iPhone X带动3D感测应用,市场发展后续可期

2018-01-04 10:07

虽说有供应链厂商传出,iPhone X销量未达预期,苹果正在下调订单。但是, iPhone X带动了3D感测技术的应用却是不争的事实。而且,2018年苹果还将扩大导入3D感测应用已经成为趋势。Android阵营手机厂接下来亦将大举跟进采用3D感测技术,这使得关键零组件「垂直共振腔面射激光」(Vertical Cavity Surface Emitting Laser;VCSEL)产能需求大增,引起供货商新一轮的强力卡位战。

3D感测具体辨识生物特征,VCSEL为其中关键零组件

什么是3D感测技术?先在此为大家说明一下。3D感测技术是脸部识别的核心,透过3D激光扫描(3D传感)建立一种非接触、非破坏性技术来数字化捕捉物理对象的形状。在脸部识别中,它将创建一个定义人脸外观的数字矩阵。例如,它可以使手机更精确地记录用户脸部轮廓,这要比从照片上识别精确得多。

至于,为什么要用VCSEL?随着VCSEL技术的成熟,VCSEL具有高精确度、小型化、低功耗、可靠性等全方面优势,现在常见的3D镜头系统一般都采用VCSEL作为红外线光源。这也就是当前被谈及最多的VCSEL技术应用来源。

iPhone X导入3D感测,市场掀起追随风潮

在谈完了3D感测系统的技术来源之后,我们再来看看 iPhone X在3D感测系统上的应用架构是如何。首先看到iPhone X正面屏幕上方的「刘海」 部分,也就是安装3D感测系统与前置相机的地方,由左往右依次是红外线镜头、泛光照明器、接近传感器、环境光传感器、喇叭、麦克风、700 万像素前置镜头、以及点阵投射器等等。而iPhone X的3D感测运作,就是先利用点阵投射器投射出超过30,000个激光光点到目标物上,然后借由30,000个激光光点反射到红外线镜头中,将物体的「深度」与「距离」测绘完毕后,再传递至芯片中辨识面孔安全性。如果脸部感测过关,手机就会自动解锁!

至于,在「刘海」中的其他设备,泛光照明器是辅助投射红外线,让物体在暗处也能看得清楚,为VCSEL系统中重要的零组件。而环境光传感器与接近传感器则是为了实现手机常见的省电功能,环境光传感器可以侦测使用者的环境光源,自动调整手机亮度。而接近传感器则是会自动侦测手机与使用者的距离。如果太过靠近,就像手机用户以听筒接听电话时,手机屏幕就会自动关闭。

在了解了iPhone X在3D感测系统上的复杂应用架构之后,大家可能会认为苹果的iPhone X是第一个将VCSEL系统实际商用化的产品。其实不然,苹果公司第一款使用VCSEL发射器的设备是去年发布的无线耳机AirPods。在这款颇受欢迎的耳机中,激光发射器用来检测目前是被摘下还是正在使用的装备。目前iPhone X使用了3颗VCSEL芯片,随着iPhone X的出货量逐渐走高,苹果对该芯片的需求也开始加大。苹果公司透露,和2016年相比,2017年第4季对VCSEL芯片的采购增加了10倍。

Android 阵营加入3D感测战场,2018年相关产品亮相

目前3D感测应用已成为智能型手机市场关注的新焦点,尽管苹果有意掌控关键组件VCSEL的产能,但其相关技术发展已长达20多年,并应用于光通讯及光收发等市场。而且,随着应用市场即将迎接爆发期,不仅原有的激光光组件厂商、砷化镓代工厂加入战局,还有同样采用MOCVD机台的LED磊晶厂亦跃跃欲试。

据了解,3D感测技术上,VCSEL供货商除了Lumentum、Finisar之外,目前还有Princeton Optronics等。而上游VCSEL磊晶与芯片供应厂包含IQE 、晶电、华立捷等亦伺机抢夺市场大饼。至于,高通与奇景光电也携手抢进3D感测市场,可望抢下Android阵营手机客户大单。其中,小米手机采用的3D感测技术便是基于高通与奇景光电的技术方案。

2017年推出的苹果iPhone X导入3D感测技术,其3D传感器供货商之一为 Finisar,在不久前,苹果宣布将提供3D传感器供货商Finisar约3.9亿美元资金,业界一度传言是苹果入股Finisar,如今双方澄清是作为未来订单的预付款项。

