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手机指纹识别产业链发展历史

作者:华强北水货手机批发 日期:2019-01-18 阅读:180

 眼下全面屏已全面席卷了整个智能手机产业,而在2019年全面屏之风仍在越吹越烈。全面屏对智能手机行业带来的冲击和影响,智东西此前也曾发文进行过深入的探讨(脑袋开花的全面屏,被逼疯的手机公司)。

 
彼时智东西曾提到,在智能手机厂商近乎疯狂的争夺全面屏背后,实际上关乎着整个智能手机产业链的技术升级和供应链把控,更有着在3D结构光、屏下指纹等新兴技术领域深层次的技术博弈。
作为智能手机第一道安全防线,生物识别领域成为了这场博弈的一个激烈交战场。其中,指纹识别是手机生物识别中应用最早,同时目前也是最广泛、最成熟的领域。在全面屏浪潮的助推下,指纹识别产业链也应势进入了新的行业洗牌期。
 
近几年来,随着中国智能手机厂商在全球崛起,这也给中国的智能手机供应链企业带来了高速发展的机会。比如在指纹识别供应链上,国内的指纹芯片识别供应商汇顶、思立微与瑞典老牌指纹芯片供应商FPC一起,位列2018年上半年全球指纹芯片出货量排行的前三名。在指纹模组供应领域,国内的供应商欧菲光、日月光(台湾)、丘钛、东聚与三星电机一起成为了全球前五大指纹模组供应商。
 
智东西梳理了手机指纹识别产业链发展历史,并深入调查了目前手机指纹行业的发展态势。我们发现,除指纹识别供应链企业之间的激烈竞争外,智能手机厂商如OPPO等也正在增加自身在供应链上的话语权。随着手机厂商的入局,2019年智能手机指纹行业将迎来更加激烈的竞争。
 
 
一、全面屏浪潮下指纹识别行业大洗牌
 
近年来,随着国内智能手机厂商在全球市场的脱颖而出,以及全面屏的流行趋势下,指纹识别供应链也受到了前所未有的冲击。与此同时,新的指纹识别方案也应运而生,随之而来的则是指识别纹行业进入了全面洗牌期。
 
目前,在全面屏的趋势下,业内大部分的指纹识别方案都是采用光学方案。在这一领域的战火也是异常激烈和精彩。
 
 
光学指纹识别方案的产业链主要分为算法及芯片(核心领域)、传感器主要为CMOS 和TFT(将光信号转化为电信号)、Lens(主要是微透镜阵列)、滤光片以及产品封装三个层面。指纹信息的维度包括录入的指纹特征类别(谷线、脊线、汗腺孔等)、手指个数等。
 
其中算法和芯片领域是指纹识别最核心的领域,也是竞争最激烈的领域。海外企业在此方面的布局较早,出现了新思、AnthenTec、FPC等几大巨头。
 
国内指纹识别产业在近几年也得到了空前繁荣的发展,出现了汇顶科技、思立微、迈瑞微、费恩格尔、信炜、芯启航、贝特莱、、集创北方、比亚迪、箩箕等十多家企业。
 
在中国企业中,汇顶科技与思立微表现最佳。近两年,中国厂商在指纹识别市场占据的份额迅速上升,其中尤以汇顶科技的发展势头最猛,几乎拿下了国内主要的手机品牌,包括OPPO、华为、Vivo、小米、魅族、中兴等等。
 
然而,从2016年开始,随着中国手机市场的空前繁荣,不仅手机厂商一跃而起,国内智能手机供应链发展也十分迅速,伴随着的则是全球指纹识别行业的大洗牌。
 
2016年全球市场出货前五的厂商当中,中国厂商占据三家。在手机行业向上发展之时,指纹识别芯片出货量一路猛增,其中深圳汇顶科技公司是这一股潮流的最大受益者,于2016年登陆A股。汇顶科技上市后,市值曾一度达到800亿元,也因此确立了在指纹芯片领域的江湖地位。
 
随着中国供应链企业的崛起,老牌指纹识别供应商FPC和新思已逐渐失去了市场优势。来自瑞典的指纹识别FPC曾是安卓阵营自大的指纹模组供应商,它曾经是华为、小米、魅族的指纹识别供应商。然而市场份额也被崛起的中国供应链企业夺食。
 
据旭日大数据报告显示,在2018年1-2月份,汇顶科技出货量为32.6百万,而FPC则为32百万,退居市场第二位。而在一年前,FPC还碾压汇顶科技3百万。这也意味着2018年1-2月份FPC在中国市场的指纹芯片出货量较去年同比减少了约8.6%,而汇顶科技则同比增长1.9%。
 
从目前来看,整个手机指纹识别行业的前景依然相当广阔。据IHS Markit预测,2019年使用屏下指纹传感器的智能手机出货量至少将达到1亿台,到 2020年则进一步翻倍至2亿台,市场空间超20亿美元,有望在未来3年保持高速增长。
 
