CMOS 技術的未來大躍進:「量子科技」

子運算科技正夯,已有不少需要高運算效能的產業,相繼投入開發(或導入),而這對我們身處的影像產業會帶來什麼變化?

 

每年都會看到不少全新的電子科技問世,而最新的科技往往也需要依賴強大的運算處理效能來支撐,所以速度、品質、便捷等特性顯得十分關鍵。而這些需仰賴運算的技術開發,在未來十年,有可能將突飛猛進,這就是「量子運算」可能帶來的劇變。

圖片來源:InVisage

 

量子運算感應器(QIS, Quantum image sensors),目前雖仍未被大量採用,但已獲各界重視、並成功吸引到不少科技巨頭的目光。

而量子感應器和我們現所使用的感應器,在技術上有什麼不同? 改進了什麼?

 

傳統的傳感器

現代相機/攝影機中的傳感器,都是採用「矽」(Silicone)作為光感材料來汲取圖像。

雖然矽所吸取的成像算是最佳,但並不算是對光敏感的媒介,經過了矽的傳導,其實損失了 75% 的光線。

 

量子傳感器

號稱與傳統矽傳感器最大的不同,就是量子傳感器保留了高達 95% 的光線,幾乎是傳統矽傳感器的4倍。

在每個像素單元上採用了量子塗層,也可稱為「量子點」,取代了原本連接每個單元的線路,提升傳輸時的速度與品質。另外採用了極黑的色澤,降低了光線的在傳感器上的反射、提升光線的吸收能力,除了動態範圍的提升,高速傳輸的特性也能降低全域快門(Global shutter)的生產門檻

左為傳統傳感器畫面,右為量子傳感器畫面,明暗細節保留更佳。圖片來源: InVisage

 

量子點(Quantum dots),QD 像晶體一樣使用等離子體生成。利用等離子體的生產,可以產生細粉末、精準控制量子點的體積,而這種材料也更容易覆蓋在矽芯片的導電塗層。

量子點的發光體可以根據大小或電荷而改變顏色,藉由不同大小、不同電荷,可達到汲取不同光線資訊的特性,讓每個量子點紀錄獨立的單色光,領先於矽製的傳感器。

由於量子點的特性加上傳輸效率極高,與現代傳感器相比,量子傳感器反倒具有相對較少的實體像素量需求。結論就是:量子點可在不犧牲圖像品質的情況下顯著縮小傳感器尺寸,將來極可能從智慧手機的傳感器獲得優於電影級質量的成像

左為傳統傳感器,右為量子傳感器,可更容易解決果凍效應。圖片來源: InVisage

 

量子的技術還在研發測試中,也催促著各公司投入開發其技術,在不久的未來,大型設備的 CMOS 恐不再能比手機的 CMOS,因為量子技術可能改變「專業等於大或複雜」的定義,「微型」的拍攝裝置有可能將對傳統影業造成空前的衝擊,而電影與電視產業如何回應此趨勢?

 

參考影片:

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