IN研風(fēng)向?縱橫生態(tài) | EEVIA年度論壇上的硬科技
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艾邁斯歐司朗大中華區(qū)及亞太區(qū)汽車應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)白燕恭提到，汽車的前、后靜態(tài)信號燈、環(huán)境光、雨量傳感器等光傳感器、內(nèi)飾功能照明等這些傳統(tǒng)的、成熟的應(yīng)用，已經(jīng)是艾邁斯歐司朗深耕多年的領(lǐng)域，而智能化的汽車光、感應(yīng)用則是該公司目前聚焦的重點(diǎn)，智能表面就是其中之一。智能表面這種隱藏式的電子按鍵，推動了汽車設(shè)計的創(chuàng)新。相對傳統(tǒng)，電子按鍵的成本要低，而且可以在一個電子屏上實(shí)現(xiàn)非常多的按鍵功能，通過后期的OTA升級等手段，可以實(shí)現(xiàn)按鍵的靈活自定義。智能表面還有助于減輕汽車的重量，以節(jié)省電能并增加續(xù)航時間。 然而，智能表面的實(shí)現(xiàn)并非易事。它需要配合多種傳感器和硬件設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)按鍵的喚醒、檢測和反饋等一系列動作。例如，為了實(shí)現(xiàn)按鍵的喚醒，需要配合照明設(shè)備來實(shí)現(xiàn)按鍵區(qū)域的亮起；同時，還需要傳感設(shè)備來檢測按鍵的動作和位置；最后，還需要反饋設(shè)備來告知用戶按鍵操作已經(jīng)完成。所有這些功能都需要集成在一個小小的空間內(nèi)，如何將多種功能集成在一起并保證其正常工作，如何實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和反饋等，這些問題對于設(shè)計和制造都提出了非常高的要求。
：智能表面系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)涉及多種復(fù)雜的控制 一套智能表面的系統(tǒng)，包含了三個核心的部分：光源、傳感和連接。白燕恭表示，從光源來看，其種類和數(shù)量都在不斷增加，目前一些新型汽車的一側(cè)氛圍燈就可能有80顆甚至180顆LED燈，而未來這個數(shù)字可能會翻倍，甚至達(dá)到1000顆。隨著數(shù)量的增加，如何靈活、系統(tǒng)地調(diào)節(jié)這些燈，就需要復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化。IME技術(shù)為智能表面的終極發(fā)展提供了基礎(chǔ)，這種一次注塑成型的技術(shù)可以通過壓印的方式實(shí)現(xiàn)智能表面，當(dāng)然，該技術(shù)要求LED本身能夠耐高溫高壓。另一個挑戰(zhàn)是如何保持燈顯色的一致性。無論是在白天的強(qiáng)光下還是夜晚的暗光環(huán)境下，每個燈的顏色都應(yīng)該是一致的。此外，如何滿足不同客戶對顏色的個性化需求，以及如何補(bǔ)償由于溫度、電流驅(qū)動和使用時間等因素導(dǎo)致的色點(diǎn)、亮度變化，都是需要解決的問題。
艾邁斯歐司朗推出的OSIRE? E3731i解決了上述難題。這是一款帶有驅(qū)動和溫度傳感器的智能LED燈，通過一條OSP總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制。OSIRE? E3731i通過一條OSP總線實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)控制。一條差分總線可以帶1000個節(jié)點(diǎn)，這意味著只需要兩根線就可以串聯(lián)1000顆LED燈。相較于傳統(tǒng)的每個LED燈都需要一個驅(qū)動和MCU的控制方式，這種方式大大簡化了系統(tǒng)復(fù)雜性；
