為何芯片巨頭擠破頭收購MEMS激光掃描投影技術

    你能想象現(xiàn)在的科學技術已經(jīng)可以把之前幾十公斤重的激光雷達塞進一塊比指甲蓋還小的芯片中而且還能完成同樣的工作嗎？利用新世紀的集成電路和3D加工技術，一塊小小的芯片能夠承載比我們以往任何時代都多的功能，而這一技術的潛在應用領域也讓芯片業(yè)巨頭擠破了頭去收購相關技術。

    2012 年，微機電系統(tǒng)（MEMS）行業(yè)巨頭意法半導體（STMicroelectronics）收購以色列生產(chǎn)手機投影設備的公司bTendo，獲得這家公司的靜電驅動一維MEMS激光掃描投影技術。2015年，Intel并購瑞士生產(chǎn)微型投影設備的公司Lemoptix，現(xiàn)在已經(jīng)將這家公司的MEMS激光掃描芯片應用于自己的Remote EyeSight增強現(xiàn)實（AR）智能眼鏡上。2016年，汽車半導體巨頭英飛凌收購荷蘭一家以一維MEMS激光掃描技術研制激光雷達的創(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，把微米甚至納米尺度的結構、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、智能激光車頭燈、生醫(yī)檢測影像掃描、人際交互感應、全息投影、3D深度攝像頭等領域，都需要用到MEMS。在MEMS出現(xiàn)之前，這些產(chǎn)品無論是體積、成本還是能耗，都一直讓產(chǎn)品開發(fā)人員頭疼，同時也是制約技術進步的難題。

    麥姆斯咨詢介紹道：以激光雷達為例，在早期的Google自駕駛汽車上，相關的設備及傳感器的成本，尤其是扮演自駕車眼睛角色、位于車頂?shù)膫鹘y(tǒng)機械式激光雷達就占據(jù)了整車上路前制造成本的一半以上。目前隨著技術的進步，即便Google自駕駛汽車上的相關設備體積小了很多，但車頂?shù)募す饫走_仍有賴于微型化的MEMS激光掃描鏡才可能達到低成本、低風阻、甚至釋放車體設計自由度的美觀要求。如果使用MEMS技術，激光雷達可以做到跟汽車雷達一樣小巧的體積，直接安裝在保險杠上，在不影響美觀的同時還能完成一樣的掃描、監(jiān)測任務。

    世界上多家頂級視覺、圖像公司都在尋求應用于AR、MR領域的MEMS微投影方案，當前需要外加磁鐵、體積大的電磁驅動MEMS以及靜電驅動的一維 MEMS 技術仍為主流，但更低耗能、體積更小的靜電驅動二維MEMS激光掃描技術，提供更微型化、更簡潔的光機架構才是發(fā)展趨勢。

    2014年11月，歐盟 Lab4MEMS II計劃啟動，全力支持靜電驅動二維MEMS掃描芯片技術。二維MEMS掃描芯片技術可以應用于激光微投影、3D深度攝像頭、微光譜儀、激光雷達等設備上。與此同時，不少廠家，比如英飛凌的MEMS激光雷達尺寸已經(jīng)可以做到比硬幣還小，制作成本也將進一步下降。

    一家客戶名單讓人羨慕的技術型創(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成立于美國硅谷和中國臺灣兩地，2002 年起開始研究MEMS激光掃描鏡，2010年開始研究靜電式二維MEMS激光掃描投影平臺技術，2015年開始應用于智能硬件產(chǎn)品方案，2016年與赫赫有名的Facebook和Magic Leap就AR/MR應用簽署協(xié)議，2017年初開始與歐姆龍合作MEMS激光雷達的開發(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的HoloLens或者汽車擋風玻璃的HUD的話，或許更好理解。Opus的MEMS非常小巧，可以塞進任何移動設備中，不需要像傳統(tǒng)的投影儀一樣對焦就可以將高色彩飽和度、廣色域、高對比度的高清圖像在任何表面進行投影，5寸手機秒變50寸大電視。更關鍵的是，因為采用的高效率激光投影技術，產(chǎn)品的功耗也相當?shù)停�是智能手機、平板電腦等移動設備可以承受的。

    2016年可穿戴設備博覽會上，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，還有同樣不需要對焦、可以穿戴在身上的微投影儀，以及用于人機交互的懸浮投影技術，科幻電影里的場景出現(xiàn)在現(xiàn)實生活中，令人為之震驚（見下圖）。

    Opus創(chuàng)始人洪昌黎博士表示，2016年對于Opus來說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，但是因為簽署了NDA協(xié)議，具體合作內容我們不得而知。不過從Magic Leap和Facebook自己以及國外媒體曝光的信息來看，他們的MR產(chǎn)品或許應用了Opus的相關技術。

    而在MEMS激光雷達領域，Opus取得了突破性的技術進步和應用。Google的自駕駛汽車上裝備的是機械式脈沖激光發(fā)射器，而Opus的MEMS 激光雷達可以完全取代這些笨重的設備，以一枚硬幣的大小安裝在汽車保險杠上，MEMS 的效果比機械式激光雷達的效果還要好。更關鍵的是Google自駕駛汽車上的機械式激光雷達成本高達7000美元，Opus的成本只有50美元，不僅成本降為原來的1%不到，而且體積也縮小了100倍。

