文｜半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫
在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代，指紋識(shí)別芯片正以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在眾多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。
從原理上來說，指紋識(shí)別技術(shù)本質(zhì)上屬于生物識(shí)別技術(shù)（biometrics）的一種，因其獨(dú)特性、穩(wěn)定性及便捷性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于手機(jī)解鎖、移動(dòng)支付等多種場(chǎng)景，并隨著技術(shù)的迭代而產(chǎn)生不同的類型。
縱觀全球指紋芯片廠商，目前國(guó)外的指紋識(shí)別廠商主要有AuthenTec、FPC、Synaptics等幾個(gè)國(guó)際大廠，以及神盾、義隆、敦泰、茂丞等中國(guó)臺(tái)灣廠商之外，大陸指紋識(shí)別芯片廠商主要有匯頂、邁瑞微、費(fèi)恩格爾、信煒、芯啟航、貝特萊、思立微、集創(chuàng)北方、比亞迪半導(dǎo)體等十多家企業(yè)。
01、叱咤江湖的指紋識(shí)別芯片
最早的指紋識(shí)別其實(shí)可以追溯到3800～3500年前，我國(guó)新石器時(shí)代的仰韶文化遺址、二里頭遺址出土的陶器有明顯紋理清晰的指紋痕跡，說明古人已經(jīng)會(huì)使用指印了。
古代在簽訂一些重要的契約或資料時(shí)，例如簽寫認(rèn)罪書，“簽字畫押”就派上了用處。
不過，指紋識(shí)別成為應(yīng)用于電子領(lǐng)域是在1998年。西門子最早研發(fā)了首款搭載指紋識(shí)別的手機(jī)：西門子（SL10)1088。
之后到了2013年，蘋果推出了首款搭載正面按壓式指紋識(shí)別的手機(jī)iPhone5s，并把指紋叫做Touch ID。在5s前面做指紋的手機(jī)也有上百個(gè)，但是人們一聊起指紋記住的卻只有蘋果。
到了2014年，華為推出了國(guó)內(nèi)首款采用指紋識(shí)別的手機(jī)Mate7，此后國(guó)內(nèi)一眾手機(jī)品牌紛紛加入，指紋識(shí)別芯片市場(chǎng)也因此迎來了爆發(fā)式增長(zhǎng)。
2016年至2017年上半年，手機(jī)終端的需求極大地刺激了指紋芯片的出貨量。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2016年的指紋識(shí)別傳感器的出貨量已達(dá)6.89億顆，相較2013年的2300萬顆，CAGR值高達(dá)210%，而在2017年的智能手機(jī)總出貨量中，約有60%以上的智能手機(jī)采用了指紋識(shí)別技術(shù)。
屏下指紋識(shí)別的出現(xiàn)又成為指紋芯片廠商們的新“興奮點(diǎn)”，包括Synaptics、Goodix、Qualcomm、Egis等在內(nèi)眾多廠商，都加入了研發(fā)隊(duì)伍。國(guó)內(nèi)指紋芯片龍頭匯頂科技也在那段時(shí)期，憑借屏下指紋芯片大規(guī)模量產(chǎn)，迎來了巔峰時(shí)刻，于2019年9月份市值正式突破千億元，成為A股首家市值突破千億的半導(dǎo)體公司。然而，市場(chǎng)狂歡終究要迎來落幕。曾經(jīng)在電子領(lǐng)域大放異彩的指紋識(shí)別芯片，如今市場(chǎng)卻不如往昔。
“敗你的不是同行，而是跨界。”
重創(chuàng)指紋識(shí)別芯片市場(chǎng)的也并非越來越先進(jìn)的指紋識(shí)別技術(shù)，而是隨著全面屏手機(jī)崛起的人臉識(shí)別技術(shù)。其非接觸式的便捷性和快速識(shí)別的優(yōu)勢(shì)，在眾多場(chǎng)景下對(duì)指紋識(shí)別形成有力替代。