圖：通過OSP總線連接，整個系統(tǒng)端只需一個MCU，大大降低了系統(tǒng)復(fù)雜性由于內(nèi)置了驅(qū)動和溫度傳感器，用戶可以在出廠時自定義想要的色點(diǎn)，或者不同亮度條件下的所有溫度補(bǔ)償信參數(shù)信息，使用時，只需要通過OSP總線讀取相應(yīng)的參數(shù)，對相應(yīng)的燈做補(bǔ)償即可。基于這條OSP總線，艾邁斯歐司朗開發(fā)了一個OSP Converter，即將推向市場。該轉(zhuǎn)換器可將I2C協(xié)議的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為OSP協(xié)議，以便在OSP總線上接入燈的同時，接入各種傳感器。OSP Converter的一個重要價值在于它靈活性和擴(kuò)展性。有了它，在一個OSP系統(tǒng)中，任何一個節(jié)點(diǎn)都可以被替換或移除，這就意味著用戶可以根據(jù)需要隨時更改系統(tǒng)設(shè)計。例如，如果需要增加新的傳感器或者更改傳感器的類型，只需要更換對應(yīng)的OSP Converter即可，而不需要對整個系統(tǒng)進(jìn)行改動。 從像素化的LED到按鈕、滑條、傳感器的控制等，再把所有的這些功能都通過OSP總線連接在一起，艾邁斯歐司朗為實(shí)現(xiàn)汽車智能表面提供了創(chuàng)新的基礎(chǔ)，并將進(jìn)一步擴(kuò)展到其他應(yīng)用，在未來的汽車應(yīng)用中發(fā)揮更大的作用，為整個行業(yè)帶來更多的可能性。
合見工軟：支撐芯片發(fā)展新態(tài)勢 助力國產(chǎn)EDA新生態(tài)
上海合見工軟副總裁孫曉陽上海合見工軟副總裁孫曉陽指出，2016年到2025年，全球數(shù)據(jù)量將達(dá)到163 Zettabytes, 云計算、人工智能、自動駕駛、5G通信、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等推動著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也帶動了高端芯片需求不斷走高。高速發(fā)展的智能設(shè)備（平板、無人機(jī)、智能手機(jī)等）將在2030年達(dá)到6.9萬億美元的市場規(guī)模。2011年，整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的制造工藝集中在28nm，成本達(dá)到歷史低點(diǎn)。隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步，半導(dǎo)體制造成本卻開始猛漲。以EDA中的驗(yàn)證工具為例，在14納米制程的時代，流片一次的費(fèi)用大約需要 300 萬美元。而到了 7 納米，流片費(fèi)用則要高達(dá) 3000 萬美元。為了降低研發(fā)成本，提升流片的成功率，就需要通過在EDA軟件上進(jìn)行驗(yàn)證。EDA工具是高端芯片設(shè)計必不可少的環(huán)節(jié)，而驗(yàn)證EDA工具更是重中之重。孫曉陽表示，芯片工藝已經(jīng)從65納米演進(jìn)到5納米、3納米，芯片設(shè)計的要求是高集成度、低功耗，在這種過程當(dāng)中，驗(yàn)證占比不斷提高。合見工軟確立了以EDA為核心的工業(yè)軟件戰(zhàn)略，立足EDA驗(yàn)證領(lǐng)域，覆蓋仿真驗(yàn)證、硬件加速、原型、虛擬原型、形式驗(yàn)證、時序分析等環(huán)節(jié)。
根據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會SEMI的數(shù)據(jù)顯示，2022年全球EDA銷售額達(dá)到87.68億美元，同比增長12.2%，其中中國大陸EDA銷售額達(dá)到11.65億美元，同比增長19.2%，占全球市場13.3%。然而，在國內(nèi)EDA市場上，國際三大家新思科技、Cadence、西門子還把持了80%的市場份額，國產(chǎn)EDA企業(yè)也在蓬勃發(fā)展。2021年3月，合見工軟成立，注冊資本達(dá)到32億元，短短2年半時間員工已經(jīng)擴(kuò)展到1000人，這家公司堅持了以自研為主，同時結(jié)合部分投資并購的策略作為補(bǔ)充，增加公司整體產(chǎn)品線的競爭力。10年前，國內(nèi)開始大量使用硬件仿真加速器，可以看作EDA工具用一個硬件系統(tǒng)，去仿真客戶的設(shè)計。