Bagaimana Apple Membuat Lidar iPhone Terjangkau Tanpa Memindahkan Bagian
Pada presentasi iPhone 12 pada hari Selasa, Apple meluncurkan kemampuan lidar baru. Menurut Apple, lidar akan menyempurnakan kamera iPhone dengan membuat fokus lebih cepat, terutama dalam kondisi minim cahaya. Mungkin dengan cara ini generasi baru aplikasi AR yang canggih akan muncul.
Pada hari Selasa, presentasi membahas bagaimana lidar bekerja di iPhone, meskipun ini bukan perangkat pertama yang menggunakan lidar Apple. Perusahaan pertama kali meluncurkan perangkat yang menggunakan teknologi ini pada bulan Maret dengan iPad yang diperbarui. Dan meskipun belum ada yang punya waktu untuk membongkar iPhone 12, kita bisa belajar banyak dari pembongkaran iPad terbaru.
Prinsip lidar adalah mengirimkan sinar laser dan mengukur berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk kembali. Karena cahaya bergerak dengan kecepatan konstan, waktu pulang pergi dapat diubah menjadi perkiraan jarak yang akurat. Ulangi proses ini pada kisi 2D, dan hasilnya adalah "awan titik" 3D yang menunjukkan lokasi objek di sekitar ruangan, jalan, atau lokasi lain.
Analisis bulan Juni oleh System Plus Consulting menunjukkan bahwa lidar iPad mengirimkan cahaya menggunakan array laser pemancar vertikal (VCSEL) yang diproduksi oleh Lumentum. Ini kemudian menangkap kilas balik menggunakan array photon avalanche diode (SPAD) yang disediakan oleh Sony. Saya akan menjelaskan apa itu di bagian selanjutnya.
Saya menemukan presentasi Apple sangat menarik karena saya sedang mengerjakan teks tentang perusahaan yang menggunakan teknologi ini (VCSEL dan SPAD) untuk membuat lidar yang jauh lebih kuat untuk pasar otomotif. Laser pemancar vertikal dan dioda longsoran foton tunggal menarik karena dapat diproduksi secara massal menggunakan teknik manufaktur semikonduktor konvensional. Jadi, keuntungan muncul dari penghematan yang sangat besar dalam produksi volume tinggi. Saat adopsi sensor laser vertikal tumbuh, kualitasnya akan meningkat (dan harganya akan turun).
Kedua perusahaan yang mengerjakan lidar laser vertikal kelas atas (Ouster dan Ibeo) sudah mendapatkan lebih banyak dukungan daripada kebanyakan pemain di pasar lidar yang ketat. Keputusan Apple untuk mengadopsi teknologi ini (dan kemungkinan bahwa pembuat smartphone lain mengikuti jejak Apple) akan memberi mereka penarik di tahun-tahun mendatang.
Laser vertikal memungkinkan Apple membuat lidar yang sangat sederhana
Velodyne memelopori pasar lidar dengan sensor 64-laser
. Lidar 3D pertama diperkenalkan oleh Velodyne lebih dari sepuluh tahun yang lalu. Perangkat berputar harganya sekitar $ 75.000 dan secara signifikan lebih besar dari smartphone. Apple harus membuat lidar lebih murah dan lebih kecil sehingga bisa masuk ke iPhone, dan laser pemancar vertikal memungkinkan perusahaan melakukan hal itu.
Apa itu laser sinar vertikal? Jika Anda membuat laser menggunakan metode manufaktur semikonduktor tradisional, Anda memiliki dua teknologi utama. Anda dapat membuat laser yang memancarkan cahaya dari sisi substrat (ini disebut laser pemancar tepi) atau dari atas (laser pemancar permukaan rongga vertikal - VCSEL).
Laser pemancar tepi secara tradisional lebih kuat. Laser vertikal telah digunakan selama beberapa dekade pada perangkat mulai dari mouse optik hingga pemancar jaringan. Diyakini bahwa mereka tidak cocok untuk solusi berteknologi tinggi yang memerlukan berkas cahaya besar, tetapi teknologi berkembang dan laser pemancar vertikal menjadi lebih kuat.
