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技術(shù)稀缺、門檻高，新生代如何在機(jī)器視覺傳感器芯片這片巨頭壟斷之地生存？
席卷全球的缺芯大潮，讓"芯片"、"缺芯"幾乎舉國(guó)皆知。
在轟轟烈烈的國(guó)產(chǎn)替代浪潮中，除了備受關(guān)注的后端處理器芯片，作為數(shù)據(jù)的直接來源，前端傳感器芯片也將成為未來的重頭戲。
傳感器芯片領(lǐng)域，長(zhǎng)久以來都是國(guó)外半導(dǎo)體巨頭的盛宴，中國(guó)嚴(yán)重依賴進(jìn)口，中高端產(chǎn)品的進(jìn)口占比達(dá)80%。
這讓傳感器芯片的國(guó)產(chǎn)替代這條路，雖然步履稍顯蹣跚，但也更加篤定。
籍由此，AI掘金志與視覺傳感器芯片初創(chuàng)公司銳思智芯的CEO鄧堅(jiān)進(jìn)行了一場(chǎng)對(duì)話，借其視角一探該市場(chǎng)現(xiàn)況。
當(dāng)CIS芯片成為「?jìng)鹘y(tǒng)」一代
"銳思智芯2019年才成立，是否會(huì)覺得時(shí)機(jī)較晚？"
銳思智芯CEO鄧堅(jiān)認(rèn)為，其實(shí)不晚，甚至恰是時(shí)候：因傳統(tǒng)圖像傳感器用于機(jī)器視覺存在缺陷。
此前市場(chǎng)大多聚焦于后端處理芯片，AI也更多基于此升級(jí)賦能；但前端的傳感器芯片發(fā)展緩慢，現(xiàn)在已經(jīng)成為機(jī)器視覺進(jìn)一步升級(jí)的瓶頸。
具體來看，當(dāng)下市場(chǎng)需求，前端傳統(tǒng)CIS的幀率、數(shù)據(jù)量和動(dòng)態(tài)范圍三個(gè)核心要素已經(jīng)難以滿足計(jì)算機(jī)視覺的需求。
首先，幀率有限。
傳統(tǒng)CIS是對(duì)場(chǎng)景內(nèi)所有物體無差別地進(jìn)行采集，然后以幀為單位的圖像進(jìn)行信號(hào)處理后輸出到后端。
這個(gè)過程中，從曝光到數(shù)模轉(zhuǎn)換，再到數(shù)據(jù)傳輸都需要時(shí)間，過程耗時(shí)越長(zhǎng)，形成圖像的幀率也就越低。
而幀與幀之間的因非連續(xù)性造成的信息缺失，增加了機(jī)器判斷的難度。
第二，數(shù)據(jù)量大但有效性低。
通常傳統(tǒng)CIS圖像分辨率在百萬像素以上輸出幀圖像，數(shù)據(jù)量非常大。而每幀之間存在大量的重復(fù)冗余信息，如不變的背景圖像。由此產(chǎn)生了龐大的數(shù)據(jù)量，但有效性非常低。
第三，動(dòng)態(tài)范圍不足，環(huán)境的適應(yīng)能力弱。
傳統(tǒng)CIS的動(dòng)態(tài)范圍一般不超過70dB，遠(yuǎn)小于人眼的動(dòng)態(tài)范圍。在明暗變化很劇烈的情況下，傳統(tǒng)視覺傳感器經(jīng)常會(huì)失效。因此，在機(jī)器視覺的應(yīng)用中，經(jīng)常出現(xiàn)環(huán)境光影響機(jī)器判斷的情況。
鄧堅(jiān)表示，傳統(tǒng)圖像傳感器帶來的視覺系統(tǒng)本就不是為機(jī)器視覺而生，甚至很多特性與機(jī)器視覺的需求背道而馳。
以智慧城市的車輛識(shí)別應(yīng)用為例，安裝監(jiān)控?cái)z像頭的目的，是為了準(zhǔn)確捕獲并識(shí)別車輛和駕駛員信息。