二、全面屏冲击下的新指纹识别方案
 
受全面屏冲击,智能手机屏幕在不断扩大,从2016年的80%以上发展到了2018年的90%以上。而受到传感器尺寸和用户体验的要求,屏下指纹识别成为了指纹识别技术领域必须采用的方式。
 
目前智能手机上所搭载的屏下指纹主要是光学式的方案,其中最常见的方案就是在屏幕定点进行指纹识别。
 
进入2018年后,智能手机的全面屏大战达到了一个新的高潮,而全面屏带动的供应链变革也发展到了关键阶段。在2018年内手机厂商发布的几款智能手机产品中,OPPO R17系列、一加6T 、努比亚X、vivo Nex、华为Mate 20 pro UD版都纷纷采用了屏下指纹的新设计。
 
智东西了解到,目前智能手机产业内正在探索新的指纹识别方案,2019年下半年手机指纹识别行业的竞争将更加激烈。
 
1、区域指纹识别方案
 
虽然目前屏下定点指纹解锁是业内最常用的方案,但由于定点指纹识别需要用户以某种姿态拿好手机,对准定点进行解锁,稍有偏差就有可能解锁失败,用户体验差。
 
几天前,OPPO正式发布了全新的光域屏幕指纹技术,通过精准地定义用户在使用手机时进行指纹识别的“黄金识别区域”,将识别面积达到目前主流光学方案的15倍,覆盖了单手持手机时手指操作的极限位置,在这个区域内的任意位置都可以实现指纹解锁或支付。
 
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值得一提的是,OPPO的光域指纹识别方案还创造性地提供双指同时验证和加密。双指同时解锁首先带来是双指验证算法的挑战,其次是每次解锁时数据量翻倍对运算力发起的挑战。不过,双指解锁也有着一个突出的优势,将原本单指解锁的误识率为1/50000,降低为1/50000×50000。
 
在落地应用方面,OPPO的光域指纹识别方案也非常快速。据了解,OPPO将在今年开始商用这项技术,用户在今年的产品中就能体验到光域指纹解锁带来的便利。
 
此外,在区域指纹识别中,目前业内还有一种半屏指纹识别方案,这种方式可以看作是区域指纹识别的一种极限形式。
 
2、全屏指纹识别方案
 
业内认为,“定点-区域-全屏”是屏下指纹识别演进和发展的路线。
 
为了实现全屏指纹识别,手机厂商和供应商们在探索不同的路线。2018年4月,三星就提交了一份基于光学技术的全屏指纹识别方案,同时有消息称三星将计划专门研发一颗指纹处理器。
 
不过,即便申请了全屏指纹识别专利,并不代表该技术就一定会很快商用。此前苹果也曾申请过光学屏下指纹以及超声波屏下指纹的专利,但是都并未被用于iPhone,苹果的iPhone X更是干脆地取消了指纹识别。
 
用目前成熟的技术,实现全屏指纹识别仍有很大的难度。首先是指纹识别传感器需要减小尺寸并整合到屏幕中,而现有光学屏下指纹技术很难做到。现有的光学屏下指纹芯片,无论是硅基CMOS,还是玻璃基CMOS,都不会与显示像素的制程集成在一起。如果采用CMOS in Pixel的形式,则又会带来光路短、信号放大差、环境光干扰等诸多问题。从成本上来讲,基于CMOS的全屏识别方案的成本也非常高昂。
 
所以如果屏幕指纹要实现全屏化,更可靠的是则是采用TFT材质的传感器。OPPO在发布光域屏幕指纹的时候,也提到是基于TFT实现的。OPPO对智东西表示,也会做全屏指纹识别。但从商用角度而言,目前的方案牺牲太大,因为拼贴感光元件会严重影响整机堆叠和功耗。OPPO方面也表示正在研发更好的方案。
 
以上这些问题都是阻挡在厂商们面前的拦路石,亟待突破。因此,全屏指纹识别方案距离真正落地应用还需要一段时间。
 
3、超声波指纹识别方案
 
除了光学式的屏下指纹方案外,业内还有一种超声波识别方案。通过指纹模组发出特定频率的超声波扫描指纹,利用手指纹理及其他材质对声波的吸收,反射和穿透作用的差异,对指纹的所在的位置进行识别。
 
目前高通和FPC都在进行超声波指纹识别技术的研究,今年曾有人称小米8将采用高通的超声波指纹识别方案,不过最后新思和汇顶都出来领身份,而小米官方未对此事进行回应。
 
这也从侧面说明了,超声波指纹识别方案尚不成熟。超声波指纹识别的原理是,通过指纹模组发出特定频率的超声波扫描指纹,利用手指的“谷”、“脊”等纹理及其他材质物体对声波吸收,反射和穿透作用的差异,对指纹的所在的位置进行识别。
 
这一方案的优势在于识别率和识别速度较低,但难点在现阶段也非常突出,目前超声波传感器体积相对较大,高通、FPC都正在研发利用超声波进行全屏指纹识别的方案,但目前尚未量产。
 