硬件仿真在速度和容量上都較軟件仿真有所提升。傳統(tǒng)上原型驗(yàn)證系統(tǒng)，就是在芯片之前把設(shè)計的一部分放到FPGA上面，它可以跑得很快。所以傳統(tǒng)Emulator的容量是最大的，原型驗(yàn)證相對差一些，但一般來說原型驗(yàn)證可以跑得更快。但隨著軟件的發(fā)展，原型驗(yàn)證和硬件仿真開始出現(xiàn)融合，界限越來越不那么清晰了。我們把它統(tǒng)稱為硬件加速或者硬件的原型系統(tǒng)。在這樣大的系統(tǒng)上面，客戶就有機(jī)會和有可能把一顆芯片全部放到硬件上去做驗(yàn)證，并且可以跟外界所有的接口對接，去仿真和驗(yàn)證一個真實(shí)的場景。在這樣一個系統(tǒng)里面，客戶可以跑真實(shí)的軟件變成有可能。
合見工軟推出了拳頭產(chǎn)品驗(yàn)證平臺UV APS，為業(yè)界最領(lǐng)先的FPGA原型驗(yàn)證系統(tǒng)之一，這一工具集成了自研APS編譯軟件，可自動快速實(shí)現(xiàn)4—100顆VU19P FPGA級聯(lián)，支持大容量開發(fā)。這款工具從容量和性能兩個角度來解決客戶的痛點(diǎn)問題?！拔覀兡壳翱梢詫?shí)現(xiàn)100顆VU19P FPGA級聯(lián)，這是Xilinx最成熟的最大的一顆芯片。我們目前在客戶的實(shí)際部署已經(jīng)到了160顆。四顆FPGA是10億門，所以大概是40億門的規(guī)模?！睂O曉陽強(qiáng)調(diào)說，“二是很強(qiáng)的分割，可支持x10MHz 10億門以上設(shè)計快速實(shí)現(xiàn)，并可自動化進(jìn)行時序驅(qū)動分割，實(shí)現(xiàn)了更高性能；三是實(shí)現(xiàn)了更快速地設(shè)計移植和設(shè)計啟動，支持多端口存儲，多維數(shù)組、跨模塊引用?！?/span>
為進(jìn)一步助力客戶加快上市，孫曉陽還指出，合見工軟還提供全新Hybrid軟硬件協(xié)同驗(yàn)證平臺，利用虛擬原型和FPGA原型驗(yàn)證系統(tǒng)的優(yōu)勢，在項(xiàng)目早期就可為用戶提供一個軟件開發(fā)調(diào)試以及IP子系統(tǒng)軟硬件協(xié)同驗(yàn)證的環(huán)境，從而加速軟硬件驗(yàn)證的收斂。據(jù)悉，合見工軟的產(chǎn)品線覆蓋多個領(lǐng)域。一、芯片級EDA，覆蓋數(shù)字仿真、調(diào)試、驗(yàn)證效率提升、原型驗(yàn)證、虛擬原型、形式驗(yàn)證，主要解決與日俱增的復(fù)雜的數(shù)字驗(yàn)證全流程問題。二、系統(tǒng)級EDA，如封裝設(shè)計、2.5D&3D先進(jìn)封裝協(xié)同設(shè)計電子設(shè)計數(shù)據(jù)和流程管理等，旨在構(gòu)建商用級電子系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境。“除了工具以外，現(xiàn)在的芯片大量使用了IP，這是一個典型的SoC，中間會有ISP、NPU、GPU、CPU等等。還有外圍各種高速接口、低速接口、存儲、Memory等等，構(gòu)成一顆典型的SOC。從合見角度來講，工具是一方面，另一方面是IP?！?孫曉陽表示，“合見工軟今年5月份成功收購的北京諾芮集成電路公司，這家公司的強(qiáng)項(xiàng)是涵蓋高速的以太網(wǎng)控制器IP，整個研發(fā)技術(shù)團(tuán)隊有著非常資深的設(shè)計背景，這是IP產(chǎn)品線的戰(zhàn)略布局之一?！?/span>今年6月26日，上海合見工軟與北京華大九天科技聯(lián)合宣布，將攜手共建數(shù)?；旌显O(shè)計與仿真EDA聯(lián)合解決方案。“我們基于自主知識產(chǎn)權(quán)的商用級別高效數(shù)字驗(yàn)證仿真解決方案UniVista Simulator(UVS),以及華大九天自主知識產(chǎn)權(quán)的高速高精度并行晶體管級電路仿真工具ALPS，打造完整的數(shù)?；旌显O(shè)計仿真方案，助力中國芯片設(shè)計企業(yè)解決數(shù)?；旌戏抡娴奶魬?zhàn)?！?孫曉陽表示。最后，孫曉陽強(qiáng)調(diào)，合見工軟在EDA產(chǎn)業(yè)從芯片、系統(tǒng)到應(yīng)用層次的愿景是我們希望能夠招聘、培養(yǎng)更多的人才，特別是從海外歸來和國內(nèi)的專業(yè)人才，一起來打造國內(nèi)的EDA解決方案。 博世Bosch：嵌入式AI與MEMS傳感器塑造未來 開啟全新視野
