從最近在法國格勒諾布爾市(Grenoble)舉行的歐洲MEMS與感測器高峰會(European MEMS & Sensors Summit)明顯可以看到感測器變得越來越複雜、精巧且極其智慧化,並持續普及於現代生活的各個領域。隨著感測器不斷收集龐大的數據,以便讓車輛實現自動化、城市和工廠變得更加智慧,我們看到許多關於感測器融合、邊緣人工智慧(AI)的需求和資料隱私問題,以及越來越多結合生物感測器的醫療應用。

參與這項盛會的主講人和與會者熱烈討論目前在歐洲發展中的強大感測器生態系統。例如我們最近報導一個聯盟正在開發用於檢測氣體洩漏的中紅外線光子IC;英國研究人員設計出可配對手持CMOS感測器與Android行動App的裝置,能以低成本簡易測量慢性心臟病或前列腺癌。今年初,我們還報導了Oura Health,它將PPG感測器封裝在指環中以測量各種心率參數;而Oticon則在其助聽器產品中整合感測器和處理能力,擴展助聽以外的其他功能。

在今年的高峰會上,博世(Bosch Sensortec)、英飛凌(Infineon)、恩智浦(NXP)和意法半導體(STMicroelectronics;ST)等業界主導企業均強調其多樣化感測器解決方案適用於從穿戴式技術到自動駕駛車等各種應用,其技術展示並為MirSense、IRLYNX、Xenomatix和Tusk IC等開發感測器技術的創新型或新興公司提供了一個平台。

ST總裁兼執行長Jean-Marc Chery在開幕發表主題演講,他提到歐洲雖然未能在下一代通訊領域取得領先地位,但「在為智慧自主性、智慧卡車、智慧城市、智慧工廠與醫保健領域連接500-600億台裝置方面,我們可望打一場勝仗。」

顯然地,這一部份與ST聚焦於核心的汽車和工業市場有關,但也反映了這樣一個事實——歐洲在為這些垂直產業的許多建構模組進行研發方面,仍然扮演關鍵角色。

這場年度會議實際上分為兩部份:一部份討論MEMS和感測器,另一部份則著重於影像感測器。但從最終意圖和目標來看,它是一場關於感測器的會議,而感測器融合的關鍵在於強調系統不僅取決於一個感測器,而是必須依賴多個感測器輸入。無論是自動駕駛車、智慧城市、未來工廠還是醫療保健,感測器子系統通常包含來自不同來源的多種感測器類型——測量溫度、壓力、接近度和位置等參數,以及各種化學物質和氣體,以實現用於追蹤、解釋和反饋相關資訊的閉路系統。

這一點在汽車產業中最為明顯,它必須同時部署視覺、雷達和其他感測器的組合,才有助於開發人員向用戶確保車輛在自動駕駛模式下能安全駕駛。

20181002_sensor_NT01P1 (來源:恩智浦半導體)

恩智浦資深副總裁兼電子事業部技術長Lars Reger表示,感測器在自動駕駛車中佔據最主要的半導體價值,而且,為了絕對保障安全,視覺和雷達成像感測器的組合,為駕駛人提供了更大的信心。

雷諾汽車(Renault)先進駕駛輔助系統(ADAS)和自動駕駛(AD)系統工程主管Luc Bourgeois也談到了使用包括car-to-X、雷達、光雷、相機和聲納的互補感測器技術之需求。他強調了感測器融合在建構以數位呈現感知世界的作用,不僅有助於更加掌握,並進一步做出決策以及分析風險,特別是大數據(big data)和人工智慧(AI)在實現這一目標的作用。

儘管推動了全自動駕駛車輛的發展,但也必須考慮現實面。Grenoble市政委員會副主席Claus Habfast在發表智慧城市的簡報時表示,多年來,歐洲有許多城市的車輛一直無法實現完全自動駕駛。他說,智慧行動性(smart mobility)是每一座智慧城市策略的關鍵要素。無人駕駛車或是連網的自動駕駛車(CAV)都必須仰賴與其他車輛的無縫通訊,以及感測器和進行資料處理的外部基礎設施。