据业内人士透露,Finisar将借由苹果的资金,改造其位于德州Sherman的工厂,预计2018年下半开始供应VCSEL新产能,苹果在掌握VCSEL庞大产能之后,有助于进一步将正面TrueDepth相机导入到更多iPhone产品线,或是于iPhone背部新增第二颗的传感器数组,不仅能进行脸部辨识,亦能扫描用户所处的周遭环境,苹果有意通过VCSEL技术强化扩增实境 (AR) 版图布局。

尽管2017年率先切入苹果3D感测供应链的美系大厂Lumentum抢尽风头,然而Lumentum却传出产能供不应求。供应链厂商称,由于2018年秋季苹果不仅将脸部辨识导入于其他iPhone新机,高阶大尺寸iPad亦将采用3D感测技术,以延伸其AR附加功能,因此,苹果势必得扶植第2供货商,以确保2018年下半新机问世后的零组件供应顺畅。

另外,据供应链厂商透露,在苹果持续扩大3D感测脸部辨识优势的同时,Android阵营手机品牌厂亦将全力推出导入3D感测应用的旗舰机种,借以抗衡苹果。事实上,对 Android阵营来说,要取得3D感测硬件模块并不难,因为就算苹果以制程专利卡住了VCSEL产能,但仍可以利用传统光感测组件的IR LED或是边射型激光来达到光源发射的目的,至于CMOS影像传感器则有许多供货商。

目前包括华为、Oppo、小米、Vivo、三星等手机品牌大厂均加速抢入,近期相关零组件厂商送样认证的品牌客户就达到5到10家,预期最快2018年第2季将看到新品问世。LEDinside预估2020年VCSEL与边射型激光组成的红外线激光模块市场规模将达到19.53亿美元。

3D感测当红、中国台湾地区供应链水涨船高

随着Android阵营的手机厂商积极抢入3D感测应用,台厂供应链也随之看俏。其中,运用在VCSEL上红外线光源的砷化镓厂商,近期也成为市场上关注的焦点。台湾地区的砷化镓三雄稳懋、宏捷科、全新光电都相继切入VCSEL的应用。其中,稳懋在VCSEL上会是未来营收的主要成长动能。由于,VCSEL制造商若想切入新应用市场,须具备磊晶生成配方技术及采用 6吋晶圆厂生产,而稳懋已掌握全球主要光纤、微波通信约一半的代工市场,且加速扩增新晶圆厂、增加产能。

至于宏捷科,其将主力产品从功率放大器 (PA) 扩大到VCSEL之后,2017年营收状况开始回温。且VCSEL产品已出货到欧洲,加上日前AMS宣布合并的Princeton,其VCSEL代工厂就是宏捷科,使得宏捷科进一步能切入AMS供应链、进入3D感测市场中。

另一家供货商全新光电,其VCSEL磊晶除了手机应用外,未来还包括车用及安全监控等产品也有案子在开发送样进行中。全新目前 PA 磊晶营收占80%,在无线通信应用表现稳定,手机的应用将随着终端客户表现而定,市场看好iPhone X销售力量将延续到 2018 年第1 季。

另外,3D感测技术最难的部分,第一是要能够精确的进行距离量测,目前主要应用的技术包括了飞时测距及结构光两大主流。第二则是要具体可以解读ToF或SL测距参数,同时进行脸部或虹膜比对辨识的算法。Android阵营手机业者指出,要在2018年新款手机导入3D感测的最大问题不在硬件模块,而是在要采用正确的测距技术及正确的算法,而算法更是关键中的关键。

3D感测未来应用多元,市场发展后续可期

供应链厂商指出,由于过去VCSEL主要用于光纤通信与数据传输等应用,供应链厂商在稳定成长下,多半采取小而美的营运模式,市场统计过去20年来销往各种终端市场的VCSEL总量约为10亿支,而2016年应用于光收发器的VCSEL的销量逾3,000万支。2017年,iPhone X推出后,消费性电子产品的VCSEL出货规模已超越原有的光通讯市场,预期到2019年应用于智能型手机的VCSEL将达到2.4亿支,几乎是光通信应用需求量的5倍。

长期而言,因应物联网及云端运算等应用发展趋势,VCSEL市场成长潜力庞大。尤其是应用于数据中心、汽车夜视、自动驾驶等领域将更趋广泛。近年来,中国大陆积极扶植的砷化镓及通讯组件产业,亦将加速投入VCSEL战场,产业竞争将愈趋激烈。

供应链厂商认为,消费性电子产品快速发展已为VCSEL产业带来颠覆性的改变。2018年手机品牌厂与上游供应链合作将浮上台面,然而苹果已针对VCSEL及算法等技术布局多项专利,有意分食市场大饼的业者如何在避免侵犯专利疑虑下,提高3D感测精准度及性价比,恐怕是比扩充产能更为关键的要素。



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