Поднимающая голову повсеместная автоматизация, роботизация и платформы с элементами искусственного интеллекта требуют новых решений для машинного зрения. В частности, датчики изображения должны поддерживать функцию глобального затвора, чтобы избежать искажений при захвате быстро движущихся объектов. Функция глобального затвора перестаёт быть роскошью и становится насущной необходимостью.

Датчики Canon 3U5MGXSMAA/3U5MGXSCAA (5 Мп, функция глобально затвора монохромные/цветные)

Японская компания Canon сообщила, что с первого октября начнутся поставки двух модификаций 5-мегапиксельных датчиков CMOS с поддержкой глобального затвора. Датчики 3U5MGXSMAA — это решения с монохромными фильтрами, а датчики — 3U5MGXSCAA поддерживают захват изображений в цвете (RGB). Размеры пикселя в каждом случае одинаковые и составляют 3,4 мкм по горизонтали и вертикали. Эффективное разрешение датчиков равно 2562 × 2056 пикселей. Скорость съёмки в полнокадровом режиме достигает 120 кадров в секунду. Датчик может быть разбит на 8 секторов съёмки, что позволяет увеличить частоту кадров для отдельной зоны.

В компании Canon уверены, что новые датчики с функцией глобального затвора найдут применение на конвейерах с автоматическим анализом качества продукции. Датчики, кстати, могут по внешней команде менять ориентацию съёмки не меняя положения в пространстве. Другим применением новых датчиков может стать вооружение дронов более совершенными камерами. Несмотря на функцию глобального затвора и высокую кадровую частоту, потребление датчиков остаётся на низком уровне, и они не требуют дополнительных решений для охлаждения. Иными словами, питание от батарей не станет препятствием для установки на дроны камер с новыми датчиками Canon.

Ряд китайских интернет-изданий со ссылкой на информационное агентство Taiwan Economic Times сообщили, что датчики изображений типа CMOS уже некоторое заметное время поставляются в ограниченных объёмах. Ручеёк поставок настолько сузился, что некоторые заводы в Китае и на Тайване сообщили о полном прекращении отгрузки этого товара.

topfotografia.net

Интересно, что ранее источники сообщали о дефиците сопутствующей продукции для производства цифровых камер в виде конденсаторов, резисторов, силовых дискретных MOSFET (транзисторов), линз, приводов автофокусировки и других комплектующих. Куда же это всё пропало?

Smartisan Nut Pro 2S: смартфон с чипом Snapdragon 710 и двойной камерой

В случае датчиков изображений ответ очевиден — смартфоны стали переходить на двойные и даже тройные камеры, вооружаясь двумя или тремя датчиками вместо одного. Для потребителя появилась возможность выбрать один из встроенных датчиков в зависимости от требований или условий съёмки. Но производители датчиков, как выяснилось, оказались не готовы к резкому увеличению спроса на продукцию.

wsj.com

Как результат, компании Sony и Omnivision уже повысили цены на CMOS-датчики собственного производства. Тем самым, в частности, производители смартфонов второго звена и более мелкие компании лишились возможности покупать датчики Sony, Omnivision и Samsung и вынуждены были обратиться к компаниям Pixart и Silicon Optronics (SOI), как к альтернативным источникам поставок датчиков.

В мае прошлого года компания Samsung формально выделила контрактное производство чипов в дочернюю компанию Samsung Foundry. Тем самым производитель электроники сделал попытку устранить конфликт интересов или опасность оного между своими заказами и заказами сторонних компаний. Параллельно Samsung стремится диверсифицировать контрактное производство, чтобы удовлетворить как можно больше заказчиков, и надеется привлечь к сотрудничеству множество мелких фирм, для чего берётся изготавливать многопроектные пластины, которые объединяют заказы нескольких компаний.

Завод Line 6 компании Samsung под Сеулом

На днях Samsung сообщила о расширении спектра продукции, которую она будет выпускать по контрактам на заводе Line 6 в Кихыне (пригород Сеула). Линии предприятия Line 6 обрабатывают 200-мм полупроводниковые подложки, каждая из которых может нести сотни и тысячи дискретных элементов. Обычно простая логика и дискретные элементы изготавливаются на пластинах меньшего диаметра, тогда как 200-мм и 300-мм кремниевые подложки производители задействуют для выпуска микроконтроллеров, заказных БИС и разного рода процессоров.

