Cómo Sony puede cambiar todo con un solo sensor

El automóvil autónomo e inteligente no saldrá mágicamente del sombrero. Dará como resultado muchas innovaciones que le darán “sentidos” para ver, oír y comprender. En lugar de ojos, oídos y cerebro, componentes electrónicos. Varios actores tecnológicos están compitiendo por acciones en este mercado emergente, ya sea Intel o Nvidia. Pero lo que es aún más sorprendente es que hay otros actores en disputa. Tal es el caso de Sony, con su nuevo sensor de imagen, que responde al bonito nombre del IMX459.
Un artículo de un nuevo tipo que debería reducir significativamente el precio de los automóviles Lidar, un requisito previo que ahora sabemos que es necesario para democratizar el automóvil del futuro.

Convierta un solo fotón en información tangible

En nuestras columnas, a menudo lee noticias y pruebas sobre fotografía que mencionan sensores “IMX” de Sony, lo cual tiene sentido dado que el ingeniero electrónico japonés es el número 1 mundial en sensores de imagen.
Sin embargo, a pesar de que usa algunos bits de lenguaje y tecnología de los que he oído hablar, el IMX459 es bastante diferente de los sensores de imagen CMOS que se encuentran en otras cámaras y teléfonos inteligentes.

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No es un sensor que intenta percibir el mundo a nuestra manera, sino un sensor tipo SPAD: un solo diodo fotónico (la avalancha fotónica interactúa con un solo fotón). Del tipo “tiempo de vuelo”, este sensor está acoplado a un emisor de luz láser.
Al sincronizar el emisor de luz láser y el sensor de imagen, el sistema puede medir la distancia de los objetos con alta precisión al reducir a la mitad el tiempo de viaje de los fotones. En comparación con los sensores ToF de nuestros teléfonos inteligentes o tabletas, IMX459 es muy complejo y muy sensible.

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Por un lado, el sensor incluye 100.000 fotodiodos, cuando el primer lidar incluía solo uno. Por otro lado, se trata de “píxeles” tipo SPAD, es decir, fotodiodos cuyas extremas inestabilidades les permiten interactuar de manera notable. La señal de un solo fotón de un láser pulsado genera una señal un millón de veces más fuerte.
En resumen: no es necesario enviar un láser de alta intensidad para barrer el paisaje. La alta densidad de píxeles (en relación con su campo) y la extrema sensibilidad hacen posible reducir el tamaño y la potencia del láser que lo acompaña, lo que reduce el costo del sistema.

0.1 Mpix: Una gran definición … ¡en el mundo de Lidars!

El IMX 459 es un sensor de 579 x 168 píxeles, o aproximadamente 0,1 megapíxeles. Muy baja definición para las fotos de sus vacaciones, pero suficiente para la aplicación de destino. Lo mejor, este perfil bajo es fundamental para que funcione correctamente, porque va a estar involucrado en la seguridad de los vehículos, tiene que ir rápido.
Desde un punto de vista físico, realmente va muy rápido, ya que ambos fotodiodos, que operan de forma independiente entre sí, tienen un tiempo de reacción de 6 nanosegundos (6 mil millonésimas de segundo, así que sí, muy, muy rápido).

Pero luego esta señal debe procesarse e interpretarse.

« La definición actual es en gran medida suficiente para la detección de bloqueos y su velocidad, y el volumen de datos está calibrado para no saturar los procesadores con información innecesaria. »Explica Robert Kallmann, responsable de los equipos de ventas y marketing de Sony para el mercado automovilístico europeo.

Estamos aquí en la industria automotriz y no estamos en la fase de frecuencia del procesador.

« No necesitamos construir una imagen completa de la escena, pero necesitamos hacer referencia en esa escena. Lo importante son los ángulos de visión y la precisión de largo alcance: necesitamos cubrir un ángulo horizontal de 120 °, una cobertura vertical de 90 ° y una precisión de 10-15 cm a 200 metros. ‘, el explica.

Por último, si esta definición de 0,1 Mpix es débil en el mundo de los sensores de imagen, es un récord en el mundo de Lidar SPAD. A modo de comparación, el sensor ToF del iPad Pro tiene solo 10,000 píxeles efectivos a 3 o 4 metros. Aquí, es diez veces la definición y cincuenta veces la distancia.

Seguridad ante todo

Este dominio del mercado objetivo y las limitaciones impuestas por el peligroso mundo de la automoción también se sienten en el proceso de fabricación. Mientras Apple y otros luchan por producir sus propios chips a 5 nm (TSMC ya está preparando 3 nm para el próximo año), este sensor de alta gama se está produciendo a… 40 nm.

