22FDX制程为AR技术带来重大变革

扩增实境（AR）与混合实境（MR）科技来到历史性的转折点。而格罗方德（GlobalFoundries）与Compound Photonics（CP，又称CP Display）近期宣布的策略合作关系，将进一步推动其发展。

两家公司将共同合作，改变AR/MR的系统核心：近眼微型显示器的运作原理。CP的IntelliPix平台将使用GF等级最高的22FDX制程半导体解决方案，打造全世界第一款实时AR/MR专用单芯片微型显示器，像素可降至2.5微米。这款可广泛运用的光调变背板/视讯管线，延展出从目前的振幅式液晶覆硅（LCoS）制程技术、microLED到全像显示的发展蓝图，提供实时AR/MR系统所需的性能。

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此款单芯片解决方案能够广泛且弹性的运用，可同时支持CP现有的液晶覆硅（LCoS）技术与即将推出的microLED显示技术。

IntelliPix的构思仅启动显示指定图像所需的像素，而非持续刷新显示器中的所有像素。未使用像素区域不只可以节省电力，亦可提升图像的画质与亮度、增加刷新率速度，最重要的是让AR眼镜具备更多先进功能与高性能、缩小体积、减轻重量，并且在单次充电后能有更长的续航时间。

 IntelliPix结构整合了CP专利视讯管线，藉由软件编程背板动态控制像素，由驱动电路提供必要功率，并依据头部动作与其他环境条件做出及时反馈。到目前为止，完成此项技术需要多个芯片，但是新一代的AR眼镜需要的是更为简单、高性能、小体积、低功耗的单芯片设计。

自然而然的最佳选择

GF产业暨多市场部门副总裁Ed Kaste表示，GF的22FDX解决方案具备多种优势，自然而然成了最佳选择。22FDX科技拥有比其他平面技术更高密度的静态随机存取内存（SRAM），而SRAM的密度又直接影响到像素密度，让IntelliPix能相当的缩小像素尺寸。此高性能且高度整合的解决方案能打造更时尚、轻巧的AR眼镜。此外，22FDX利用基底偏压控制优化像素开关性能，呈现更好的像素开关状态：当一个像素开启时，它的亮度更高，当它关闭时，是处于完全关闭状态，进一步节省了功耗与热效应。

22FDX技术中的自适基体偏压（ABB）在设计人员微调电路的晶体管阈值电压时，提供了更高的精准度，更有效的优化芯片性能、能源效率、面积和可靠性，以符合特定应用的需求。

Kaste同时表示，22FDX技术也让CP能够为客户整合其智慧财产（IP）以及部分微型显示器结构所需的高压电装置到设计中。相较于其他技术，我们现有的参考设计与生态系统资源减少了开发过程的困难度。

该技术预计今年底下线，样品将于2022年第一季交付予CP的客户。

来自大自然的灵感

自2016年开始，CP利用其LCoS显示器与进阶电子驱动结构智财组合，开始将其微型显示器的开发集中在AR/MR与抬头显示器。在目前的平台上，CP的显示器已拥有当前所知领域中最小的像素间距，具备最高的光学效率、最低的显示延迟与最高的帧率效能。

CP联合CEO Edmund Passon表示，当时拥有微型显示器子系统－光调节器、背板和驱动器帮助CP获得更多的优势。但近期，他开始思考其光学系统在直接接收信息时，会如何运作。视网膜接收的光学信号在抵达大脑之前，会分裂成多个渠道，并进行预先处理，而这个过程类似压缩，且不须重新发送大脑已经获取的讯息。因而了解到为了达到所寻求的新一代AR/MR眼镜的性能，必须反向达成类似的事情，以减少带宽和相关的功耗，同时维持既有的性能。这意味着CP能尽可能地只发送变化中的数据数据，以使用最低的功耗来达到高性能的运作中目标/像素。」

Edmund Passon说，IntelliPix结构特点在于划分了单芯片系统（SOC）和显示器子系统的制程。CP的客户所制造的兼容渲染管线，可以藉由这项功能充分优化实时AR/MR系统。但是原先CP采用的28奈米制程半导体科技并不能满足这项需求，直到IntelliPix使用智能像素的突破性设计，搭配22FDX技术，成功地实现了这个结果。

Passon说明：「我们目前的多芯片背板结构是由需要带宽的1位像素组成。我们起初从28奈米开始，但是为了要在智能像素下，能达到符合IntelliPix逻辑所需的像素尺寸，我们需要GF 22FDX解决方案的顶级性能、能源效率与广泛的功能整合能力。此外，展望未来，我们目前的像素尺寸是3.015微米，但是藉由IntelliPix结构的功能组合，我们可以将像素尺寸降低至最多2.5微米。这为设计如拜耳（Bayer）像素网格这样像素数较低的microLED显示器开启潜在可能。再者，适当地划分微型显示器与SOC视讯管线/成像管线能够实现优化的功率/性能平衡。因此，任何单芯片解决方案的可扩展性都是至关重要的，而22FDX技术正符合这个要素。」　

独特的合作关系

GF穿戴装置、智能居家暨机器视觉产品部门产品经理Ran (Ruby) Yan表示，与CP合作不仅是因为其创新的软硬件科技，更是因为这家公司展现了广泛的关系网络价值。始终以最困难的挑战为目标，这不仅可以为业界带来进步，并为生活带来重大的正向改变。

Yan认为，GF拥有显示驱动器的经验，以及背板技术的整合，还有做为智能型手机、汽车和医疗设备应用的独立IC，都为合作关系带来了强大的帮助。她表示GF正在使用基准22FDX平台，而这也是原先正在进行的工作的延伸。例如：客制化需求须在光学互联加入部分独特的功能，亦会影响产线流程的后端。

显示器的未来

Kaste说，显示器会是GF的发展重点。因为它们能为公司各个事业体带来应用的成长。在这个产品发展中所展示的成果和获取的经验，都能为显示器科技和显示器价值链带来革命性的推动。他询问CP的Passon关于22FDX技术可以为AR/MR眼镜以外的应用带来什么？

Passon说：「这是一个很棒的问题。自从我们开始使用22FDX技术，新的想法开始活跃了起来。例如，我们可想象使用22FDX技术优化影像墙性能的可能。LEDs的尺寸都不尽相同，但是IntelliPix的最高负载循环所能提供的支持，让你可以放置任意数量与尺寸的显示图块来拼接成一个壁挂式电视。」

Passon继续说道：「此外，多年来，我们已经在全像摄影上投入了很多心力，而IntelliPix平台与22FDX技术的高性能，大大的满足了这个需求。我们认为对于在汽车AR抬头显示器中，在3D空间里放入全像摄影，提升驾驶的意识与反应能力，是个绝佳的机会。实际上，鉴于当前计算机全相片（CGH）所需的计算/功率，汽车部门在近期特别钟情于全像摄影应用。CGH计算领域具有减少功率的潜在可能，IntelliPix已经能够轻松整合这些系统，以产出最佳保真度的全像摄影。」

Passon表示，未来有许多新颖且令人兴奋的可能，而要实现这个目标，在整个业界仍有大规模的技术问题需要克服。MicroLED显示器在技术上与经济上能够符合现实需求以前，这个产业必须找到将目前的像素化外延制造流程商业化的方法。同时，我们必须找到减少全像摄影计算所需功率的方法。

然而，目前AR/MR科技正处于重大变革的边缘，CP和GF的策略合作关正是让愿景实现的关键角色。