但在車輛高速運(yùn)動(dòng)以及拍攝環(huán)境都不可控的場(chǎng)景下，傳統(tǒng)圖像傳感器不僅因低幀率和"超載"的數(shù)據(jù)量影響了圖像瞬時(shí)截取，成像模糊成常態(tài)，也常因動(dòng)態(tài)范圍的限制，使得圖像常出現(xiàn)過曝或清晰度不足的問題。
在過去十幾年的拍攝時(shí)代，傳統(tǒng)CIS的目標(biāo)是拍出給人看的、色彩豐富的、靜態(tài)的圖片。但在人工智能時(shí)代的大背景下，機(jī)器視覺對(duì)傳感器的幀率、數(shù)據(jù)量、動(dòng)態(tài)范圍以及功耗都有很高的要求，唯有革新前端CIS，才能更好地促進(jìn)后端AI的發(fā)展。
銳思智芯認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，采用"Hybrid Vision"技術(shù)，研發(fā)出仿生視覺傳感器芯片ALPIX。
ALPIX的目標(biāo)，正是以機(jī)器視覺為核心，基于視覺傳感器端進(jìn)行革新。
銳思智芯ALPIX芯片
產(chǎn)業(yè)大佬們看中它什么？
銳思智芯成立于2019年7月，是一家專注于新一代計(jì)算機(jī)視覺傳感領(lǐng)域的芯片研發(fā)及整體方案提供商。
銳思智芯從新型傳感器與機(jī)器視覺行業(yè)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)切入，自主研發(fā)了仿生視覺傳感器芯片ALPIX。
在行業(yè)中，與ALPIX類似的仿生視覺傳感器也稱為Event-based camera (事件驅(qū)動(dòng)型相機(jī))。
與傳統(tǒng)圖像傳感器基于快門曝光，以幀的形式輸出圖像信息不同，仿生視覺傳感器芯片是模仿人眼視網(wǎng)膜的工作原理，每個(gè)像素獨(dú)立工作，通過感知外界光強(qiáng)變化，輸出變化的脈沖信號(hào)，而光強(qiáng)無變化即不輸出。這個(gè)輸出的變化信號(hào)又稱為事件信號(hào)。
傳統(tǒng)CIS與事件驅(qū)動(dòng)型相機(jī)工作原理示意
與傳統(tǒng)CIS相比，仿生視覺傳感器具有速度快(>5000 幀/s)、功耗低(幾十mw)、數(shù)據(jù)量少、動(dòng)態(tài)范圍大（>120dB）的特點(diǎn)，能很好解決前面所述計(jì)算機(jī)視覺當(dāng)前面臨的一些痛點(diǎn)。
這些都使得仿生視覺傳感器一經(jīng)面市就引來巨頭們?cè)鲑Y加持，比如三星、索尼、華為、博世等皆進(jìn)行相關(guān)芯片及應(yīng)用的研發(fā)，而法國(guó)的創(chuàng)業(yè)公司Prophesee創(chuàng)立之初也獲得Intel、博世等大廠投資。
然而在實(shí)際使用過程當(dāng)中，很多場(chǎng)景既需要事件流信號(hào)來做快速預(yù)判，也需要傳統(tǒng)圖像來做精細(xì)判斷。
銳思智芯意識(shí)到，融合仿生視覺傳感器芯片及高端圖像傳感器芯片技術(shù)，或許是個(gè)突破口。
他們據(jù)此思路，將仿生視覺傳感器芯片及高端圖像傳感器芯片技術(shù)融合，創(chuàng)造了"Hybrid Vision"技術(shù)。并基于該技術(shù)設(shè)計(jì)研發(fā)芯片ALPIX，既可輸出事件流信號(hào)，也兼容輸出高質(zhì)量的圖像信號(hào)。
傳統(tǒng)圖像與事件流信號(hào)呈現(xiàn)示意