« No estamos en el mercado de teléfonos inteligentes donde se toleran las fallas, donde puede reemplazar un producto defectuoso por otro en unas pocas horas y donde es aceptable cambiar el hardware después de dos o tres años. Cuando compra un automóvil, los semiconductores del interior deben seguir funcionando bien 15 años después de la compra, y fallan (que puede llevar a la muerte, ndr) Inaguantable. Es por eso que nuestros estándares muy altos, como los estándares de prueba de temperatura de funcionamiento, nos impiden utilizar procesos de producción avanzados hasta que estén completamente calificados.Robert Kalman explica.

Y cuando hablamos de normas, Robert Kalman se refiere en particular a la norma ISO 26262, que rige los componentes electrónicos de los automóviles y donde los chips, en particular, deben soportar cambios de temperatura significativos.

« El sensor está calificado para soportar temperaturas máximas de 150 ° C y más de 1.000 horas de funcionamiento a 120 ° C, todo sin margen de error. El sensor de tipo de vehículo debería funcionar de la misma manera en 15 años Promett, Robert Kalman.

Por lo tanto, los 100 millones de píxeles y otros patrones de 3 nm están muy lejos de las preocupaciones de seguridad y confiabilidad que exige el mundo automotriz.

Sony aprovecha sus propias tecnologías de consumo

Sobre el papel, los distintos sensores que Sony anunció recientemente muestran el dominio de los japoneses en este segmento, ya sea un sensor de imagen, un sensor de tiempo de vuelo (SPAD u otro), o incluso un sensor EVS.
El dominio radica en su capacidad de fabricación. Para ir muy rápidamente en la lectura de información, el IMX 459 se basa en el modelo de los llamados “sensores de pila”, donde la memoria está integrada directamente en la parte posterior del sensor.

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Un proceso llamado Exmor RS en el lenguaje de los sensores del consumidor, que vimos por primera vez en los sensores de los teléfonos inteligentes. desde 2012 Que Sony está comenzando a experimentar con esta tecnología en estos sensores más pequeños y, por lo tanto, ofrece buenas capacidades de prueba (los rendimientos de producción son mejores en sensores pequeños que en sensores grandes).
Luego, una vez que se dominó el proceso en el mundo de los teléfonos inteligentes, Sony lo implementó en el sensor de 1 pulgada, que encontramos en sus acuerdos de expertos de RX100 Mark IV. Luego aumenta de tamaño Incluso el sensor de fotograma completo en el Alpha A9/ A9 Mark II, su cámara híbrida con sensor 24×36.

Finalmente, una vez que el método de producción ha sido validado por varios años de presencia en productos de consumo, Sony está ahora en el proceso de integrarlo en un producto “profesional” como este IMX 459.
La misma historia respecto a la tecnología de producción de circuitos, bonos cobre-cobre (Cu-Cu), que ha sido validada por primera vez en más productos de consumo.

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Este dominio de los procesos de fabricación avanzados es sin duda lo que le da a este sensor otra ventaja tecnológica: su eficiencia en la detección de fotones de radiación láser emitida.
Si bien el mundo SPADs comenzó con Lidars recuperando solo el 1% de los fotones y actualmente alcanza un máximo del 18% de los fotones detectados, el IMX 459 es un 30% más eficiente con un 24% más de fotones detectados. Todo con definición estándar, menos espacio, … y un precio nunca antes visto.

¿Sistemas Lidar a solo $ 500?

“El primer lidar costó alrededor de $ 75,000, el precio de un automóvil de lujo, lo que lo hizo tan inalcanzable”, dice R. Kalman.

Con el IMX 459, Sony promete hardware increíblemente menos costoso.

« Si tuviéramos que comercializar un juego de herramientas LIDAR completo para que nuestros socios evaluaran nuestra tecnología, no estaríamos construyendo LIDAR. Simplemente proporcionaremos los sensores y las herramientas de software, y nuestros socios son responsables de elegir el láser, el mecanismo de espejo, la óptica, etc. Pero según nuestras estimaciones, los procesadores fPGA y DSP están separados (encargado del procesamiento de datos, ndr), estimamos que nuestros sensores permitirán el desarrollo de un lidar oscilante entre $ 500 y $ 2000 dependiendo de las tecnologías integradas alrededor Promett, Robert Kalman.

El precio puede ser sinónimo de difusión masiva. Si bien los Lidars actuales solo se encuentran en hardware de muy alta gama, como los Audi R8, el recargo de $ 500 a $ 2,000 parece mucho más cercano a la opción que uno elegiría comprar para aprovechar las características superiores de seguridad e inteligencia.
Para comprobar las promesas de Sony, será necesario esperar al menos hasta 2023.

« La producción en masa del IMX 459 comenzará en el otoño de 2022, ya que todavía estamos en el proceso de calificación de las resistencias del sensor.. »

Un tiempo que los entusiastas de la tecnología pueden encontrar por mucho tiempo ” Pero este es el precio de la calidad y la seguridad. ‘”, Insiste Robert Kalman. Dada la importancia crítica de los ojos del futuro para nuestros automóviles, agradeceremos este tiempo. Si el tiempo es dinero, la seguridad es invaluable.

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