧財產(chǎn)（IP）以及部分微型顯示器結構所需的高壓電裝置到設計中。相較于其他技術，我們現(xiàn)有的參考設計與生態(tài)系統(tǒng)資源減少了開發(fā)過程的困難度。

該技術預計今年底下線，樣品將于2022年第一季交付予CP的客戶。

來自大自然的靈感

自2016年開始，CP利用其LCoS顯示器與進階電子驅動結構智財組合，開始將其微型顯示器的開發(fā)集中在AR/MR與抬頭顯示器。在目前的平臺上，CP的顯示器已擁有當前所知領域中最小的像素間距，具備最高的光學效率、最低的顯示延遲與最高的幀率效能。

CP聯(lián)合CEO Edmund Passon表示，當時擁有微型顯示器子系統(tǒng)－光調節(jié)器、背板和驅動器幫助CP獲得更多的優(yōu)勢。但近期，他開始思考其光學系統(tǒng)在直接接收信息時，會如何運作。視網(wǎng)膜接收的光學信號在抵達大腦之前，會分裂成多個渠道，并進行預先處理，而這個過程類似壓縮，且不須重新發(fā)送大腦已經(jīng)獲取的訊息。因而了解到為了達到所尋求的新一代AR/MR眼鏡的性能，必須反向達成類似的事情，以減少帶寬和相關的功耗，同時維持既有的性能。這意味著CP能盡可能地只發(fā)送變化中的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，以使用最低的功耗來達到高性能的運作中目標/像素?！?/span>

Edmund Passon說，IntelliPix結構特點在于劃分了單芯片系統(tǒng)（SOC）和顯示器子系統(tǒng)的制程。CP的客戶所制造的兼容渲染管線，可以藉由這項功能充分優(yōu)化實時AR/MR系統(tǒng)。但是原先CP采用的28奈米制程半導體科技并不能滿足這項需求，直到IntelliPix使用智能像素的突破性設計，搭配22FDX技術，成功地實現(xiàn)了這個結果。

Passon說明：「我們目前的多芯片背板結構是由需要帶寬的1位像素組成。我們起初從28奈米開始，但是為了要在智能像素下，能達到符合IntelliPix邏輯所需的像素尺寸，我們需要GF 22FDX解決方案的頂級性能、能源效率與廣泛的功能整合能力。此外，展望未來，我們目前的像素尺寸是3.015微米，但是藉由IntelliPix結構的功能組合，我們可以將像素尺寸降低至最多2.5微米。這為設計如拜耳（Bayer）像素網(wǎng)格這樣像素數(shù)較低的microLED顯示器開啟潛在可能。再者，適當?shù)貏澐治⑿惋@示器與SOC視訊管線/成像管線能夠實現(xiàn)優(yōu)化的功率/性能平衡。因此，任何單芯片解決方案的可擴展性都是至關重要的，而22FDX技術正符合這個要素?！埂?/span>

獨特的合作關系

GF穿戴裝置、智能居家暨機器視覺產(chǎn)品部門產(chǎn)品經(jīng)理Ran (Ruby) Yan表示，與CP合作不僅是因為其創(chuàng)新的軟硬件科技，更是因為這家公司展現(xiàn)了廣泛的關系網(wǎng)絡價值。始終以最困難的挑戰(zhàn)為目標，這不僅可以為業(yè)界帶來進步，并為生活帶來重大的正向改變。

Yan認為，GF擁有顯示驅動器的經(jīng)驗，以及背板技術的整合，還有做為智能型手機、汽車和醫(yī)療設備應用的獨立IC，都為合作關系帶來了強大的幫助。她表示GF正在使用基準22FDX平臺，而這也是原先正在進行的工作的延伸。例如：客制化需求須在光學互聯(lián)加入部分獨特的功能，亦會影響產(chǎn)線流程的后端。

顯示器的未來

Kaste說，顯示器會是GF的發(fā)展重點。因為它們能為公司各個事業(yè)體帶來應用的成長。在這個產(chǎn)品發(fā)展中所展示的成果和獲取的經(jīng)驗，都能為顯示器科技和顯示器價值鏈帶來革命性的推動。他詢問CP的Passon關于22FDX技術可以為AR/MR眼鏡以外的應用帶來什么？

Passon說：「這是一個很棒的問題。自從我們開始使用22FDX技術，新的想法開始活躍了起來。例如，我們可想象使用22FDX技術優(yōu)化影像墻性能的可能。LEDs的尺寸都不盡相同，但是IntelliPix的最高負載循環(huán)所能提供的支持，讓你可以放置任意數(shù)量與尺寸的顯示圖塊來拼接成一個壁掛式電視?！?

Passon繼續(xù)說道：「此外，多年來，我們已經(jīng)在全像攝影上投入了很多心力，而IntelliPix平臺與22FDX技術的高性能，大大的滿足了這個需求。我們認為對于在汽車AR抬頭顯示器中，在3D空間里放入全像攝影，提升駕駛的意識與反應能力，是個絕佳的機會。實際上，鑒于當前計算機全相片（CGH）所需的計算/功率，汽車部門在近期特別鐘情于全像攝影應用。CGH計算領域具有減少功率的潛在可能，IntelliPix已經(jīng)能夠輕松整合這些系統(tǒng)，以產(chǎn)出最佳保真度的全像攝影?！?

Passon表示，未來有許多新穎且令人興奮的可能，而要實現(xiàn)這個目標，在整個業(yè)界仍有大規(guī)模的技術問題需要克服。MicroLED顯示器在技術上與經(jīng)濟上能夠符合現(xiàn)實需求以前，這個產(chǎn)業(yè)必須找到將目前的像素化外延制造流程商業(yè)化的方法。同時，我們必須找到減少全像攝影計算所需功率的方法。

然而，目前AR/MR科技正處于重大變革的邊緣，CP和GF的策略合作關正是讓愿景實現(xiàn)的關鍵角色。