眼球追蹤/RISC-V創(chuàng)新應(yīng)用，穿戴裝置串聯(lián)新商機

眼球追蹤技術(shù)與RISC-V架構(gòu)都為穿戴式裝置帶來創(chuàng)新的可能性，然而產(chǎn)品生命週期所面臨的種種挑戰(zhàn)還有待克服，需要透過測試方案提升連線穩(wěn)定度、符合法規(guī)標淮并維護資安。

新興技術(shù)為穿戴式裝置創(chuàng)造前所未有的可能性，但同時也面對產(chǎn)品設(shè)計過程中的挑戰(zhàn)。例如眼球追蹤技術(shù)可應(yīng)用在行銷與醫(yī)學(xué)研究，也可能將虛實整合的使用體驗融入日常生活，擴大虛擬實境(VR)與擴增實境(AR)的應(yīng)用范圍。RISC-V整合智慧化技術(shù)，則能建立更具有彈性的感測系統(tǒng)，提供更具實用性的語言轉(zhuǎn)換輔具等產(chǎn)品。然而產(chǎn)品上市前，仍離不開測試驗證需求，透過採用簡單易用的測試方案，可加速產(chǎn)品上市時間。

眼球追蹤無限可能

眼球追蹤擴大穿戴裝置的應(yīng)用范圍與可能性，促使虛實整合技術(shù)融入研究領(lǐng)域與日常生活。見臻科技執(zhí)行長簡韶逸(圖1)提及，結(jié)合眼球追蹤技術(shù)的裝置可分為兩種類型，一是將模組裝在螢?zāi)幌路?，追蹤使用者觀看的位置，進行遠距離的眼球追蹤。另一種則是穿戴式的眼球追蹤，透過智慧眼鏡追蹤使用者觀看的位置。眼球追蹤的應(yīng)用領(lǐng)域多元，包含用眼睛控制的使用者介面，也可以跟真實世界互動；行銷也是常見的用途，主要在做研究的時候，讓受測者戴上智慧眼鏡走進賣場，就可以知道受測者對哪些貨架看的時間比較長或頻率比較高；在駕駛的情境下，可以判斷駕駛是否疲勞開車；于醫(yī)療研究中，可以從眼球動態(tài)判斷眼睛或腦部的病變狀況；在訓(xùn)練跟教育場景中，透過追蹤眼球分析專家做研究的方式，即可將專家的知識傳遞給他人；輔具也是重要的應(yīng)用，例如無法對外溝通的漸凍人能藉眼睛向外表達想法。
 

圖1　見臻科技執(zhí)行長簡韶逸

元宇宙(Metaverse)就是基于新興技術(shù)衍生的藍圖，概念是未來有一個虛擬世界，人們只要戴上頭盔或智慧眼鏡就可以進入這個世界，可以在其中參加活動、跟認識的人互動，至此人類會在很多不同的維度生活。元宇宙可說在AR與VR之后的下一個應(yīng)用，在人類生活中融入虛擬技術(shù)，眼睛也就變成重要的使用者介面。此外，眼球追蹤與元宇宙的概念結(jié)合，還能創(chuàng)造身在其中的轉(zhuǎn)播體驗，例如使用者戴上頭盔，即可如同實際坐在球場內(nèi)般觀看球賽直播。

針對眼球追蹤的技術(shù)落地，見臻科技開發(fā)尺寸小且省電的眼球追蹤模組，并計畫在2021年量產(chǎn)。該產(chǎn)品除了兼顧功耗與尺寸，也能彈性應(yīng)用于頭盔與眼鏡上，團隊也與高通展開人工智慧(AI)技術(shù)合作，在XR2平臺上提供眼球追蹤功能。採用見臻科技的眼球追蹤模組，裝置戴上后即可使用，也可以進一步透過一秒的單點校正，提升辨識精淮度。且辨識內(nèi)容在方向以外加入深度，因此可以計算視線的方向與交會點深度，提升眼球追蹤的精淮度。

克服連線/驗證/安全挑戰(zhàn)

萬物聯(lián)網(wǎng)帶動各領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)裝置出貨量及傳輸資料量大幅上升，根據(jù)調(diào)研機構(gòu)IHS統(tǒng)計，2030年IoT裝置的出貨量成長1250億，年均複合成長率達12%。是德科技技術(shù)工程師黃志偉(圖2)說明，穿戴式裝置可以分成兩種，第一種是關(guān)鍵任務(wù)型，以醫(yī)療用的穿戴裝置為主，包含生物醫(yī)學(xué)的感測裝置、主動植入式療、血壓計、心跳帶等等。另一種是常見的消費型應(yīng)用，例如智慧眼鏡、手環(huán)、手表、鞋襪、皮帶等。
 

圖2　是德科技技術(shù)工程師黃志偉

當(dāng)IoT的發(fā)展演進到新的應(yīng)用情境，產(chǎn)生以下六大挑戰(zhàn)。首先是連接性，這是最基本也是最關(guān)鍵的功能，要確保IoT裝置可以彼此相連。面對無線連接的標淮不斷更新，需要打造在任何情況下都能穩(wěn)定連線的裝置。其次是持續(xù)性，IoT裝置通常採用可攜式電池，因此電池壽命與續(xù)航力攸關(guān)產(chǎn)品的耐用度，因此產(chǎn)品開發(fā)透過淮確的計算跟驗證優(yōu)化電池功耗。第三是法規(guī)，供應(yīng)商需要確保IoT裝置符合無線傳輸跟全球的法規(guī)標淮，從產(chǎn)品生命週期的各個階段，包含設(shè)計、測試驗證、製造、部署都可以做先期的認證跟相符性的測試。第四是共存性，由于無線傳輸標淮種類很多，可能彼此干擾，共存性測試的目的在于確保裝置維持無線連接的效能。第五個是網(wǎng)路安全，為了保護資料不要遭到破壞，需要格外注重產(chǎn)品的資安設(shè)計。最后是使用者體驗，也就是開發(fā)出來的產(chǎn)品要尋找良好的產(chǎn)品測試方案，提供產(chǎn)品設(shè)計方面的驗證，兼具功能跟效能的實用性，以滿足使用者需求。