Takik kecil di pelat biasanya diperlukan untuk mengekspos pemancar laser berkas ujung. Hal ini meningkatkan biaya dan kompleksitas proses pembuatan serta membatasi jumlah laser yang dapat ditempatkan pada satu pelat. Pada gilirannya, laser pemancar vertikal memancarkan cahaya tegak lurus ke pelat, sehingga tidak perlu dipotong atau dikemas satu per satu. Jadi, satu chip dapat berisi ratusan (atau bahkan ribuan) laser pemancar vertikal. Secara umum, ketika diproduksi dalam skala besar, sebuah IC dengan ribuan laser pemancar vertikal harganya tidak lebih dari beberapa dolar.
Ini sama dengan dioda avalanche foton tunggal. Seperti namanya, mereka cukup sensitif untuk mendeteksi satu foton. Sensitivitas tinggi berarti mereka menderita kebisingan. Untuk menggunakan dioda semacam itu pada perangkat seperti lidar, diperlukan pemrosesan pasca yang kompleks. Keuntungan besar dari dioda longsoran foton tunggal adalah, seperti laser pemancar vertikal, mereka dapat diproduksi menggunakan teknologi konvensional, dan ribuan dioda semacam itu dapat ditempatkan pada satu chip.
Kombinasi laser vertikal dan dioda longsoran foton tunggal dapat menyederhanakan desain lidar secara signifikan. Lidar 3D asli Velodyne berisi 64 laser yang dikemas secara individual pada pengaturan yang berputar. Setiap laser memiliki detektor yang sesuai. Kompleksitas desain ini dan kebutuhan untuk menyesuaikan setiap laser dengan tepat adalah salah satu alasan mengapa Velodyne begitu mahal.
Baru-baru ini, beberapa perusahaan telah bereksperimen dengan penggunaan cermin kecil untuk "mengarahkan" sinar laser sesuai dengan pola pemindaian yang diberikan. Dalam desain ini, hanya satu laser sudah cukup, tetapi masih membutuhkan bagian yang bergerak.
Selanjutnya, Apple, Ouster, dan Ibeo membuat lidar tanpa bagian yang bergerak. Lidar chip dengan ratusan / ribuan laser pemancar vertikal dapat menggunakan laser terpisah untuk setiap titik di bidang pandang sensor. Dan karena semua laser ini telah dikemas sebelumnya dalam satu chip, perangkat ini jauh lebih mudah dipasang daripada lidar Velodyne.
IPhone terbaru menggunakan sensor 3D lain yang disebut Kamera TrueDepth untuk mengaktifkan FaceID. Modul tersebut juga dilaporkan menggunakan serangkaian laser pemancar vertikal dari Lumentum. Prinsip operasi TrueDepth adalah memproyeksikan 30.000 titik ke wajah pengguna untuk membentuk model tiga dimensi dan membandingkan model yang disimpan dengan model yang diterima (dengan mempertimbangkan deformasi).
Lidar iPad memproyeksikan titik yang jauh lebih sedikit daripada kamera TrueDepth. Video dari iFixIt, diambil dengan kamera IR, menunjukkan lidar memproyeksikan grid beberapa ratus piksel. Pada saat yang sama, jika sensor TrueDepth mengenali kedalaman berdasarkan bentuk cahaya yang jatuh ke wajah orang tersebut, maka lidar di iPad mengukur jarak secara langsung, mengatur waktu waktu yang diperlukan cahaya untuk terbang ke objek dan kembali. Pendekatan ini cenderung memberikan akurasi pengukuran kedalaman yang lebih tinggi, dan juga meningkatkan jangkauan sensor.
Lidar daya tinggi juga menggunakan laser pemancar vertikal (VCSEL) dan dioda longsoran foton tunggal (SPAD)
Ouster OS-1 dan OS-2 Lidars
Kinerja lidar Apple jauh lebih rendah daripada sensor kelas atas yang dibuat oleh perusahaan lidar. Velodyne, perusahaan yang merilis lidar 3D pertama, mengklaim sensor mereka dapat beroperasi pada 200 meter, sedangkan sensor Apple bekerja pada 5 meter.
