中科院＆香港大学:使用新方法进行多任务学习的可穿戴传感器内储层计算

传感器专家网 2023-02-09 517

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【中科院＆香港大学:使用新方法进行多任务学习的可穿戴传感器内储层计算】

传感器内多任务学习不仅是生物视觉的关键优点，也是人工智能的主要目标。然而，传统的硅视觉芯片存在大量时间以及能量开销。此外，训练传统的深度学习模型在边缘设备上既不可扩展也不可负担。

在这里，中科院和香港大学的研究团队提出了一种材料算法协同设计来模拟人类视网膜的学习范例，并且低开销。基于具有有效激子解离和贯穿空间电荷传输特性的瓶刷形半导体 p-NDI，开发了一种基于可穿戴晶体管的动态传感器储层计算系统，该系统在不同任务上表现出优异的可分离性、衰减记忆和回波状态特性。

与忆阻有机二极管上的「读出功能」相结合，RC 可识别手写字母和数字，并对各种服装进行分类，准确率分别为 98.04%、88.18% 和 91.76%（高于所有已报告的有机半导体）。

除了二维图像，RC 的时空动态自然地提取基于事件的视频的特征，以 98.62% 的准确率对 3 种类型的手势进行分类。此外，计算成本明显低于传统的人工神经网络。这项工作为经济实惠且高效的光子神经形态系统提供了一种有前途的材料算法协同设计。

人类视网膜不仅可以感知，还可以通过收集丰富的动态信号同时处理光信号，从而加速下游视觉皮层中任务相关的学习。视网膜和视觉皮层的协同作用是大脑高效、紧凑和快速学习多任务处理能力的基础，也是通用人工智能 (AGI) 的基本目标。

相比之下，具有物理分离的感测、处理和存储单元的传统硅视觉芯片会因这些单元之间大量和频繁的数据穿梭而产生大量时间和能量开销，以及顺序模数转换，这是潜在能源效率的基本限制。摩尔定律的放缓进一步加剧了这种情况。此外，传统深度学习模型中的学习，例如时间信号的递归神经网络，在非常具体的任务上采用乏味的训练（例如，通过时间反向传播的梯度下降，BPTT），这在电池接入和外形尺寸有限的边缘设备上既不可扩展也负担不起。

人们付出了巨大的努力来模拟人类视网膜和负担得起的学习范式。材料方面，无机光响应二维半导体，例如具有缺陷和杂质位点的 MoS2、具有与 Sn 和 S 相关的双型缺陷态的 SnS、层状含黑磷的氧化相关缺陷、表现出强光控效应的钙钛矿量子点、能够捕获和释放电子的 h-BN/WSe2 异质结构和表现出价态变化的 MoOx 是人工视网膜应用最广泛的材料。另外，具有内在生物相容性、可穿戴性和可扩展性的有机半导体，如 PDVT-10、掺杂叶绿素的 PDPP4T 和并五苯/丝和 CDs 双层，以更忠实的方式模拟了生物对应物。

在算法方面，储层计算 (RC) 通过收集固定动态系统的衰落记忆将时间信号非线性地投射到特征空间，被认为是一种有前途的边缘学习解决方案。由于 RC 的学习仅限于长期记忆的读出层，因此与传统的深度学习模型相比，训练成本显著降低。然而，它仍然没有设计出一种配对的材料算法来结合高效的人工视网膜和负担得起的基于 RC 的边缘学习，从而释放仿生神经形态视觉的多任务潜力。

在这里，中科院和香港大学的研究人员提出了一种材料算法协同设计，一种具有高效激子解离和全空间电荷传输特性的光响应半导体聚合物 (p-NDI)，以构建用于多任务模式分类的传感器内 RC。灵活的神经形态设备基于具有 p-NDI 半导体通道的三端晶体管。由于其出色的光响应行为和非线性衰落记忆，该设备能够同时就地感知、记忆和预处理光学输入（即对比度增强和降噪）。

此外，聚合物中激子解离/电荷复合动力学、光选通效应和贯穿空间电荷传输特性之间的协同作用使得基于晶体管的动态RC系统在不同任务上表现出优异的可分离性、衰减记忆和回波状态特性。这些基于 RC 的视网膜与在忆阻有机离子凝胶二极管上实现的「读出功能」配对。