Пример 200-мм пластины с чипами (www.lesechos.fr)

Итак, контрактным клиентам Samsung на заводе Line 6 будут доступны для заказа решения со встроенной флеш-памятью (eFlash), силовые элементы (Power), драйверы дисплеев (DDI, display driver IC), CMOS датчики изображения (CIS), радиочастотные компоненты (RF), решения для вещей с подключением к Интернету (IoT) и сканеры отпечатков пальцев. Доступный для выпуска всего этого разнообразия техпроцесс будет колебаться от 180 нм до 65 нм.

Встроенную флеш-память компания будет выпускать либо с нормами 130 нм, либо с нормами 65 нм. Силовые чипы будут выпускаться как 130-нм, так и 90-нм. Для выпуска драйверов дисплеев может быть использован 180-нм, 130-нм, 90-нм и 70-нм техпроцессы. Датчики изображений будут только 90-нм. Радио и IoT примерят на себя 90-нм техпроцесс и, возможно, это будет особенный техпроцесс для выпуска малопотребляющих решений. Сканеры отпечатков пальцев будут 180-нм. Желающие могут начинать записываться в очередь.

Университет Нового Южного Уэльса (University of New South Wales, UNSW) имеет собственную позицию в сфере разработки квантовых компьютеров. Квантовые вычислительные системы могут использовать сверхпроводящие элементы, оптические ловушки, атомы, ионы, спины или что-то ещё. Но все они сталкиваются с проблемами масштабирования и со сложностями удержать квантовые состояния согласованным (когерентными) так долго, чтобы можно было с высокой точностью произвести расчёты и прочитать результат. Обе эти проблемы UNSW собирается решить в одном устройстве — в квантовом кремниевом процессоре.

Кремниевый квантовый процессор в представлении художника

На днях в сетевом журнале Nature Communications в открытом доступе появилась статья «Кремниевая КМОП-архитектура для квантовых компьютеров на спинах» за авторством работников университета. Инженеры и учёные представили проект кремниевого процессора, который оперирует спинами одиночных электронов в качестве квантовых объектов (точек). Для производства такого процессора подходят классические КМОП (CMOS) технологические процессы и традиционные материалы. В данном случае проект разработан для выпуска решений на обычной кремниевой пластине со слоями изоляции из диоксида кремния. Рабочий уровень, в котором хранятся кубиты-электроны, это слой, насыщенный изотопами silicon-28. При этом следует помнить, что даже такой кремниевый процессор должен работать при криогенных температурах порядка 1K или ниже.

Структура, схема элементарной квантовой ячейки и архитектура кремниевого 480-кубитного квантового процессора (Nature)

Проект процессора создан модульным с возможностью расширения. Минимальный строительный кирпичик процессора — это блок со сторонами 4 × 20 кубитов. Весь процессор спроектирован как массив 24 × 20 кубитов и состоит из 480 кубитов. Допускается дальнейшее горизонтальное масштабирование для увеличения числа кубитов в процессоре, как и уменьшение масштаба техпроцесса производства. Представленный проект, как заявляют разработчики, хорошо ложится на 14-нм техпроцесс Intel, где расстояние между затворами приближается к 70 нм. Для надёжной работы спроектированного кремниевого квантового процессора необходима ячейка для электрона (кубита) со сторонами 63 нм.

Электрическая схема и сигнальная управляющая структура команд квантового процессора (Nature)

Выбранная учёными 2D-архитектура расположения кубитов преследует главную цель — снизить вероятность появления ошибок в ходе квантовых вычислений. Вернее, они на практике реализовали так называемый поверхностный код (surface code). Поверхностный код подразумевает, что часть кубитов не участвуют в хранении данных, а используются для исправления ошибок в кубитах, отвечающих за данные. Это сравнимо с аппаратной схемой ECC. Например, информационные кубиты и условно ECC-кубиты могут располагаться на плоскости в шахматном порядке. Это позволяет загружать в квантовый процессор программный код и обеспечивать надёжность расчётов.