但是,他說:「這個值得信賴的CAV基礎設施尚未到位。必須要有人進行部署與操作,並從CAV的所有者和/或使用者那裡取得投資報酬。現在還沒有人能指出誰將在城市中負責這個問題,也不知道如何產生收入和分配。」他並補充說:「當CAV必須與普通車輛並存時,最終如果不是發展成為奢華車輛,就是只會讓交通和塞車情況更加惡化。」儘管如此,他認為,歐洲由於擁有廣泛的大眾運輸客戶基礎,城市當局已準備好在發展CAV基礎設施方面發揮主導作用。

Apple創造/扼殺指紋感測器市場?

幾年前,我曾經開著一台Tesla在加州Lawrence Expressway高速公路上兜風(這台車是向NetSpeed Systems執行長Sundari Mitra借來的,她最近剛剛把公司賣給了英特爾),就像其他人一樣,我當時覺得這台車就像是「裝了4 輪的iPhone」(iPhone on wheels)一樣拉風。

時間快轉到現在以及展望未來,市場諮詢公司Roland Berger合夥人Michael Alexander指出,消費者對於這種以智慧型手機般人機介面實現個人資訊娛樂與服務的期待,不但持續推動著感測器的需求,同時也為車輛與消費性電子創造了一種平台的融合。加上越來越多的辨識、安全性、資料整合和分析等感測器需求浮現,一個連接智慧裝置與IoT平台的通用生態系統,將能進一步調整並部署於多個產業——例如汽車、金融服務以及保健或醫療應用等。

IHS Markit的MEMS和感測器首席分析師Manuel Tagliavini描述蘋果公司(Apple)如何在2013年至2017年的短短4年間創造出指紋感測器市場後又扼殺掉這一市場。他說,iPhone X的效應將會在2021年以前消滅掉市場上超過9億套指紋感測器。該公司預測,隨著螢幕尺寸增加,指紋感測器將逐步被整併至顯示器中,例如Vivo等中國OEM正積極採用螢幕下指紋(display fingerprint)感測技術。

在光感測器市場,飛行時間(ToF)感測器將佔主導地位,其中,ST擁有大部份的市佔率,而Apple則將ToF感測器用於取代部檢測的IR感測器——Apple的這一用途是iPhone X上昂貴的客製元件。Apple iPhone X使用了ToF與TrueDepth相機的近紅外線(NIR)泛光感應元件組合,並應用於臉部辨識。除了Apple,他表示其他手機OEM如三星(Samsung)、華為(Huawei)、Oppo、Vivo和小米(Xiaomi)據稱也正致力於開發類似的FaceID系統,但採用的是標準ToF元件或低成本的多陣列ToF。

根據Yole Développement資深分析師Eric Mounier,由於智慧汽車、手機、5G和工業4.0帶來深遠的影響力,幾種電子產業大勢正推動著MEMS 感測器市場進展。

20181002_sensor_NT01P2 (來源:Yole Développement)

Mounier並預測MEMS感測器接下來的發展趨勢,例如用於醫療保健和診斷的可攝取型感測器。

20181002_sensor_NT01P3 (來源:Yole Développement)

這場年度高峰會的另一重點是,隨著感測器技術不斷努力滿足由消費者和終端用戶帶動的成本與微型化需求,如今,就像更廣泛的半導體產業一樣,這一技術正迅速演進中。

儘管智慧行動性持續推動著預計在2023年達到1千億美元的MEMS與感測器市場,但從醫療保健到工業市場的各種「消費型」感測器方面還有更多工作尚待完成。顯然地,感測器融合或使用多種類型的感測器將更進一步成為常態,尤其是創造高精度的數位環境。為此,感測器本身還將嵌入更多的處理和智慧。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Sensor Fusion Drives MEMS and Imaging,by Nitin Dahad)