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十周年iPhone X如何开启下一个十年

麦姆斯咨询 ·2017-09-22 09:22·半导体行业观察
阅读:2518

来源:内容来自麦姆斯咨询,谢谢。


惊艳!Apple(苹果)做到了,它在iPhone X正面的“刘海”中嵌入了一款3D摄像头模块,并且,其技术方案比之前所有人猜测的都更加复杂。苹果并没有采用Yole之前预计的ToF(飞行时间)阵列方案,而是整合了一颗ToF接近传感器,以及一款能够捕捉泛光照明(Flood Illuminator)或点阵投影(Dot projector)的红外“结构光”摄像头。


通过该技术方案,苹果正再次革新消费电子产品的用户交互界面,将对智能手机市场带来深远的影响。苹果公司首席执行官Tim Cook在iPhone X发布的开场便称,这还仅是新时代的开始。恰如麦姆斯咨询此前的预测,iPhone X的诞生正引爆3D成像和传感市场,将助推3D成像及传感市场规模到2022年增长至60亿美元。


iPhone X的3D传感方案是如何实现的?


iPhone X整合了一款红外摄像头,以及一颗能够将均匀一致的红外光投射在手机前方的泛光照明单元。然后,通过红外摄像头捕捉成像,再利用面部探测算法搜寻画面中的用户。为了降低系统功耗,避免红外摄像头一直工作,很可能是将红外摄像头与红外ToF接近传感器协同工作,红外ToF接近传感器利用不同波长的红外光探测手机前的用户,一旦探测到用户的面部信息,便会触发iPhone X开启点阵投影单元,再利用红外结构光摄像头捕捉用户面部的点阵图纹。然后将常规RGB图像和点阵图纹红外成像一起发送至应用处理单元(Application Processing Unit, APU),再通过经过训练的神经网络进行面部识别,最终确认是机主后执行开锁。


iPhone X技术方案的独到之处在于,它在这个层面上根本没有进行3D成像计算,3D信息都包含在了这30000多个点阵图纹中。为了运行3D应用,同一个APU调用了另一套算法进行深度图计算。众所周知,结构光3D成像方案的计算量非常大,此时,iPhone X A11芯片强大的计算处理优势便显现出来。而神经网络的应用,是该技术方案得以实现的关键技术。


3D传感到底能干什么?


首先,这款3D摄像头可以通过面部探测、识别和生物验证,实现iPhone的解锁;其次,还可以作为动态表情包,实现全新的交互体验,该应用已经被冠以新的名称——Animoji。同样以信息可视化为目标,这种3D“面具”可以虚拟地添加在用户的脸上,然后制作成一段小视频上传至SnapChat等社交网络。这种增强现实应用还可以用于自拍,利用软件添加不同的3D虚拟背景;最后,这款3D摄像头还可以实现影棚级的摄影效果,通过自动照片编辑,可以获得不同的光照效果,因而尤其适用于人像摄影。不过,由于该技术方案的计算强度和功耗需求,这种虚拟面具似乎还无法支持长时间的应用场景,例如虚拟聊天室等。这可能需要新一代的硬件支持,因此,并没有在此次苹果发布会上展示这类应用。


谁将从中获益?

iPhone X的3D传感方案供应商列表与我们预测的基本一致。首先,红外摄像头、接近ToF探测器和泛光照明器组成一个独立的模块单元。该模块由STMicroelectronics(意法半导体),以及提供照明器子系统的Himax(奇景光电)、提供红外VCSEL(垂直腔面发射激光器)的Philips Photonics(飞利浦光电)和Finisar(菲尼萨)共同供应。然后,位于扬声器右手边的常规前置摄像头应该是由Cowell提供,图像传感器芯片则由Sony(索尼)供应。在距离更远的右侧,是由ams(艾迈斯)子公司Heptagon提供的“点阵图纹投影器”。该元件可能是最引入注目的,因为iPhone X是首款应用该元件的智能手机。它整合了一颗VCSEL,可能由Lumentum 或Princeton Optronics提供,一颗晶圆级镜头,以及一颗提供30000多个红外光斑的衍射光栅(DOE)。


不可或缺的人工智能

麦姆斯咨询认为,AI(人工智能)技术在iPhone X中的引入,贯彻了苹果保护个人隐私的理念。其源自深度学习技术的面部识别软件,经过了数十亿张照片的训练。通常,这些先进的算法,包括Siri在内,都是在云端的高端计算设备上运行,因此需要用户端接入网络。而在iPhone X上,由于苹果希望避免将个人信息向外传送,因此,其软件算法是在iPhone X内部运行的,处于互联网的边缘。这就解释了为什么iPhone X需要在A11仿生芯片中采用计算性能强大的双核处理器。这两颗计算核心,苹果称之为“神经引擎”,专为处理这类计算而设计。A11芯片的首次计算能力基准测试显示,其技术远超市场上的其它芯片产品。苹果不仅在软件层面,还在专用硬件端,为iPhone引入AI开辟了道路,着实令人惊叹。当然,对于苹果来说,这还只是第一步,后续更定还会有更深入的调整。总而言之,人工智能在许多领域都拥有美好的前景,加上苹果公司巨大的市场影响力,iPhone X或将影响整个产业的未来。


短板在哪里?下一步将如何发展?

市场广泛认为,这仅仅是一个时代的开始,但是苹果向世人展示了如何利用AI软件和硬件来解决3D摄像头过去的诸多短板。结构光方案的短板在于APU肩负的庞大计算量,以及处理日光影响的技术挑战。由于3D摄像头并不需要一直搜索捕捉人脸,因此,可以通过利用一颗很小的接近ToF探测器来决定何时“唤醒”3D摄像头。根据Yole此前发布的发展路线图,预计在2020年之前,将会迎来全ToF阵列摄像头。2017年,印上了iPhone引入3D和AR(增强现实)的时代标签,不过更为重要的是,这也代表着iPhone的AI元年。经过了多年的参数和规格竞赛,苹果最终还是找回了他赖以成名的智慧——“创新,引领世界”。iPhone发布十周年之际,苹果终于打造出了一款拥有Steve Jobs精神、昂贵但很诱人的产品。


今天是《半导体行业观察》为您分享的第1403期内容,欢迎关注。

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