這種二合一的功能，擁有仿生視覺傳感器的低功耗、高速、數(shù)據(jù)效率高、動(dòng)態(tài)范圍高的特點(diǎn)。并且與同類競(jìng)品相比，ALPIX有效提高了芯片信噪比，改善噪聲問題及暗光性能，滿足客戶的性能需求。
同時(shí)還可以輸出傳統(tǒng)圖像信號(hào)，與現(xiàn)有的機(jī)器視覺算法完全兼容，讓客戶更易于開發(fā)相關(guān)算法及應(yīng)用 ，且有效降低視覺系統(tǒng)方案的成本。
此外，由于底層芯片結(jié)構(gòu)的不同，ALPIX在同樣工藝情況下，像素面積更小，意味著更低的價(jià)格，更適合用于消費(fèi)電子。
"市場(chǎng)上對(duì)這種融合的視覺傳感器有非常大的需求，但是至今還沒有能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的方案。現(xiàn)有的仿生視覺傳感器雖然有些可以輸出圖像信息，但是其質(zhì)量達(dá)不到跟傳統(tǒng)CIS對(duì)標(biāo)的程度，因此很多應(yīng)用無法落地。"鄧堅(jiān)表示。
以上改善，都是安防監(jiān)控、消費(fèi)電子、手機(jī)、機(jī)器人、自動(dòng)駕駛等等領(lǐng)域目前所需。
以安防為例，當(dāng)前的安防系統(tǒng)，主要還是將前端的海量圖像數(shù)據(jù)傳輸至后端服務(wù)器或云端進(jìn)行存儲(chǔ)或計(jì)算。
由于數(shù)據(jù)量太大，導(dǎo)致傳輸、存儲(chǔ)及計(jì)算成本過高，并且很難進(jìn)行數(shù)據(jù)追溯。
鄧堅(jiān)表示，基于ALPIX，可以在終端設(shè)置smart trigger（智能觸發(fā)）功能，基于特定事件喚醒整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，并且通過邊緣AI基于事件信息提取特征數(shù)據(jù)并標(biāo)注，將數(shù)據(jù)高效傳輸給云端進(jìn)行存儲(chǔ)和計(jì)算，大幅下降整個(gè)系統(tǒng)的傳輸、存儲(chǔ)、計(jì)算及檢索的成本。
此外，由于ALPIX的高動(dòng)態(tài)范圍，使其在極端光照環(huán)境亦可連續(xù)地監(jiān)控場(chǎng)景內(nèi)人及物的變化，解決傳統(tǒng)CIS環(huán)境適應(yīng)力不足的痛。
ALPIX在安防領(lǐng)域應(yīng)用示意
在智能家居領(lǐng)域，AlPIX的特性還可滿足用戶對(duì)隱私保護(hù)、低功耗、低系統(tǒng)成本等需求。
比如，ALPIX可以選擇只輸出事件流信號(hào)給機(jī)器"看"，可用于看護(hù)、育嬰等應(yīng)用場(chǎng)景里的私密場(chǎng)所進(jìn)行特定事件的探測(cè)及報(bào)警功能；還可用于智能門鎖、門鈴，通過事件流信號(hào)判別是否有人到訪，再打開圖像信號(hào)傳輸給用戶；又或者用于空調(diào)、電視上，進(jìn)行智能喚醒、智能調(diào)風(fēng)或手勢(shì)控制。
ALPIX在智能家居領(lǐng)域應(yīng)用
在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域上，相比傳統(tǒng)傳感器，因ALPIX傳感器從感知到制動(dòng)所需的時(shí)間大大減少，縮短了汽車剎車時(shí)的反應(yīng)時(shí)間，減少剎車距離，進(jìn)一步提高行車安全；在動(dòng)態(tài)范圍上，ALPIX在像素設(shè)計(jì)上進(jìn)行了優(yōu)化，即便汽車在出隧道或夜間行駛時(shí)，也不會(huì)因環(huán)境的光線條件變化使得傳感器失效。