В предложенной конструкции и схеме нет ничего сложного для современного производства. Схемотехника и её реализация также близка к широко использующейся при выпуске чипов. В общем случае кремниевый квантовый процессор напоминает организацию и работу памяти DRAM. Квантовая точка (электрон) загружается в предназначенную для него область и управляется обычным плавающим затвором (транзистором), как и соседствующая с ним область (J-переход), которая контролирует связанность/взаимодействие соседних квантов. Выглядит просто. Может именно так делается революция?

Компания Sony опубликовала пресс-релиз, в котором сообщила о готовности начать опытные поставки датчиков изображения CMOS с интересными свойствами. Опытные экземпляры новых 7,72-Мп датчиков IMX324 стартуют в ноябре этого года, а массовые поставки коммерческих версий начнутся в июне следующего года. Без учёта налогов опытный чип стоит около $90. Дорого? Но по совокупности возможностей, уверят в Sony, аналогов датчику IMX324 просто нет.

Sony

Датчик IMX324 располагает 7,42 млн эффективных пикселей — это наивысший показатель в отрасли. Соотношение сторон датчика 1/1,7. Чувствительность определяется на уровне 2666 мВ. Разрешение датчика таково, что камера с его использованием способна получить чёткое изображение дорожного знака с расстояния около 160 метров. Человеку такое не под силу. Подобные датчики ориентированы на работу в электронных системах подсказки водителям ADAS (advanced driver-assistance systems). Данная разработка, по словам Sony, совместима с процессорами изображений EyeQ4 и EyeQ5 компании Mobileye, приобретённой ранее компанией Intel.

Sony

В ночное время датчики IMX324 работают как в «пакетном» режиме с фильтрами RCCC (красный, три чистых), когда для повышения чувствительности четыре соседних пикселя работают как один (режим pixel binning mode), так и в режиме чередования свет/тень. Массив пикселей для каждого кадра попеременно переключается из режима повышенной чувствительности для захвата изображения в тёмных участках сцены, в режим захвата засвеченных участков в ярком уличном освещении и в свете передних фар автомобиля. Итоговое изображение, которое «склеивается» специализированным процессором, получается детализированным и относительно контрастным в тенях и на свету.

Sony

Датчики Sony IMX324 способны захватывать изображение с внешним освещением 0,1 люкс. Это равнозначно съёмке в условиях света одной лишь полной луны в безоблачный день. Датчики помогут на большом удалении различить пешехода на трассе и возможные препятствия. Датчики, что характерно для Sony, многослойные и предназначены для стековой компоновки, что позволяет делать камеры с ними компактными.

Корпорация Panasonic объявила о создании, как утверждается, первого в мире органического КМОП-сенсора изображения с электрически управляемой чувствительностью в ближнем инфракрасном диапазоне.

Компании Fujifilm и Panasonic заявили о совместной разработке так называемого органического КМОП-датчика ещё в 2013 году. Данная технология предусматривает использование органического слоя для фотоэлектрического преобразования вместо кремниевого фотодиода. Органический слой позволяет уменьшить ширину секции светоприёмного устройства в несколько раз.

В новом изделии возможно покадровое переключение между съёмкой в цветном режиме и инфракрасном диапазоне. При этом нет необходимости в механическом ИК-фильтре.

Предложенное решение также предполагает применение глобального затвора (Global Shutter), который отличается тем, что все данные считываются сразу.

Новое изделие позволяет получать качественные изображения даже в условиях очень плохого освещения. Таким образом, датчик подходит для использования в комплексах машинного зрения и интеллектуальных транспортных системах. 

Появились любопытные сведения, которые могут дать некоторую подсказку относительно направления, в котором японская компания Nintendo собирается развивать свою следующую игровую консоль, известную пока под кодовым именем NX. Точнее, вероятно, её портативную часть.

Тайваньская компания Pixart Imaging занимается поставками CMOS-базированных решений для мониторинга сердцебиения (HRM), которые используются различными марками, включая LG, Longcheer Technology и Under Armour, в сфере фитнес-оборудования. Как сообщает ресурс Chinese Commercial Times, HRM-сенсор этой компании будет установлен в платформе Nintendo NX.

Многие бегуны или велосипедисты замеряют показатели сердцебиения во время тренировок. Работа HRM-сенсора Pixart Imaging основана на фотоплетизмограммном методе: светодиод излучает волны на кожу, а датчик осуществляет замеры отражённого света, меняющегося в зависимости от пульсации артериальной крови — так работают, например, Apple Watch или более новые фитнес-часы Garmin.