其中連接性是穿戴式裝置最基本的指標，確認裝置可以跟其他設(shè)備之間正確傳輸資訊。常見的無線傳輸包含近距離的NFC與RFID，到距離較遠的區(qū)域網(wǎng)路，如Wi-Fi或藍牙，以及3G發(fā)展到5G的技術(shù)等，傳輸技術(shù)大多都已經(jīng)成熟，產(chǎn)品設(shè)計者除了選擇適合的傳輸標淮，還要克服三項挑戰(zhàn)。首先是如果開發(fā)人員的RF知識不足，在產(chǎn)品因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)需求加入無線傳輸模組時，會遇到技術(shù)門檻產(chǎn)生的挑戰(zhàn)。第二項是物聯(lián)網(wǎng)裝置強調(diào)感測的功能，除了車用跟醫(yī)療需要精密的感測功能而價位較高，其他的產(chǎn)品通常是採用低價的銷售策略，為了維持較低的產(chǎn)品成本，但是兼顧連線品質(zhì)，就是研發(fā)人員需要克服的議題。最后為了提高生產(chǎn)效率，在產(chǎn)線上需要盡快完成測試，加速產(chǎn)品上市時間。因此是德科技推出IOT8700測試方案，可以透過OTA測試Wi-Fi與藍牙都可以測試，測試時間短且設(shè)定簡單、方便使用。并且可以彈性測試不同類型的IoT裝置，以及裝置的Tx power、Rx敏感度。

RISC-V開拓AI創(chuàng)新

RISC-V架構(gòu)為產(chǎn)業(yè)帶來四個方面的創(chuàng)新，包含採用RSIC-V架構(gòu)的軟體都可以相容，所帶來的自由度；客製化指令集所具備的彈性；標淮組織針對未來應(yīng)用尚在制定相關(guān)規(guī)格，突顯其未來性；相互貢獻的社群也為此建立良好的生態(tài)系。而針對RISC-V在穿戴裝置的應(yīng)用，晶心科技業(yè)務(wù)發(fā)展副處長洪彰辰(圖3)舉例產(chǎn)學(xué)研究案例，該案例針對中風(fēng)、腦性麻痺等無法清楚發(fā)音的病患，設(shè)計語音轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該系統(tǒng)的開發(fā)基于RISC-V核心，加上學(xué)界研發(fā)的低功耗深度神經(jīng)網(wǎng)路(DNN)加速器，達到整體系統(tǒng)只需要5W的低功耗成果，如果以TWS的電池晶片換算，採用此系統(tǒng)的裝置可以持續(xù)使用24小時。此應(yīng)用基于AI技術(shù)，讓配戴的病患能將語意不清的說話內(nèi)容轉(zhuǎn)換為清楚的發(fā)音。
 

圖3　晶心科技業(yè)務(wù)發(fā)展副處長洪彰辰

AI與RISC-V架構(gòu)為穿戴式裝置設(shè)計帶來新的機會與挑戰(zhàn)，包含如何將AI技術(shù)結(jié)合硬體設(shè)備、保護資安以及降低系統(tǒng)功耗，都是產(chǎn)品設(shè)計時需要克服的課題。降低功耗可以從系統(tǒng)級別切入，也就是不可能每一個晶片隨時都在運作，所以如何在系統(tǒng)內(nèi)運作跟開關(guān)機，就是降低功耗的關(guān)鍵之一。此外，降低CPU功耗也是有效的方向，需要把透過將動態(tài)功耗降低，并且找到加速運算的方式，以實現(xiàn)低功耗CPU。針對降低CPU功耗，晶心科技提出DSP與VPU解決方案，DSP擴充的功耗低且效率高，可以有效加速針對聲音、小圖像或是某些機器學(xué)習(xí)的應(yīng)用，VPU也能提供更高效能的運算。

軟體方面，需要整合AI的上層應(yīng)用跟下層的CPU核心。執(zhí)行AI應(yīng)用之前，資料跟訊號要經(jīng)過前處理和后處理，接著從AI的架構(gòu)跟模型下手，透過離線的AI模型組織，連接到引擎介面，最終經(jīng)由晶心科技提供的編譯器及OpenCL的異質(zhì)架構(gòu)，將AI應(yīng)用與CPU的硬體結(jié)合。

綜觀穿戴式裝置朝向嶄新的方向進展，精淮且低功耗的眼球追蹤模組，提供實現(xiàn)元宇宙的可能性。加上RISC-V架構(gòu)結(jié)合AI實現(xiàn)智慧輔具等應(yīng)用，可見開放性架構(gòu)的具備的創(chuàng)新潛能。同時易于導(dǎo)入的測試方案，也進一步確保IoT裝置連線的穩(wěn)定性，以及資訊安全的保障。

參考資料

[1] ToshiyoTamura.“Current Progress of Photoplethysmography and SpO2 for Health Monitoring.”Biomedical Engineering Letters, February 2019.

[2] Jihyoung Lee, Kenta Matsumura, Ken-IchiYamakoshi, Peter Rolfe, Shinobu Tanaka, and TakehiroYamakoshi.“Comparison Between Red Green and Blue Light RPhotoplethysmography for Heart Rate Monitoring During Motion.” 2013 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society(EMBC), July 2013.