从成本和落地使用时间角度来看,2019年区域指纹识别将率先迎来应用,全屏指纹识别落地则有待手机厂商和供应链企业的技术突破。
 
三、手机指纹识别技术发展历史
 
 
有数据显示,全球智能手机指纹识别搭载率从2014年到2017年,每年以10%左右的速率增长。不过,从2017年开始,由于受到了人脸识别技术的影响,智能手机指纹识别的搭载率增长放缓。但在2018年,指纹识别在智能手机行业的搭载率依然高达60%。
 
虽然,人们对手机上的指纹识别的广泛认知是从2013年苹果发布的iPhone 5s开始的,但实际上手机上搭载指纹识别功能的历史可以追溯到更早期的功能机时代。
 
 
1998年西门子研发出世界上首款具有指纹识别功能的手机,被认为是手机背部指纹的鼻祖。遗憾的是,当然这款手机仅仅是原型机,并没有量产。但这款手机的出现,已经向世界证明了手机搭载指纹识别的可能性。
 
两年之后,世界第一款指纹识别手机诞生了。法国SAGEM于2000年推出了一款名为SAGEM MC 959的手机。不过,这款手机指纹识别仅仅用来验证PIN码(SIM卡的个人识别密码)。但这款手机真正实现了量产,也将具有指纹识别功能手机的首次正式推向了市场。
 
随后,日本厂商富士通也从2003年开始不断尝试在手机上搭载指纹识别技术,其第一款指纹识别手机富士通F505i搭载的就是AnthenTec(就是那家在2012年,苹果用3.56亿美元收购的企业)的指纹识别技术。在iPhone 5s亮相之前,富士通的指纹识别手机占了市场中的70%左右。
 
不过,这些企业的尝试都没有给业内带来多大的轰动。究其原因,当时的技术也尚不成熟,指纹识别更多的是可有可无的概念,实用性并不强。而指纹识别真正走向大规模应用是从手机进入智能机时代开始的。
 
 
第一款具有指纹识别功能的智能手机是摩托罗拉在2011年推出的MB860。这款手机的指纹识别模块位于机身顶部,与电源键进行了整合,采用的也是AnthenTec的指纹识别技术,其主要功能是用于开机解锁。不过,这款手机采用方案和之前的类似仍是刮擦式解锁。滑擦式方案的缺点非常明显,手指滑动的速度、力度都会影响指纹的采集,用户体验也非常一般。
 
整个行业真正全面关注手机上的指纹识别技术是从2013年苹果发布iPhone 5s开始的。iPhone 5s的Touch ID不仅是首款采用按压式指纹识别的手机,在设计上其指纹识别模块与Home键融合在了一起。按压式指纹识别方案操作简便,不需要用户把手指摆正,只需把手指随意放上去,传感器就会采集多次图像。再通过其增强算法,达到360度的效果。
 
最重要的是,苹果还赋予了iPhone 5s上的指纹识别更丰富的应用功能,如解锁、支付等。
 
自此之后,智能手机业内全面刮起了指纹识别之风,前置指纹识别、后置指纹识别方案和手机产品层出不穷。
 
不过,从2016年起智能手机的全面屏趋势使得传统的机身正面指纹识别方案面临挑战。由于经典指纹识别方案是基于电容式模组的,其优势在于成本最低、识别速度最快且技术最为成熟。不过,电容式指纹识别方案的穿透深度仅为 0.3mm,小于时下对手机屏幕厚度小于0.5mm的要求,因此这一传统方案不再适应全面屏趋势。
 
2018年3月,vivo推出了X21 UD(屏幕指纹版,同时采用新思和汇顶方案),正式拉开了光学屏幕指纹商用化的序幕,并且在X23系列全系搭载屏幕指纹。此后,OPPO R17系列首次将屏幕指纹推向了百万级的市场,并且通过定位电商渠道的OPPO K1将价格拉低到了1500元档位。
 
从手机指纹识别行业的发展史可以看到,手机厂商始终是推动指纹识别落地应用的重要力量,无论是摩托罗拉、苹果抑或是如今三星、OPPO等,都在通过带头在技术领域的突破来,推动指纹识别在智能手机领域的发展,提升用户在毫秒之间更自然便利、更快速高效的解锁体验。
 
结语:手机厂商强势入局指纹产业链
 
近两年,智能手机厂商在技术领域的布局越来越广泛,尤其是头部的手机厂商,一直不断地在强调自身在软硬件上的实力以及在供应链上起着技术研发的带头作用。
 
作为手机安全的第一道防线,同时也正逢智能手机全面屏竞争的关键节点,继拍照功能后,生物识别领域也成为了手机厂商在技术领域突破的又一亮点。如苹果通过收购AuthenTec的方式,掌握自身在指纹识别供应链的话语权。OPPO则通过积极带队思考指纹识别新的解决方案,进一步巩固自身产业链技术创新上的核心竞争力。
 
近年来,智能手机厂商在供应链中的作用在不断地升级,以下游需求推动上游供应链技术突破的趋势越来越明确,任何企图以方案整合方式生存的手机厂商将被大时代所抛弃。未来,智能手机行业的技术竞争将进一步强调供应链技术的突破,头部的手机厂商已经成为整个产业趋势的推动者。

手机指纹识别产业链发展历史

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