所有有机光电材料提供的信号预处理和动态RC的协同功能，在识别手写字母和数字以及对各种服装进行分类方面的准确率，分别达到 98.04%、88.18% 和 91.76%，这意味着服装风格和尺寸的多任务学习。系统的总体准确率为 88.00%，不仅可以正确识别衣服，还可以正确识别衣服的尺码。尽管是 2D 图像，但 RC 的时空动态被用来对左手挥手、右手挥手和拍手手势的基于事件的视频进行分类，准确率为 98.62%。

不过，这种基于 p-NDI 晶体管的 RC 不含突触有机电化学晶体管中广泛使用的液体电解质，从而增强了可扩展性和可操作性。这项工作为具有多任务学习能力的可穿戴、价格合理且高效的光子神经形态系统提供了一种有前途的材料-算法协同设计策略。

传感动态

【美军计划打造天基传感器系统建立针对高超音速武器的分层防御体系】

2023年1月，携载“锆石”高超音速导弹的俄海军“戈尔什科夫海军上将”号护卫舰首次执行远洋战斗巡航任务，意在确立俄罗斯的“非对称”作战能力。美国海军研究所网站日前发布报告称，为制衡俄罗斯，美国导弹防御局和太空发展局开始研制反高超音速导弹防御系统。根据报告，这一防御系统将重点研发探测、跟踪高超音速导弹和弹道导弹的新型传感器及拦截器技术，建立所谓的“下一代太空体系架构”，即针对高超音速武器的分层防御体系。

俄罗斯之“矛”

2022年12月4日，俄罗斯海军22350型护卫舰首舰“戈尔什科夫海军上将”号正式列装“锆石”高超音速导弹，并于2023年1月首次执行远洋战斗巡航任务，演练在复杂环境下“锆石”高超音速导弹和远程巡航导弹的作战能力。

“锆石”高超音速导弹针对水面舰艇和潜艇设计，最远射程1000千米，最大速度9马赫。该型导弹在主/被动雷达制导基础上，增加红外成像/激光成像的末端制导，增强导弹的抗干扰能力，提高命中精度。外界称，“锆石”高超音速导弹将使俄海军拥有不对称作战能力。俄罗斯还计划升级“堡垒”防空系统作为“锆石”高超音速导弹的岸基部署平台，打造以舰艇为主、潜基、岸基协同的全方位、立体化高超音速反舰能力。

美国之“盾”

“锆石”高超音速导弹远洋巡航演训，给美国带来空前的防御压力。由于高超音速武器可在临近空间高速、高机动飞行，受地球曲率影响，地面预警雷达很难对其进行预警跟踪。天基传感器的大范围监测优势，成为对高超音速武器探测、跟踪的最佳解决方案。

美国前国防部副部长迈克·格里芬曾表示，高超音速目标比地球静止轨道卫星跟踪目标的分辨率低10至20倍。解决这一问题的办法是建立一个覆盖全球的宽视场传感器系统，能够观察、分类和跟踪所有类型的导弹威胁。美国导弹防御局和太空发展局打造的“高超音速和弹道跟踪天基传感器”正是这样的系统。

根据公开资料，“高超音速和弹道跟踪天基传感器”系统由约200个传感器载荷组成，搭载在“下一代太空体系构架”的低地球轨道卫星上，能够探测、跟踪高超音速导弹和弹道导弹等先进武器，为导弹防御系统提供关键数据。美军预计在2023年发射第一颗卫星，迈出构建反高超音速导弹系统的第一步。

攻防“矛盾”愈演愈烈

分析认为，“锆石”高超音速导弹的出现，从根本上改变美俄在“防御-进攻”体系中的均势状态，对美国航母构成实质威胁。相比之下，美国“高超音速和弹道跟踪天基传感器”系统尚在研发初期，象征意义大于实用意义。不过，该系统对推动高超音速武器探测与拦截技术发展具有深远影响。随着高超音速武器不断发展，美俄在高超音速武器领域的攻防“矛盾”也会愈演愈烈。

【速腾聚创成为丰田供应链体系首家国产激光雷达企业，此前已与比亚迪、小鹏合作】

2月6日晚，国产激光雷达厂商速腾聚创宣布与丰田汽车旗下多款车型达成量产定点合作，成为首家进入丰田汽车供应链体系的中国激光雷达企业。

速腾聚创成立于2014年，目前已经与比亚迪、吉利、小鹏、上汽集团、东风汽车、广汽埃安、小马智行、文远知行等多家汽车公司和自动驾驶企业建立合作。

其中，丰田汽车将搭载的RS-LiDAR-M系列激光雷达产品已获得了50余款车型定点订单，预计订单量超过1000万台。

此次合作的达成，也从侧面说明以速腾聚创为代表的国产车载激光雷达企业具备全球竞争力。根据咨询公司Yole Intelligence发布的数据显示，截至2022年9月，速腾聚创车载前装激光雷达定点数量全球占比16%，位居中国第二，世界第三。