博世集團(tuán)于1886年成立，由羅伯特·博世先生創(chuàng)立，發(fā)展到今天已有137年的歷史，主要涉及四大業(yè)務(wù)領(lǐng)域：第一，也是最大的一塊是汽車和智能交通領(lǐng)域；第二是工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域；第三是能源與建筑技術(shù)領(lǐng)域；第四是消費(fèi)品領(lǐng)域。Bosch Sensortec GmbH的高級現(xiàn)場應(yīng)用工程師皇甫杰介紹道。
Bosch Sensortec GmbH的高級現(xiàn)場應(yīng)用工程師皇甫杰
博世是汽車半導(dǎo)體巨頭，汽車?yán)锩娴母鞣N零部件，包括底盤系統(tǒng)等大量用到博世的模塊或者傳感器。博世半導(dǎo)體隸屬于博世汽車的市場領(lǐng)域，包括四大產(chǎn)品模塊：一是功率器件（主要是車規(guī)的功率器件），包括碳化硅芯片；二是ASICs芯片（也屬于車規(guī)產(chǎn)品）；三是車規(guī)半導(dǎo)體、車規(guī)MEMS傳感器，涉及到加速器、陀螺儀、其他傳感器等； 到今天為止，MEMS傳感器產(chǎn)品出貨量已突破180億顆。
博世半導(dǎo)體MEMS傳感器發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)
博世的MEMS傳感器發(fā)展始于汽車，然后拓展到消費(fèi)領(lǐng)域，繼而到現(xiàn)在的IoT領(lǐng)域。萬物互聯(lián)離不開傳感器對物理信號的感知，MEMS傳感器讓IoT設(shè)備變得更加智能。
如今，MEMS傳感器已經(jīng)滲透到生活的方方面面，在樓宇里面，可以通過傳感器檢測停車位，也可以做室內(nèi)的導(dǎo)航。
另外，在工廠端有一些設(shè)備的追蹤，還有AR眼鏡的應(yīng)用，都為我們的工廠生產(chǎn)和研發(fā)提供了更便捷高效的設(shè)備。
最后，在消費(fèi)類的應(yīng)用方面，可以用傳感器計算更精確的卡路里，另外還有手機(jī)拍照防抖功能，以及用于手機(jī)或穿戴設(shè)備記錄步數(shù)，這是基于加速度傳感器實(shí)現(xiàn)的。
皇甫杰介紹道，發(fā)展至今的傳感器可以集成更多的算法和軟件的功能，做定制化的配置，實(shí)現(xiàn)更多的功能。邊緣AI算法也可以集成到小小的傳感器產(chǎn)品里面去，傳感器這個單一的硬件逐漸承載了更多的任務(wù)，做更智能的場景應(yīng)用。
Bosch Sensortec的邊緣AI算法是集成到傳感器本體里面，因?yàn)閭鞲衅髦灰梢粋€超低功耗的處理器，就可以實(shí)現(xiàn)這個功能。將AI算法集成到硬件內(nèi)部的好處有以下幾點(diǎn)：一是可以定制化器件端，讓傳感器適應(yīng)到每一個獨(dú)立的用戶；二是傳感器的數(shù)據(jù)只存在設(shè)備本身，甚至傳感器內(nèi)部，不需要上傳到云端，這樣可以保證用戶數(shù)據(jù)的安全性；三是可以實(shí)時響應(yīng)，因?yàn)闊o需將數(shù)據(jù)上傳云端，再反饋到設(shè)備端，所以它的響應(yīng)速度會更快；四是進(jìn)一步地減少設(shè)備的功耗，來延長電池的使用壽命或者電池的續(xù)航時間。
以最新的BHI380傳感器為例來說，它緊湊的尺寸方便集成到各種各樣的消費(fèi)類電子產(chǎn)品里面，而且BHI380功耗非常低，在做數(shù)據(jù)融合的時候，可以保證功耗在微安級別，另外，在出廠的時候集成了一些基本功能和AI算法，用戶也可以很方便地進(jìn)行二次開發(fā)。