作為機(jī)器視覺系統(tǒng)信息的直接來源，圖像傳感器與機(jī)器視覺有著"榮辱與共"的血脈關(guān)系。它決定了收集數(shù)據(jù)的有效性和質(zhì)量，也間接決定了整個(gè)系統(tǒng)的能力。
"如果數(shù)據(jù)源頭不佳，后端算法再高強(qiáng)大，都很難去彌補(bǔ)源頭上信息的詮釋。"鄧堅(jiān)補(bǔ)充說。
如今已有多家知名公司投身仿生視覺傳感器芯片領(lǐng)域，如Sony（收購(gòu)瑞士 Insightness)、 三星（投資瑞士 Inivation）、法國(guó)的 Prophesee 等。
中國(guó)不少大佬顯然早也意識(shí)到了這一點(diǎn)，當(dāng)銳思智芯帶著特有的技術(shù)實(shí)力出現(xiàn)時(shí)，也吸引來產(chǎn)業(yè)鏈上巨頭的目光。
市場(chǎng)潛力、技術(shù)稀缺性、產(chǎn)品化能力是大多數(shù)投資方考慮的核心要素。
近日銳思智芯宣布完成近億元 Pre-A 輪融資。投資方中，有?？低?、耀途資本、追遠(yuǎn)創(chuàng)投、訊飛創(chuàng)投、舜宇中央研究院、全志科技、同創(chuàng)偉業(yè)，此外老股東聯(lián)想創(chuàng)投、中科創(chuàng)星持續(xù)跟投。
生于巨頭壟斷之地
銳思智芯挑的這塊地，既是蘊(yùn)藏潛在萬億市場(chǎng)的寶庫(kù)，也是各大國(guó)際汽車廠商、手機(jī)廠商角逐的地盤，這江湖，波譎云詭，也著實(shí)險(xiǎn)惡。
長(zhǎng)期以來，CMOS市場(chǎng)被索尼、三星等日韓廠商主導(dǎo)。IHS Market數(shù)據(jù)顯示，目前全球CMOS圖像傳感器市場(chǎng)，索尼的市場(chǎng)份額為50.1%，三星為20.5%，兩個(gè)頭部廠商就占據(jù)了超過70%的市場(chǎng)份額。兩大巨頭在傳感器領(lǐng)域建立起銅墻鐵壁，割據(jù)一方。
同時(shí)，三星和索尼通過兼并、收購(gòu)等方式積極整合新的傳感技術(shù)，迅速進(jìn)入新的傳感器領(lǐng)域。
"這幾年他們把可以收購(gòu)的技術(shù)、公司都進(jìn)行了收購(gòu)。"鄧堅(jiān)說。
技術(shù)的稀缺性、技術(shù)高門檻，讓愿意深耕且能作出成績(jī)的企業(yè)寥寥。
年輕的銳思智芯如何抗衡？
技術(shù)是銳思智芯的決戰(zhàn)武器之一。
據(jù)悉，其目前已經(jīng)申請(qǐng)超10項(xiàng)核心專利(歐盟及PCT專利)，將從底層原理、數(shù)據(jù)格式等方面全方位保護(hù)公司的核心技術(shù)。
"在視覺傳感器AI芯片領(lǐng)域，我們應(yīng)該是中國(guó)唯一一家擁有完整核心技術(shù)獨(dú)立自主專利的公司。"
銳思智芯雖然不足兩歲，團(tuán)隊(duì)成員的資歷卻并不"年輕"，實(shí)力強(qiáng)勁：
既有劍橋、瑞士蘇黎世聯(lián)邦高等理工學(xué)院、曼切斯特大學(xué)等知名院校的科研派，又有CSEM、NXP、ARM、安森美、飛思卡爾、Magic Leap、Intel等世界知名企業(yè)的技術(shù)派、經(jīng)驗(yàn)派。