Banyak lidar yang menggunakan laser pemancar vertikal lebih kuat daripada sensor yang digunakan di perangkat Apple. Misalnya, lidar paling kuat dari Ouster berdasarkan laser VCSEL memiliki jangkauan sekitar 100 meter pada reflektifitas 10 persen.
Semua sensor arus dari Ouster mirip dengan perangkat berputar dari Velodyne. Mereka menggunakan chip yang memiliki 16 hingga 128 laser pemancar vertikal - chip ini dipasang di kolom pada basis yang berputar. Kesederhanaan desain one-piece ini memungkinkan Ouster menurunkan harga perangkatnya dan menjadi salah satu pesaing terbesar Velodyne. Namun, sensor ini masih berharga ribuan dolar - terlalu mahal untuk digunakan di mobil, apalagi smartphone.
Minggu lalu, Ouster mengumumkan rencana untuk merilis lidar solid-state baru tanpa bagian yang bergerak. Daripada menyusun 16 hingga 128 laser, perangkat baru Ouster akan menggunakan 20.000 laser pemancar vertikal yang diatur dalam kisi dua dimensi.
Ibeo mengejar strategi serupa dan bisa mengungguli Ouster. Ibeo telah mengembangkan lidar pertama yang pernah dikirim ke pasar massal - sensor untuk Audi A8. Itu adalah perangkat yang benar-benar primitif dengan resolusi hanya 4 garis vertikal. Perusahaan saat ini sedang mengembangkan perangkat baru bernama IbeoNext. Model ini akan memiliki kisi laser 128 x 80 piksel - sedikit lebih kecil dari sensor yang diproyeksikan dari Ouster, tetapi secara signifikan lebih besar daripada perangkat terbaru dari Ibeo. Perusahaan mengklaim bahwa sensor barunya akan memiliki jangkauan 150 meter dan reflektifitas 10 persen.
Pemain terakhir yang layak disebutkan adalah Sense Photonics, perusahaan yang kita bicarakan di bulan Januari... Seperti perusahaan lain yang telah kita bicarakan, Sense menggunakan laser pemancar vertikal dan dioda longsoran foton tunggal di lidarnya. Pada saat yang sama, saat bekerja dengan laser Sense, mereka menggunakan teknologi yang disebut pencetakan transfer mikro. Dengan bantuannya, laser dapat mengonsumsi lebih banyak energi, tidak terlalu panas, dan tetap aman bagi mata manusia. Sejauh ini, perangkat Sense belum terlalu jauh, tetapi CEO Shauna McIntyre mengatakan kepada Ars bahwa perusahaan sedang mengembangkan sensor yang bekerja dengan jangkauan 200 meter - perangkat yang akan diumumkan Sense pada awal 2021.
Lidars akan segera masuk ke pasar otomotif
Lidar
Ibeo, Ibeo, Sense, dan Ouster merilis model baru berbiaya rendah karena mereka mengharapkan lonjakan permintaan dari industri otomotif. Lidar secara signifikan dapat meningkatkan sistem ADAS.
Misalnya, banyak yang percaya Tesla memiliki beberapa sistem ADAS paling canggih di industri. Pada saat yang sama, perusahaan memiliki masalah konstan - mobilnya menabrak benda-benda yang tidak bergerak, terkadang dengan konsekuensi yang fatal. Lidar lebih baik dalam mendeteksi objek stasioner daripada kamera dan radar, yang berarti pengenalan lidar dapat mencegah banyak kecelakaan, membuat sistem ADAS lebih berguna bagi pengemudi.
Hingga saat ini, lidar dianggap terlalu mahal untuk pasar otomotif, namun hal ini berubah. Beberapa perusahaan berjanji untuk merilis lidar dengan harga kurang dari $ 1.000 dalam beberapa tahun mendatang.