Сообщается, что к концу года Pixart Imaging будет готова к производству HRM-сенсоров нового поколения, которые будут поддерживать приложения виртуальной реальности. Именно такой сенсор якобы будет применяться в приставке NX. Как именно это будет использоваться в играх — не ясно. Возможно, в Nintendo NX будет какой-то браслет для мобильных игр и управления жестами. На данный момент не известно, будет ли NX обладать поддержкой виртуальной реальности.

Корпорация Sony рассказала о своём новом КМОП-датчике изображения семейства Exmor RS для фотокамер смартфонов, который называется IMX318 и позиционируется в качестве наследника модели IMX230, применяемой в таких устройствах, как Huawei Honor 7, Lenovo Vibe X3, BlackBerry Priv, Sony Xperia M5 и других.

По сравнению с 1/2,4-дюймовым предшественником, IMX318 уменьшился в размерах — он выполнен в формате 1/2,6”. Число пикселей при этом хоть и символически, но подросло — с 21 до 22,5 млн, из-за чего размер каждого пикселя сократился до 1 мкм. Однако в Sony утверждают, что проблем с качеством съёмки в условиях низкой освещённости это не вызовет благодаря применению специальных технологий для более эффективного использования света и снижения уровня шумов на картинке.

Сравнение снимков в тёмное время суток с помощью IMX230 (слева) и IMX318 (справа)

Другой особенностью новинки является встроенный непосредственно в её сигнальный процессор автофокус, скорость срабатывания которого составляет 0,03 секунды (как у IMX300), а также трёхосная система электронной стабилизации изображения. Последняя не только устраняет последствия тряски камеры, но и исправляет искажения, вызванные оптикой. Что касается съёмки видео, то IMX318 позволяет производить её в разрешениях вплоть до 4K (3840 × 2160). Поставки новых матриц Sony обещает начать уже в мае по цене около $18.

Sony объявила о подписании с Toshiba неформального меморандума о взаимопонимании, подтверждающему намерение компаний провести переговоры о передаче Sony принадлежащих Toshiba объектов по производству полупроводников, оборудования и связанных с ними активов, а также другого оборудования и имущества.

indo.wsj.com

В пресс-релизе указано, что стороны намерены передать производственные объекты, оборудование и связанные с ними активы производственной линии  Toshiba по выпуску 300-мм полупроводниковых пластин, в основном размещённые в префектуре Оита.

Sony планирует использовать линию подразделением Sony Semiconductor Corporation, полностью принадлежащим ей дочерним предприятием, главным образом для выпуска CMOS-сенсоров.

businesstimes.com.sg

Переговоры включают обсуждение перехода в Sony сотрудников Toshiba численностью около 1100 человек, которых трудятся на объектах, подлежащих передаче.

Данное приобретение позволит Sony увеличить производственные мощности в сфере CMOS-сенсоров изображения, где ожидается дальнейший рост рынка.

Выход из бизнеса по выпуску CMOS-сенсоров позволит Toshiba направить ресурсы на те направления, где компания имеет технологическое преимущество.

Оформить официально сделку предполагается к концу 2015 года, а завершить передачу объектов компании намерены до конца финансового года, завершающегося 31 марта 2016 г., после получения одобрения регуляторов.

Корпорация Sony решила выделить полупроводниковый бизнес в новую фирму, чтобы сосредоточиться на продажах датчиков изображений, используемых в мобильных устройствах и цифровых камерах. 

В апреле 2016 года появится компания Sony Semiconductor Solutions, которая будет специализироваться на разработке и производстве чипов — преимущественно датчиков CMOS (комплементарные метало-оксидные полупроводники, КМОП). Её главой станет Теруши Шимизу (Terushi Shimizu), который в настоящее время занимает пост заместителя президента подразделения Device Solutions.

tested.com

Отделение полупроводникового бизнеса не означает, что он будет продан по аналогии с компьютерным. Sony проводит реорганизацию с целью создания понятных акционерам обязанностей руководителей и отчётности, ускорения процессов принятия решений и повышения конкурентоспособности на рынке, говорится в сообщении корпорации.