要知道，國(guó)際上該技術(shù)研究機(jī)構(gòu)主要有瑞士聯(lián)邦理工大學(xué)(ETH)、麻省理工大學(xué)(MIT)等，而銳思的技術(shù)源頭就在瑞士，此前在此領(lǐng)域積累頗深。
"傳感器芯片的設(shè)計(jì)鏈長(zhǎng)，注重時(shí)間積累，事件相機(jī)上，團(tuán)隊(duì)至少有7年以上的經(jīng)驗(yàn)。"
而三星和索尼等以收購(gòu)為核心戰(zhàn)略，一部分原因也因此前積累較少。
再者，與競(jìng)品相比，銳思智芯技術(shù)特點(diǎn)獨(dú)特。
鄧堅(jiān)表示，"Hybrid Vision"技術(shù)使其芯片ALPIX可同時(shí)輸出事件流信號(hào)及傳統(tǒng)圖像信號(hào)，更適合各種類型場(chǎng)景的視覺感知需求。并且用戶開發(fā)難度降低，整個(gè)視覺系統(tǒng)的成本也有所下降。目前這是競(jìng)品還不具備的特點(diǎn)。
第三，市場(chǎng)夠大。機(jī)器視覺領(lǐng)域之廣，涉及消費(fèi)電子、監(jiān)控、自動(dòng)駕駛、工業(yè)應(yīng)用等等領(lǐng)域。
據(jù)Yole Development報(bào)告顯示，2019年全球CIS市場(chǎng)規(guī)模約193億美元，預(yù)計(jì)2021年達(dá)230億美元。
但是如此廣闊的市場(chǎng)，卻沒有真正的從信息采集端的智能化的解決方案，仿生視覺傳感器芯片作為變革性技術(shù)，未來市場(chǎng)潛力不俗。
市場(chǎng)足夠大，容納得下足夠多的玩家，這是三星、索尼們的機(jī)會(huì)，也是銳思智芯們的機(jī)會(huì)。
據(jù)悉，目前銳思已經(jīng)有2顆芯片，目前正在迭代優(yōu)化，即將進(jìn)入量產(chǎn)階段。
芯片缺貨至此，作為一個(gè)創(chuàng)業(yè)公司為何能拿到產(chǎn)能？
鄧堅(jiān)解釋，傳感器產(chǎn)能的確非常有限，但這又是一個(gè)非常被看好的市場(chǎng)，各大代工廠愿意開放一部分產(chǎn)能給其看好的擁有新型傳感器技術(shù)的初創(chuàng)公司。
促未來之事
機(jī)器視覺已無處不在。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界80%的數(shù)據(jù)都是視頻圖像等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，其體量將持續(xù)擴(kuò)大。專家預(yù)測(cè)，全球機(jī)器視覺技術(shù)市場(chǎng)規(guī)模將于2023年增至248億美元。
"產(chǎn)品不是設(shè)計(jì)出來的，產(chǎn)品是用出來。"鄧堅(jiān)強(qiáng)調(diào)，一個(gè)新的技術(shù)沒辦法去改變生活，只有新的產(chǎn)品才會(huì)改變生活。
在巨頭布陣的市場(chǎng)中求生存，銳思對(duì)前輩保持尊敬同時(shí)，也不放棄自身的信仰，他們以夯實(shí)技術(shù)為基，在實(shí)踐的應(yīng)用中不斷反饋、優(yōu)化，努力把技術(shù)變成一個(gè)優(yōu)秀的產(chǎn)品，一個(gè)能改變生活的產(chǎn)品。
未來，機(jī)器人、智能手機(jī)、無人駕駛、無人機(jī)、安防等領(lǐng)域，潛在市場(chǎng)規(guī)模在萬億級(jí)。
這個(gè)浩瀚的市場(chǎng)，未來的機(jī)器感知時(shí)代，需要更多的銳思智芯。