接著，皇甫杰列舉了BHI380智能傳感器幾個典型的應(yīng)用場景：第一個是在TWS耳機(jī)里面最常見的3D音效，它的原理是檢測用戶頭部在轉(zhuǎn)動的時候?qū)?yīng)的音效場景，這是基于陀螺儀檢測頭部轉(zhuǎn)動角度實(shí)現(xiàn)的；第二個是手勢識別或者動作識別，比如走路、騎車、跑步時，或者坐汽車、高鐵、飛機(jī)等交通工具時，這些場景都可以通過傳感器的數(shù)據(jù)做一個大數(shù)據(jù)融合之后來識別；第三個應(yīng)用是比較常見人機(jī)交互；第四個是PDR步行導(dǎo)航，現(xiàn)在基本上人手一個智能手表或智能手機(jī)，可以基于這個ACC和陀螺儀的數(shù)據(jù)，再結(jié)合算法去做運(yùn)動軌跡的記錄，這個記錄不需要GPS的參與，包括在室內(nèi)，可以結(jié)合商場內(nèi)部地圖做路徑規(guī)劃；最后就是AI健身相關(guān)的記錄，比如健身動作的追蹤，包括游泳姿態(tài)的算法，BHI380智能傳感器集成了AI的運(yùn)動監(jiān)測相關(guān)算法在里面，在使用時，設(shè)備可以自動檢測用戶當(dāng)前動作以及做了多少次，不需要任何干預(yù)，除了器件內(nèi)嵌的十幾個健身動作之外，用戶也可以定義新的健身動作，這就是AI的典型學(xué)習(xí)能力。例如用戶做啞鈴的舉握，這個動作的算法器件本身是不具備的，用戶可以觸發(fā)學(xué)習(xí)模式，然后重復(fù)做動作大概3~5次，讓傳感器識別到動作特征，捕捉到動作特征之后，器件快速建立出用戶特征的模型，直接生成到傳感器里面并保存起來，下次用戶再做相同動作時就可以直接識別出這是自定義的新動作，并記錄用戶做的次數(shù)（如下圖）。值得一提的是，HI380智能傳感器的功耗比上一代產(chǎn)品降低了54%，因此很適用于可穿戴設(shè)備。
接下來介紹一顆最新的環(huán)境類傳感器——BME 688四合一的傳感器，也是目前世界上最小的四合一傳感器，集成了溫度、氣壓、濕度、氣體檢測功能?；谶@顆傳感器，可以給用戶提供一個微環(huán)境的監(jiān)測，甚至可以做一些微環(huán)境的天氣預(yù)報預(yù)估，以及配合智能家居的聯(lián)動等。
舉例如說，用BME688可以檢測不同的氣體，比如用戶想要檢測某一種咖啡的氣味，可以用BME688傳感器去采集目標(biāo)氣體的信號，之后，基于采集到的目標(biāo)氣體的傳感器信號，用PC端對應(yīng)的簡化工具去做一個數(shù)據(jù)特征的捕捉，在捕捉到數(shù)據(jù)特征之后，結(jié)合工具生成一個數(shù)據(jù)模型集成到用戶自定義的算法里面。
VOC氣體應(yīng)用的領(lǐng)域就特別廣了，比如用于森林野火的檢測、對人體有害的氣體檢測、嬰兒紙尿片的檢測、冰箱食物新鮮程度的檢測，還有室外空氣指數(shù)的檢測等等。
BME688的工作原理是通過傳感器內(nèi)部去加熱金屬氧化物，來跟目標(biāo)氣體發(fā)生還原反應(yīng)。通過采集多個溫度點(diǎn)對應(yīng)的還原反應(yīng)的電阻值，對特征做捕捉之后做區(qū)分。比如有三種揮發(fā)性氣體，傳感器捕捉到不同的特征，通過不同的溫度點(diǎn)的電阻值建立模型。
接下來，皇甫杰介紹了一款最新的氣壓傳感器——BMP581。
BMP581氣壓計在耳戴產(chǎn)品或者穿戴產(chǎn)品里面有一些典型的場景，比如用戶在佩戴智能耳機(jī)做俯臥撐的時候，BMP581氣壓計可以通過檢測用戶俯和撐的高度變化，來識別用戶做了多少次俯臥撐。做引體向上的時候也是同樣的道理，BMP581氣壓計可以檢測到用戶在向上拉伸和雙臂完全放直的高度差，快速識別用戶的拉伸動作次數(shù)。其他涉及到氣壓計的應(yīng)用案例也非常多，例如配合GPS做高度的識別，還有卡路里計算和跌倒檢測，以及掃地機(jī)器人里面的堵塞檢測等。
本次論壇，Bosch Sensortec Gmbh可編程人工智能傳感器BHI380獲得了“2023年度硬科技產(chǎn)業(yè)縱橫獎”“E”馬當(dāng)先新品獎，并在研討會現(xiàn)場頒發(fā)了獎牌 。
在未來的發(fā)展方向上，博世半導(dǎo)體將持續(xù)擴(kuò)大AI生態(tài)圈，作為行業(yè)技術(shù)引領(lǐng)者，博世半導(dǎo)體從未停止創(chuàng)新的腳步。
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