    洪昌黎博士在美國斯坦福大學取得碩士、博士學位（28歲博士學位、2年兵役），掌握著27項發(fā)明專利。在Opus的團隊中，還有多年集成電路設計產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗、來自美國康奈爾大學的電機工程碩士黃世才，來自UC伯克利的博士后楊學安，以及多位美國南加大、馬里蘭大學海歸和臺大、清華、交大碩士畢業(yè)的人才，專業(yè)涵蓋微機電、集成電路設計、光學、軟硬件設計等領域。團隊成員均有多年相關的技術背景，技術實力雄厚。也與國際知名的廠商進行了戰(zhàn)略合作，建立起了微機電芯片大量生產(chǎn)的供應鏈。

    創(chuàng)業(yè)艱辛，曾遭日本客戶質疑方案無法重現(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羨的，但跟眾多創(chuàng)業(yè)公司一樣，Opus一路走來歷經(jīng)許多波折，甚至面臨關閉的危機。1998年洪博士離開了與朋友共同創(chuàng)立的一家公司，這家公司曾經(jīng)拿到臺積電與宏基電腦的投資，后被美國Amkor Technology并購。之后加入了新加坡匯亞基金負責風險投資業(yè)務，參與阿里巴巴第一筆融資，開始進入投資領域。與此同時，硅谷的投資人也開始了對MEMS激光技術領域的瘋狂投資。

    互聯(lián)網(wǎng)泡沫破裂2年后，Opus成立了。當時硅谷尚未恢復元氣，但是基于對技術和市場趨勢的了解，洪博士堅信MEMS在激光掃描應用更巨大的機會將會來臨。在取得臺灣一品光學董事長天使投資后，便投入一維MEMS芯片的開發(fā)與光學系統(tǒng)的合作。一年后的會議上，Opus的產(chǎn)品收獲了來自日本客戶的訂單，但也因為芯片規(guī)格原因需要重新設計架構。歷經(jīng)數(shù)次規(guī)格提升，兩年后Opus的產(chǎn)品終于滿足了日本客戶的苛刻的「工匠精神」的要求。但不巧的是，亞洲金融風暴發(fā)生了。洪博士回憶，2007年時客戶合作計劃，公司面臨資金斷鏈的危機。不過通過嚴格控制現(xiàn)金流、開發(fā)新產(chǎn)品、新客戶，公司順利渡過難關，同時也完成了從產(chǎn)品到解決方案的轉型。

    在訪談中，洪博士向我們透露，在眾多合作的國外客戶中，他依然清楚地記得一次跟日本客戶合作時的波折與客戶對產(chǎn)品的希冀。在一次跟某位日本客戶合作中，Opus順利的提供了MEMS光機設計方案與樣品，但對方的一位技術主管在自行嘗試重現(xiàn)設計方案時，指責Opus并質疑該設計方案不可行，要求提供額外的樣品以配合其開發(fā)進度。

    事后該技術主管向其研究所所長報告Opus的方案無法實現(xiàn)，所長非常不高興，親自到Opus對方案進行查證。在Opus技術團隊依據(jù)設計方案現(xiàn)場做出樣品后，當下該所長即向Opus的代表道歉并打電話責備日本下屬失職，此后該公司技術團隊始終對Opus保持信任與尊重的態(tài)度，雙方也更加緊密的合作。

    技術實力加可靠的產(chǎn)品再加上多種前瞻型技術產(chǎn)品對MEMS芯片的需求，讓Opus在全球范圍內得到了大量的訂單。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、虛擬浮空投影等領域開展合作。

    落地中國內地，實現(xiàn)本地化量產(chǎn)與應用

    對于未來發(fā)展，洪博士有自己的想法，他非常看重中國內地的市場。下一步Opus將在中國內地設立分公司，發(fā)展基于MEMS核心技術的終端智能硬件和應用，對接國內客戶與市場，并與國內晶圓廠合作推動MEMS芯片的本地化生產(chǎn)。

    另外，Opus還將計劃在內地設立先進微納米系統(tǒng)科技研究院，加大對MEMS技術及其對機器視覺、AR/MR領域的應用技術研究。同時也將在美國和日本開設營運網(wǎng)點，在需求旺盛的市場里進行產(chǎn)品和技術對光。他透露，Opus正在與國內多個地方政府進行交流、談判，落地中國的目標很快就會實現(xiàn)。

    洪博士告訴我們，目前市場對于MEMS掃描鏡有極其強烈的需求，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)境感知等對技術和設備要求高的任務，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預測，到2020年全球3D深度攝像頭市場規(guī)模將達到76億美元，復合年增長率接近40%，到2020年全球幾乎一半的手機都將配備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題，而這些問題正是各大科技巨頭爭相希望解決的。采取傳統(tǒng)的結構光投影或ToF方式的3D深度攝像頭，都存在分辨率過低的問題，采用雙鏡頭的方案則需在明亮環(huán)境下才能有效工作。無論是Google、Intel還是蘋果，都暫時沒有很好的解決方案。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題，提供高分辨率的3D掃描和面部識別功能，可以達到毫米級以下的精度。當然，體積會更小，價格也會更低。

    體積小、價格低，這兩個理由難道還不足以讓產(chǎn)品實現(xiàn)商業(yè)化嗎？足矣！相信很快我們就可以在市場上看到基于Opus MEMS激光掃描投影技術的AR/MR智能眼鏡、AR車載抬頭顯示器、3D深度攝像頭，以及搭載Opus MEMS激光雷達的無人駕駛汽車。

    推薦會議：

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

    擬邀請單位：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、舜宇光學等。

    同期展會：2017年中國（上海）傳感器技術與應用展覽會