Ouster berencana menyiapkan sensor ES2-nya untuk produksi massal industri otomotif pada 2024. Perusahaan mengatakan perangkat akan
mulai dari $ 600 pada awalnya dan akan turun menjadi $ 100 di masa depan. Ibeo belum mengumumkan harga untuk IbeoNext, tetapi perusahaan mengatakan telah mencapai kesepakatan dengan Great Wall Motors (produsen mobil besar di China) untuk memulai produksi pada 2022. tahun.
Perusahaan yang tidak menggunakan laser cahaya vertikal juga berbondong-bondong ke pasar ini. Salah satu perusahaan paling menonjol dalam kumpulan ini adalah Luminar, yang mengumumkan kemitraan dengan Volvo pada bulan Mei. Volvo berencana meluncurkan mobil dengan Luminar lidar pada tahun 2022.
Semua desain ini memiliki kelebihan dan kekurangan (dan berbeda). Sejauh ini, Luminar memiliki jangkauan yang signifikan - hingga 250 meter. Mungkin ini karena Luminar menggunakan laser dengan panjang gelombang 1550 nm, yang jauh di luar jangkauan cahaya tampak. Cairan di mata manusia tidak tahan terhadap cahaya tersebut, yang berarti Luminar dapat menggunakan laser yang kuat yang tidak akan membahayakan mata manusia. Selain itu, lidar Luminar memiliki bidang pandang yang lebih luas daripada perangkat Ouster.
Pertanyaan terbesar bagi Luminar adalah apakah mereka dapat memenuhi harga yang dinyatakan sebesar $ 1.000. Ketika saya mewawancarai Austin Russell, CEO Luminar dua tahun lalu, dia berkata bahwa Luminar perlu "menurunkan harga menjadi beberapa ribu" untuk memasuki pasar massal. Saya kemudian berasumsi lidar Luminar bernilai lebih dari "beberapa ribu". Sekarang perusahaan mengklaim bahwa harga lidar mereka akan turun di bawah $ 1.000.
Ouster dan Ibeo tidak memiliki masalah dalam membuat perangkat mereka murah. Perusahaan cenderung memiliki masalah mencapai 200 meter, yang diyakini perlu untuk beroperasi pada kecepatan jalan raya.
“Laser pemancar vertikal lebih rendah kecerahannya dibandingkan yang digunakan pada lidar konvensional,” kata CEO Ouster Angus Pakala kepada saya. "Jika Anda membuat model fisika, sambungkan dioda longsoran foton tunggal dan laser pemancar vertikal, hasilnya adalah performa yang buruk." Namun, Pakala mengatakan Ouster telah mengembangkan sejumlah "solusi mendasar di berbagai tingkat" yang dapat membuat kombinasi tersebut berhasil. Pakala mengatakan solusi ini mencakup penekanan "luar biasa" terhadap cahaya di luar jangkauan dan "menempatkan perangkat pemroses sinyal di dekat dioda" untuk membantu membedakan sinar laser yang kembali dari kebisingan.
Dengan demikian, di tahun-tahun mendatang, Ouster, Ibeo, dan Sense akan menghadapi tantangan besar: untuk mengembangkan kinerja kombinasi laser pemancar vertikal dan dioda longsoran foton tunggal sedemikian rupa sehingga perangkat mereka dapat beroperasi pada jarak 200 meter. Jika mereka berhasil memecahkan masalah ini, maka biaya rendah dan kesederhanaan chip akan memberikan keuntungan yang menentukan bagi perusahaan-perusahaan ini. Jika gagal, mereka bisa turun ke level yang lebih rendah dari pasar ini.
- Sistem kontrol serial pertama Rusia untuk mesin bahan bakar ganda dengan pemisahan fungsi pengontrol
- Di mobil modern, ada lebih banyak baris kode daripada ...
- Kursus Online Gratis di Otomotif, Dirgantara, Robotika dan Teknik (50+)
- McKinsey: memikirkan kembali perangkat lunak dan arsitektur elektronik di otomotif
Tentang ITELMA
Daftar publikasi berguna tentang Habré