Coches autónomos: cómo Sony podría cambiarlo todo con un solo sensor

Coches autónomos: cómo Sony podría cambiarlo todo con un solo sensor

Proveniente de una nueva familia de sensores llamada SPAD, el IMX 459 de Sony no solo es increíblemente eficiente y preciso, sino que también promete ser mucho más económico que la competencia. ¿Cómo acelerar la llegada del coche autónomo? Puede estar bien.

El automóvil inteligente autónomo no va a salir mágicamente de un sombrero. Será el resultado de muchas innovaciones que le darán “sentidos” para ver, oír y entender. Con en lugar de ojos, oídos y cerebro, componentes electrónicos. Muchos actores tecnológicos compiten por acciones de este mercado emergente, ya sea Intel o Nvidia. Pero, otros actores, más sorprendentes, también están en la carrera. Este es el caso de Sony, con su nuevo sensor de imagen, que responde al dulce nombre de IMX459. Un nuevo tipo de componente que debería reducir drásticamente el precio de los Lidar automotrices, un requisito previo que ahora sabemos que es necesario para la democratización del automóvil del futuro.

Convertir un único fotón en información tangible

En nuestras columnas sueles leer noticias y pruebas en torno a la fotografía referentes a los sensores “IMX” de Sony, lo cual es lógico ya que la empresa japonesa de electrónica es la número 1 mundial en sensores de imagen. Sin embargo, aunque utiliza algunas señales de lenguaje y tecnologías de las que ha oído hablar, el IMX459 es muy diferente de los sensores de imagen CMOS que se encuentran en las cámaras y otros teléfonos inteligentes.

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No es un sensor que intente percibir el mundo a nuestra manera, sino un sensor tipo SPAD: Single Photon Avalanche Diode (fotodiodos de avalancha que reaccionan a un único fotón). De tipo “Time of Flight”, 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 gran 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, el IMX459 es extremadamente complejo y extremadamente sensible.

Por un lado, el sensor incluye 100.000 fotodiodos, cuando los primeros Lidar solo incluían uno. Por otro lado, estos “píxeles” son del tipo SPAD, es decir, fotodiodos cuyo extremo estado de inestabilidad les permite reaccionar de forma fantástica. La señal de un solo fotón del láser pulsado genera una señal un millón de veces más intensa. Claramente: no es necesario enviar un láser de alta intensidad para escanear el paisaje. Esta alta densidad de píxeles (para su dominio) y su extrema sensibilidad permiten reducir el tamaño y la potencia del láser que lo acompaña, lo que abarata el coste del sistema.

0,1 Mpix: super definición… ¡en el mundo de los Lidars!

El IMX 459 es un sensor de 579 x 168 píxeles, o alrededor de 0,1 Mpix. Una definición demasiado baja para las fotos de sus vacaciones, pero suficiente para la aplicación de destino. Mejor, esta débil definición es necesaria para su buen funcionamiento, pues como intervendrá en la seguridad de los vehículos, debe ir rápido. Desde un punto de vista físico ya es muy rápido, ya que cada uno de sus fotodiodos -que funcionan de forma autónoma entre sí- tiene un tiempo de reacción de 6 nanosegundos (6 billonésimas de segundo, eso sí, muy rápido).

Pero esta señal debe luego ser procesada e interpretada.

“ La definición actual es en gran medida suficiente para detectar obstáculos y su velocidad, y el volumen de datos está calibrado para no saturar los procesadores con información inútil  ”, explica Robert Kalman, responsable de los equipos de ventas y marketing de Sony para los mercados de automoción en Europa. .

Estamos aquí en medio del automóvil y no de la arrogancia en la frecuencia del procesador.

“  No necesitamos construir una imagen completa de la escena, sino puntos en esta escena. Lo que es crítico son sus ángulos de visión y precisión de largo alcance: necesitamos una cobertura angular horizontal de 120°, una cobertura vertical de 90° y una precisión de 10-15 cm a 200 m  ”, detalla.

Finalmente, si esta definición de 0,1 Mpix es baja en el mundo de los sensores de imagen, es un récord en el mundo de los SPAD Lidar. A modo de comparación, el sensor ToF del iPad Pro tiene solo 10.000 píxeles efectivos solo hasta 3 o 4 m. Aquí es diez veces la definición y cincuenta veces la distancia.

Seguridad por encima de todo

Este dominio del mercado objetivo y las limitaciones del mundo automotriz muy serio también se siente en el proceso de fabricación. En un momento en que Apple y los demás luchan por producir sus chips en 5 nm -TSMC ya está preparando 3 nm para el próximo año-, este sensor avanzado se produce en… 40 nm.