К подразделению Device Solutions, из которого в новую фирму будет выделено полупроводниковое направление, также относятся аккумуляторы и накопители, которыми занимаются отдельные компании Sony Energy Devices и Sony Storage Media & Devices соответственно.

bloomberg.com

По итогам первого финансового квартала, завершившегося в июне 2015 года, доля доходов Device Solutions в структуре выручки Sony составила 11 %. Прибыль этого бизнеса удвоилась в годовом исчислении — до 30,3 млрд иен ($250 млн), чему способствовал высокий спрос на смартфоны.

Компания Canon анонсировала разработку нового уникального КМОП-сенсора размера APS-H (29,2 × 20,2 мм), главной особенностью которого является разрешение 250 мегапикселей (19580 × 12600 пикселей). Это самое высокое разрешение среди КМОП-сенсоров, меньших по размерам, чем полноформатные.

250-Мп сенсор

Как отмечается в пресс-релизе, новинка при установке на камеру позволила захватить изображение летящего на 18 км от места съёмки самолёта с такой высокой детализацией, что потом на снимке можно было разобрать надписи на борту летательного аппарата. Конечно, возникает вопрос, а не вызовет ли ощутимых задержек сигнала и связанных с этим проблем столь высокое разрешение. Как отмечают разработчики, им удалось добиться скорости считывания сигнала 1,25 млрд пикселей в секунду, что стало возможным благодаря использованию улучшенных микросхем и новой технологии обработки сигнала. При максимальном 250-Мп разрешении скорость видеосъёмки достигает 5 снимков в секунду. Несмотря на очень малый размер пикселей, разработчикам удалось добиться высокого соотношения сигнал/шум и удовлетворительной чувствительности ISO (правда, конкретные данные не указываются).

Прототип камеры с 250-Мп сенсором

Конечно, этот сенсор не предназначен для потребительских камер, но найдёт применение в специализированных системах слежения, инструментах измерений высокого разрешения и другом промышленном оборудовании. 

Хотя полупроводниковый бизнес для Sony не является основным, компания рассчитывает на его рост. При этом японский производитель намерен ослабить свою зависимость от Apple.

В интервью агентству Reuters глава подразделения Sony Device Solutions (производит КМОП-матрицы и другие полупроводники) Томоюки Сузуки (Tomoyuki Suzuki) сообщил, что в нынешнем финансовом году, который продлится до конца марта 2016-го, компания прогнозирует 20-процентный рост продаж датчиков изображений — до 550 млрд иен ($4,4 млрд). За прошлый отчётный год выручка вендора на этом рынке увеличилась на 40 %.

time.com

Несмотря на замедление темпов роста бизнеса Sony, Томоюки Сузуки заявляет, что спрос на фотомодули остаётся настолько высоким, что компания едва успевает его удовлетворять.

Sony не раскрывает список производителей, закупающих у компании фотосенсоры. Крупнейшим клиентом Sony считается Apple. Большие заказы делает и Samsung Electronics, которая во флагманских смартфонах Galaxy S6 отказалась от собственных камер (использовались в Galaxy S5) в пользу решений Sony. Наконец, известно о сотрудничестве японского гиганта с китайскими телефонными производителями, включая Xiaomi.

По словам Томоюки Сузуки, Sony стремится расширять круг заказчиков, чтобы в меньшей степени зависеть от крупных клиентов, таких как Apple.

cnbc.com

«Если компания не может использовать свои производственные мощности на рынке полупроводников, она быстро становится убыточной. Для того, чтобы избежать нестабильности, необходимо иметь разумное соотношение заказов между несколькими клиентами», — сказал глава Sony Device Solutions.

Он также добавил, что Sony не является полупроводниковой компанией, поэтому она вряд ли когда-то будет сосредоточена на сенсорах или других отдельных продуктах, несмотря на свободу, которую получили подразделения в рамках реорганизации.

Компания Toshiba заявила о запуске серийного производства новых 13-Мп КМОП-сенсоров T4KB3, использующих технологию задней засветки (BSI). По утверждению разработчиков, новинка является самым компактным датчиком с таким разрешением в отрасли. Действительно, на основе T4KB3 можно создать модуль с габаритами всего 6,7 × 6,7 мм.

