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助推产业链高质量发展·创投实录|威派视:由微米至纳米,国产成像芯片领先全球的“芯”力量

分类:
助推产业链发展
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来源:
2023/10/19 11:25
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  近期,在深圳光博会上,面向广域监控领域的大面阵成像芯片VPS800的发布引起了广泛关注。该芯片由南京威派视半导体技术有限公司(简称:“威派视”)研发,像素尺寸0.7微米,像素规模6亿+,支持16个ROI(关注区),具备远距离大范围观察的能力,特别适用于监控安防、商用卫星等领域的远距离、多目标监控和追踪,是目前业界已报道的单芯片中像素最高的一款。该芯片的问世,意味着中国在图像传感芯片领域获得领先世界水平的又一巨大突破。

  威派视成立于2019年5月,由南京市创新投资集团与南京大学“垂直电荷转移成像技术”科研团队、南京吉相传感成像技术研究院及麒麟高新区创投共同发起设立。南京市创投的科创基金投资数千万元参与种子轮。

  作为中国集成电路产业的重镇之一,南京科教资源丰富、产业配套完善、营商环境优良、市场规模巨大,在建设具有国际影响力的“芯片之城”上具有天然优势,成为产业链上下游企业“芯”之所向,而“资本活水”的滋养和支撑,让企业在产业转化上更有“底气”。

 

 

  依托于垂直电荷转移成像器件(VPS)10余年的研发沉淀,南京大学电子科学与工程学院的博士马浩文联合来自南京大学、索尼、英飞凌等知名高校和海外著名芯片公司的专业人员,发挥多年在半导体器件和芯片设计、开发、运营的经验,聚焦下一代超大规模像素图像传感芯片产品研发与应用设计,实现面向未来和优质成像性能的超大规模成像芯片的研发和解决方案的应用。

  公司成立后,在国家政策的引导下、地方政府的支持下,企业聚势而上,发展迅速,已实现在亿级像素成像芯片的领域突破,为芯片上游关键零部件及解决方案一体化提供者,先后获得“2021南京市培育独角兽企业”、“国家高新技术企业”、第十届中国创新创业大赛“全国优秀企业”、“南京创新型中小企业”等荣誉。

  打破垄断,超高清成像领域国产“芯”突破

  图像传感器是电子设备的“眼睛”,能够把光学影像转化为数字信号。随着消费者对智能相机、智能手机、扫描仪等电子设备的拍摄参数、感光面积、色彩饱和度等要求日益提升,以及成像技术在自动驾驶汽车、工业检测等更广泛领域的应用,厂商们对像素、分辨率的追求也越来越高。

  众所周知,传感器上有许多感光单元,每一个感光单元对应一个像素,像素越多,细节感测越好,像素越高,成像效果就越清晰。但是,像素数量与单位密度呈反比关系,当传感器面积,像素增加,单个像素对光线的捕捉能力就会下降,影响画质。所以,研发具有更小像素尺寸乃至纳米级像素尺寸的成像器件,缩小CMOS图像传感器体积,以适应更小芯片,便成为新一代成像技术的工艺难点和突破点。

  CMOS(互补型金属氧化物半导体)是目前被广泛使用的图像传感器,近年来,该领域几乎被三星、索尼、豪威等品牌厂商垄断。随着背照式(BSI)、堆叠BSI等技术的突破,2亿像素、2.5亿像素等趋近人眼分辨率5.8亿像素的图像传感器像素记录不断被刷新,应用场景也向生产、安防、医疗、工业等多元市场延展。

  而国内,超高像素成像芯片领域曾经因长期依赖进口,且受原材料、设计、工艺等限制,很长一段时间内都未能生产出与国际主流产品相匹配的产品,可近年来,却有了“芯”突破。威派视创始团队通过与南京大学传感与成像技术研究院产学研用深度融合,十年磨一剑,首个提出单个像素由单个晶体管组成的新型成像器件——垂直电荷转移成像器件(VPS技术),并将理论研究落地到新型成像芯片技术的开发和产品研制中,布局全链条一体化,带来国产高端成像芯片“弯道超车”的机会。

  自主创新,亿级像素成像芯片的引领者

  垂直电荷转移成像器件(VPS)是一种新型成像器件,基于标准CMOS工艺,颠覆传统成像技术的像元结构,创新性地将感光、读取、复位、选址功能集成到单一晶体管,用单一晶体管实现了CMOS图像传感器芯片中3-4个晶体管和一个二极管的功能,解决了满阱电荷量受限于像元结构的问题,将像元尺寸由“微米级”推进至“纳米级”,并能够持续缩小像素尺寸而保持优异的信噪比,为最底层的器件级创新。