另一家国产激光雷达厂商禾赛科技则斩获了全球27%的前装定点数量，排在首位。1月17日，禾赛科技已向美国证监会正式提交招股书，拟在纳斯达克上市，有望成为“中国激光雷达第一股”。

当前，汽车公司已经开启了智能化的“军备竞赛”。激光雷达作为自动驾驶领域最重要的硬件，是各大汽车厂商向消费者“推销”的一大重要“噱头”，也是保证自动驾驶安全的重要传感器。

仅“蔚小理”三家中，蔚来汽车NT2.0平台全系车型将标配图达通产品，包括全新ES8、全新ES6、EC7等；理想汽车则选了了禾赛科技，L系列车型均搭载了禾赛科技AT128；小鹏汽车和速腾聚创达成合作，新车G9采用了两颗速腾聚创激光雷达。

为掌握这一重要资源，部分整车厂和产业链公司通过产业投资，与激光雷达供应商实现更深的绑定。例如，百度、博世和安森美投资了禾赛科技，速腾聚创有比亚迪、北汽、德赛西威投资的身影。

中信证券相关研报指出，2022年是激光雷达规模上车元年，前9月已有26个新定点项目，超过2018年至2021年总和，行业投资窗口期已到。激光雷达市场远期全球市场空间约千亿美金。

根据测算，随着下游L3级别自动驾驶系统快速渗透，2025年固态/半固态激光雷达在ADAS上的需求量在2025年将达到470万只，2030年有望达到1797万只。禾赛科技、速腾聚创都已有固态/半固态激光雷达产品储备。

值得注意的是，和国内汽车公司在激光雷达上投入颇多不同，特斯拉主张仅依靠视觉感知，最大程度上减少对激光雷达的依赖。丰田汽车旗下的Woven Planet也曾表示，在不使用激光雷达等昂贵传感器的情况下推进自动驾驶技术。

这两条路线的争议聚焦在激光雷达是否在自动驾驶里必不可少。一名自动驾驶行业从业者告诉界面新闻，国内新势力在自动驾驶解决方案的技术领先性上尚不及特斯拉，采用激光雷达可以保证汽车行驶的安全冗余。

“激光雷达一是可以直接输出距离，对算法的要求更低，二是在数据量不够大，算法不够强的情况下，激光雷达最大程度保证安全性，只是价格上需要多出1至2万元。”

尽管国内激光雷达产业目前仍处于火热态势，海外激光雷达企业已经进入了“淘汰赛”。头部激光雷达公司Velodyne和Ouster在去年11月宣布通过股票交易进行合并。合并后两家公司将会结合其客户群、合作伙伴和分销渠道，以降低激光雷达产品成本，并加速获取市场份额。

而汽车激光雷达鼻祖Ibeo在商业化落地遭遇困境后，于去年10月启动破产程序。长城汽车曾是Ibeo的定点客户，但后来选择了成本更低的速腾聚创。硅谷固态激光雷达传感器开发商Quanergy Systems也在去年12月申请破产保护，距离其与一家特殊目的收购公司(SPAC)合并上市还不到一年。

激光雷达行业门槛较高，具有车规壁垒、算法壁垒和芯片壁垒，上车周期长的同时需要长期的研发投入。禾赛科技财报数据显示，从2021年前9个月到2022年前9个月，禾赛研科技研发投入从2.1亿元人民币增加到3.8亿元人民币，同比增长78.7%。

另外，激光雷达高昂的成本和并不便宜的售价限制了其在低端车型市场拓展。根据中金公司研报，当前可量产激光雷达的平均价格已经下探，但仍在500至1000美元。禾赛科技招股书显示，2022年前9月激光雷达产品的平均售价为3100美元。

截至目前，国内激光雷达厂商同样仍未实现盈利。据禾赛科技财报数据，从2019年到2022年9月，禾赛科技营收分别为3.48亿、4.16亿、7.21亿和7.94亿，但净亏损分别为-1.19亿，-1.07亿，-2.46亿，-1.66亿，毛利率水平也在逐年下滑。