“  No estamos en el mercado de los smartphones donde se toleran las averías, donde cambias un producto defectuoso por otro en unas pocas horas, y donde está bien cambiar de dispositivo después de dos o tres años. Cuando compra un automóvil, los semiconductores del interior aún deben funcionar perfectamente 15 años después de la compra, y la falla (que puede conducir a la muerte, nota del editor) no es tolerable. Es por eso que nuestros estándares muy altos, como los estándares de prueba de temperatura de funcionamiento, nos impiden utilizar procesos de producción de última generación hasta que hayan sido completamente calificados ”, explica Robert Kalman.

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

“  Calificamos el sensor para soportar temperaturas máximas de 150 °C, más de 1000 horas de funcionamiento a 120 °C, todo con cero margen de error. El sensor de tipo automotriz debería funcionar de la misma manera en 15 años  ”, promete Robert Kalman.

Los 100 millones de píxeles y otros grabados de 3 nm están, por tanto, lejos de las preocupaciones de seguridad y fiabilidad que exige el mundo del automóvil.

Sony capitaliza sus tecnologías de consumo

Sobre el papel, los diversos sensores anunciados recientemente por Sony 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. Una dominación que radica en su capacidad para industrializar los procesos. Para ir muy rápido en su lectura de información, el IMX 459 está diseñado sobre el modelo de los llamados “sensores apilados”, donde la memoria se integra directamente en la parte posterior del sensor.

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Un proceso, llamado Exmor RS en la jerga de sensores del consumidor, que se vio por primera vez en sensores de teléfonos inteligentes. Fue a partir de 2012 que Sony comenzó a experimentar con esta tecnología en estos sensores más pequeños y, por lo tanto, ofrece un buen potencial de prueba (los rendimientos de producción son mejores en sensores pequeños que en los grandes). Luego, una vez dominado el proceso en el mundo de los smartphones, Sony lo desplegó en su sensor de 1 pulgada, que se encontraba en sus compactos expertos a partir del RX100 Mark IV . Para luego subir de tamaño al sensor full-frame del 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 ahora lo está integrando en un producto "profesional" como este IMX 459. La misma historia para la tecnología de producción de circuitos, cobre a cobre (Cu-Cu ) bonos, que se validó por primera vez en productos de consumo.

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Este dominio de la industrialización de procesos punteros es sin duda lo que otorga una de las otras ventajas tecnológicas de este sensor: su eficiencia en la detección de los fotones de la radiación láser emitida. Mientras que el mundo de los SPAD comenzó con Lidars recuperando solo el 1 % de los fotones y ahora alcanza un límite del 18 % de los fotones detectados, el IMX 459 es un 30 % más eficiente con el 24 % de los fotones detectados. Todo con definición récord, volumen mínimo,… y un precio sin precedentes.

¿Sistemas Lidar a solo $ 500?

“Los primeros Lidar costaron alrededor de $75,000, el precio de un automóvil de lujo, lo que los hizo fuera de alcance ”, dice R. Kalman.

Con su IMX 459, Sony promete dispositivos increíblemente menos costosos.

“  Si bien vamos a comercializar un kit Lidar completo para la evaluación de nuestras tecnologías por parte de nuestros socios, no vamos a construir Lidar. Simplemente proporcionaremos los sensores y las herramientas de software, y nuestros socios elegirán su láser, su mecanismo de espejo, la óptica, etc. Pero según nuestras valoraciones, aparte de los procesadores fPGA y DSP (encargados de procesar los datos, nota del editor) , estimamos que nuestros sensores permitirán el desarrollo de Lidars que oscilan entre 500 y 2.000 dólares dependiendo de las tecnologías integradas a su alrededor  ”, promete Robert. Kalman.

Un precio que podría ser sinónimo de despliegue masivo. Si bien los Lidar actuales solo se encuentran en el extremo más alto, como los Audi R8, un recargo de $ 500 a $ 2,000 parece mucho más cercano a una opción que uno puede elegir comprar para aprovechar las características superiores de seguridad e inteligencia. Sin embargo, para verificar las promesas de Sony, tendremos que 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 a los tecnófilos les puede parecer largo, “  pero es el precio de la calidad y la seguridad  ”, insiste Robert Kalman. Dada la criticidad de los ojos futuros de nuestros autos, apreciaremos este largo tiempo. Si el tiempo es dinero, la seguridad no tiene precio.

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Maria Luján

Me llamo Maria Luján y soy periodista de todo tipo de información

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