Toshiba

Новинка нацелена, прежде всего, на использование в смартфонах и планшетных компьютерах. Сенсор имеет оптический формат 1/3,07 дюйма и характеризуется потребляемой мощностью всего 200 мВт при скорости записи видео 30 кадров в секунду. Таким образом, он на 53 % экономичнее предшественников. Также он на 24 % компактнее существующей в ассортименте Toshiba 13-Мп модели T4K82. Технология Bright Mode позволяет получить светлые кадры при работе на повышенной скорости. Благодаря Bright Mode удалось реализовать поддержку съёмки Full HD-видео на скорости 120 к/с.

Toshiba

Также новый сенсор поддерживает 13-Мп съёмку (4208 × 3120 пикселей) и 4K-съёмку (4000 × 2160 пикселей) на скорости 30 fps. Цену производитель не уточнил, но новинка уже отгружается заказчикам.

На днях в одной из заметок устами отраслевого аналитика мы констатировали факт, что датчики изображения типа CCD (ПЗС) практически пали под натиском более дешёвых датчиков типа CMOS. Увы, это так. Матрицы CMOS более шумные, но ощутимо дешевле, а также менее требовательные по потреблению, что в итоге вывело их также на рынок дорогих цифровых фотоаппаратов. Невидимая рука рынка сомкнула пальцы на горле производителей CCD. Самые прозорливые поняли это более пяти лет назад. Как ни странно, среди них оказалась компания Sony, которая всегда отличалась умом и сообразительностью, достаточно вспомнить Betamax, ATRAC или Memory Stick. Компания Sony не только переориентировалась на массовый выпуск CMOS-датчиков, под это дело она даже купила заводы у Toshiba и Renesas Electronics.

Согласно свежим инвестиционным планам компании, объём выпуска датчиков CMOS с сегодняшних 60 тысяч 300-мм пластин в месяц к сентябрю 2016 года будет увеличен до 87 тысяч пластин. На эти цели будет выделено порядка 45 млрд иен (примерно 371 млн долларов США по сегодняшнему курсу). Бывший завод Toshiba в Нагасаки — Nagasaki TEC — получит на расширение производства 24 млрд иен, а бывший завод Renesas в Ямагата — Yamagata TEC — освоит 21 млрд иен.

В планах компании нарастить выпуск датчиков CMOS преимущественно для смартфонов и планшетов. Это так называемые многоярусные датчики с задней засветкой (back-illuminated stacked CMOS image sensors). Подобная компоновка предполагает, что вся управляющая датчиком обвязка вынесена на собственный слой, который не забирает полезную площадь на кристалле с датчиком. Датчики изображения выходят компактными и не теряют в функциональности. Запланированные средства как раз пойдут на установку оборудования для многослойной упаковки кристаллов и на изготовление светочувствительных матриц.

На днях компания Sony заявила о прекращении выпуска ПЗС-сенсоров изображения к 2020 году. В марте 2017 года она остановит линию по выпуску ПЗС-сенсоров в Технологическом центре Кагосимы (Kagoshima Technology Centre) и до 2020 года продолжит выводить с рынка эту продукцию. Вместо этого производитель сфокусируется на КМОП-датчиках. Эту важную для отрасли новость сразу же прокомментировал аналитик компании Yole Developpement Пьер Камбу (Pierre Cambou).

ПЗС-сенсор Sony 960H

Как отметил господин Камбу, временные рамки остановки производства пока ещё точно не определены, так как дискуссии между клиентами и компанией ещё продолжаются. Но можно уже с уверенностью заявить, что это начало конца ПЗС-сенсоров Sony. Несмотря на решение Sony, полного исчезновения отрасли CCD аналитики не предрекают. В некоторых приложениях КМОП-сенсоры пока не смогут вытеснить ПЗС. К тому же промышленный цикл для систем машинного зрения, которые используют ПЗС, является довольно длинным, и быстро переключиться на другие технологии не получится. Поэтому компаниям, которые до сих пор были клиентами Sony, придётся выбирать альтернативные варианты, например, продукты компаний Teledyne Dalsa, On Semiconductor, e2v, Fairchild Semiconductor.

ПЗС-сенсор Sony для камер 700TVL

Несмотря на все «но», Камбу уверен, что такие глобальные трансформации окажут позитивное влияние и смогут подстегнуть инновации. Аналитик уверен, что для отрасли решение Sony принесёт положительные результаты, а её примеру могут последовать другие. «CCD мёртв, да здравствует CMOS!», — заключает в своём комментарии Yole Developpment.