激光雷达产业正迎来一轮爆发式增长，行业竞争也将来到前所未有的激烈程度。获得更多的汽车公司订单，尽快实现盈利，将是每一家激光雷达企业要实现的目标。

【2022年全球十大芯片买家：苹果第一，华为同比下滑19.4%还能排第几呢？】

2月7日消息，根据市场调研机构Gartner 最新公布的数据显示，全球十大原始设备制造商（OEM）在 2022 年的芯片支出同比下降了 7.6%，占整个市场的 37.2%。其中，苹果以 11.1% 的占比继续稳居全球最大的半导体买家。

Gartner 高级总监分析师 Masatsune Yamaji 表示，全球十大半导体客户大部分都是 PC 和智能手机 OEM。“因此，消费者对PC和智能手机的需求急剧下降，导致顶级 OEM 无法提高单位产量和出货量。”

“中国的零 COVID 政策也导致严重的材料短缺和电子供应链的短期中断。汽车、网络和工业电子市场的半导体短缺持续存在，提高了芯片平均售价 (ASP) 并加速了这些市场的半导体收入增长。因此，这些因素导致顶级原始设备制造商在 2022 年的半导体总支出中所占份额较 2021 年有所下降。”

从具体的前十大半导体买家排名来看，2021 年的所有前十名公司大都在 2022 年保持不变。其中，苹果连续第四年位居半导体采购客户榜首。由于苹果不断转向拥有自己自研芯片，该公司将计算微处理单元 (MPU) 的支出减少了 11.7%。然而，苹果在非内存芯片上的支出增加了 2.8%。三星电子排名第二，联想第三，戴尔升至第四，步步高、小米、华为分别排名第五至第七。

前十厂商当中，仅有三星电子和索尼在 2022 年增加了芯片支出。三星增幅为2.2%，由于其在可折叠手机领域的领先地位，该公司在智能手机市场获得了更多的市场份额，因此 2022 年半导体支出增加。索尼增幅为16.5%，这也使得索尼的排名由去年的第十上升至第九。其余厂商的芯片采购支出均呈同比下滑，其中华为由于受美国制裁影响，下滑幅度最大，达到了18.9%。

【ChatGPT 逼急谷歌 CEO：全体员工要拿出黑客精神测试公司新品 Bard】

北京时间 2 月 7 日消息，谷歌公司 CEO 桑达尔・皮查伊 (Sundar Pichai) 周一在内部备忘录中告诉员工，公司将需要所有人都来测试其新推出的 ChatGPT 竞争对手“巴德”(Bard)，员工们要拿出在内部进行黑客马拉松的精神来测试它。

他还表示，谷歌将很快争取合作伙伴的帮助，以测试一个应用程序编程接口 (API)，该接口将允许其他人访问相同的底层技术。

“下周，我们将争取每一位谷歌人来帮助塑造巴德，并通过一种特殊的全公司范围内的‘狗粮’做出贡献。”皮查伊表示。“狗粮”是企业内部使用的一个术语，指的是在发布产品之前先使用自己的产品。“我们期待着你们拿出内部黑客马拉松的精神提供所有反馈，更多细节很快就会公布。”他在邮件中写道。

稍早前，皮查伊在公布巴德时强调了测试的重要性。“我们将把外部反馈与我们自己的内部测试结合起来，以确保巴德的回复能够达到真实世界信息对于质量、安全和基础性的高标准。”他表示。

目前，谷歌正面临投资者和员工的压力，需要尽快推出产品来抗衡最近爆红的 ChatGPT。与此同时，ChatGPT 的投资者微软正在快速整合 ChatGPT，该公司将在当地时间周二举行一场活动，公布最新进展。

传感财经

【2月6日传感财经分析：物联网感知层概念报跌，厦门信达领跌；元器件概念报跌，厦门信达领跌，气体传感器概念报跌，万讯自控领跌】

2月6日盘后，物联网感知层概念报跌，厦门信达(-5.24%)领跌，美格智能(-4.12%)、乐鑫科技(-3.67%)、国科微(-2.51%) 、远望谷(-2.5%)、必创科技(1.97%)等跟跌。

2月6日盘后，元器件概念报跌，厦门信达（-5.5%)领跌，航天彩虹(-4.2%)、国光电器(-3.78%)、立讯精密(-3.42%)等个股纷纷跟跌。

2月6日盘后，气体传感器概念报跌，万讯自控(10.8，-2.26%)领跌，贵研铂业(-2%)、四方光电(-1.8%)、汇川技术(-0.89%)等跟跌。