  威派视以垂直电荷转移成像器件(VPS)为核心,聚焦下一代超大规模像素图像传感芯片产品研发与应用设计,解决纳米级分辨率芯片在显微观测、广域监控等领域应用的关键科学和技术问题。目前,公司已实现最小像素尺寸500纳米,超6亿像素规模芯片的开发,是为世界已报道最高水平,像素规模可达10亿规模的产品也在功能验证中,拓展了现有CMOS图像传感器芯片在行业应用上的新边界,让图像传感芯片应用到生命科学显微成像领域和商业卫星等领域成为可能,实现了我国在纳米成像芯片技术领域的跨越式发展,也让中国走到了国际上该领域的第一梯队。

  目前,VPS技术在超高分辨率成像领域达到了业界领先水平,获得了50多项核心自主知识产权,并取得全球所有主要国家的专利授权。

 

 

  颠覆应用,扩展图像传感器市场新边界

  新一代成像技术突破传统成像方式的局限,随着前沿科技、新兴领域的发展带来巨大市场需求。威派视在多领域交叉学科的应用研究和技术转化中,逐渐确认了两大业务方向,即面向远距离广域监控领域(如商业卫星、安防监控等)和医疗无透镜显微应用领域(即细胞显微、医疗体外诊断等),基于团队能力,提供包括芯片设计、工作模组、软件、算法、仪器等在内的医疗领域上游关键零部件及解决方案,实现全链条的一体化。

  2022年年底,首款6亿像素成像芯片问世,VPS芯片数字显微技术大视场在生命科学显微成像领域应用成为可能,这款“可以直接看清细胞的芯片”让威派视无透镜显微成像芯片在体外诊断(VD)及基因检测等医疗领域的应用取得重大进展,逐渐形成数字显微芯片、内窥镜检测芯片、基因测序芯片等产品业务方向。其中,无透镜显微成像芯片更是因为具备高分辨和大视野,单次拍照即可获取500纳米最小检测单元、100平方毫米单次成像视野的数字图像,无需任何光学透镜、图像扫描和拼接过程就可实现生物芯片的数字化阅读。一元硬币大小却比传统显微镜视野扩大500倍(观测视野最大可支持11mm*13mm),放入现有的医疗仪器中可大大缩小设备的体积,给未来医疗器械进入社区、家庭带来无限想象空间。

  如今,面向医疗领域,威派视已实现首款图像传感芯片的研发以及包括血细胞形态观察、尿检、粪检、阴道微生态检测、宫颈癌筛查等方面的初步验证,“细胞轮廓更清晰”“病灶检出率更高”等是验证中客户给予的客观评价。

 

 

  面向远距离广域监控应用领域,大面阵图像传感芯片也取得了长足进展。像素规模为30K*30K的大面阵图像传感芯片在新品工艺、材料上完全国产,已完成流片,进入产品验证阶段。这款芯片可在大范围区域内以9亿像素的分辨率拍摄图像,还能保留整个图像的精致细节,同时支持16个ROI(关注区)功能,可让使用者从任意区域读取图像信息,进而减少信息读取量,实现ROI多目标追踪,适用于在监控安防、商用卫星、桥梁检修、电力巡检等领域的使用。该产品量产后,将推动我国在纳米成像器件领域的国际领先和产业化,助力在关键领域“引领亿像素时代”目标的实现。

 

 

  “勇当我国科技和产业创新的开路先锋”是中央赋予长三角区域的重要使命之一。当前,国内外环境复杂,作为科技创新产业核心的半导体领域正面临着变革和挑战。南京,国家第三代半导体技术创新中心平台所在地,正通过聚集优势,创新体制机制,积极打造技术策源地,带动第三代半导体技术和产业的发展。

  南京市创新投资集团投资五部总经理胡勇表示:“南京市创投集团作为市政府投资基金的运营管理单位,始终保持着对半导体领域敏锐的嗅觉,挖潜国产核‘芯’技术,展现国资担当,扶植半导体企业突破发展。威派视在超大规模图像传感芯片及应用领域拥有核心技术,且领先全球,团队也始终保持突破及创新精神。随着芯片国产替代、自主突破趋势的进一步加强,像威派视这样具有专业领域独特竞争优势的企业将体现出更强的生命力及竞争力,推动产业的发展。”

 

 

  来源:创投集团

  审核:薛瑶

  发布:尤异

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