再加上市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，企業(yè)眾多導(dǎo)致產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，價(jià)格戰(zhàn)不斷壓低利潤(rùn)空間。匯頂科技董事長(zhǎng)張帆2023年6月曾直言：“指紋芯片技術(shù)發(fā)展成熟，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，廠商之間的價(jià)格戰(zhàn)，也影響了匯頂科技毛利率，從而進(jìn)一步壓縮了利潤(rùn)空間?！?/p>
難以彌補(bǔ)的智能手機(jī)市場(chǎng)下降缺口，指紋識(shí)別芯片逐漸不再輝煌。
02、指紋識(shí)別芯片應(yīng)用場(chǎng)景
不過，指紋識(shí)別芯片仍然具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。
智能手機(jī)領(lǐng)域
2023年，國(guó)內(nèi)智能手機(jī)屏下指紋識(shí)別占比43%，同比上升10個(gè)百分點(diǎn)，主要源于小米、榮耀、華為等主流品牌屏下指紋識(shí)別手機(jī)銷量增長(zhǎng)的帶動(dòng)，其中小米同比增幅最大，達(dá)129%，榮耀、華為同比分別增長(zhǎng)48%和42%。
在OLED智能手機(jī)出貨量同比增加的情況下，屏下指紋識(shí)別搭載率呈持續(xù)上行趨勢(shì)占比創(chuàng)歷史新高，達(dá)45%，而側(cè)邊指紋識(shí)別占比同比下降12%，后置指紋識(shí)別占比下降至1%，前置指紋已淡出國(guó)內(nèi)智能手機(jī)指紋識(shí)別市場(chǎng)。
當(dāng)前智能手機(jī)指紋識(shí)別傳感器主要廠商包括高通、匯頂科技（Goodix Technology）、神盾股份（Egis）、Fingerprints、JIIOV（極豪科技）、思立微電子等。
應(yīng)用案例方面，華為、OPPO、vivo、小米等眾多品牌的手機(jī)廣泛采用指紋識(shí)別芯片。例如，OPPO Find N3是業(yè)界首個(gè)搭載側(cè)邊蓋板指紋方案的旗艦級(jí)手機(jī)，采用極豪側(cè)邊電容指紋識(shí)別芯片 JV0103，該芯片寬度僅為 1.80mm。
智能家居領(lǐng)域
隨著智能設(shè)備的持續(xù)發(fā)展，指紋識(shí)別技術(shù)成為現(xiàn)在智能終端市場(chǎng)和移動(dòng)支付市場(chǎng)中占有率最高的生物識(shí)別技術(shù)。憑借高識(shí)別率、短耗時(shí)等優(yōu)勢(shì)，被廣泛地運(yùn)用在智能家等設(shè)備上。
智能門鎖是指紋識(shí)別芯片的重要應(yīng)用場(chǎng)景。如華為智能門鎖，通過搭載雙引擎 AI 指紋解鎖技術(shù)，結(jié)合1 TOPS 算力的 AI 芯片與動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)引擎，實(shí)現(xiàn)快速解鎖并持續(xù)學(xué)習(xí)指紋特征。其深度超分引擎能精準(zhǔn)識(shí)別老人指紋磨損、小孩指紋淺、手指出汗或沾水漬等各類指紋狀況。
TCL K2 智能門鎖，采用智能半導(dǎo)體指紋識(shí)別裝置，搭配瑞典 FPC 的指紋模塊，實(shí)現(xiàn)最高 100 枚指紋錄入、0.3s 快速識(shí)別用戶指紋并開鎖的效果，配合 192×192 的高密度像素點(diǎn)和逐層指紋識(shí)別算法。
比亞迪智能門鎖主控 MCU BF5885AM64。這是一款 “四合一” 智能門鎖芯片，將主控 MCU、智能觸控按鍵、RFID 智能卡檢測(cè)和語音播放進(jìn)行了整合，能夠滿足目前智能門鎖應(yīng)用的大部分需求。高度集成化的設(shè)計(jì)，極大地縮短了軟硬件的開發(fā)周期，加快了終端產(chǎn)品上市的進(jìn)程。該芯片預(yù)留了豐富的功能拓展接口，包括 I/O、SPI、ADC、PWM、UART 等，其中 UART 接口可與藍(lán)牙模塊、人臉識(shí)別模塊、指紋識(shí)別模塊連接，實(shí)現(xiàn)功能拓展。
汽車領(lǐng)域
實(shí)際上，指紋識(shí)別技術(shù)在汽車領(lǐng)域也有所應(yīng)用。
領(lǐng)克汽車發(fā)布的 05 車型采用了匯頂科技的車規(guī)級(jí)指紋識(shí)別方案，為駕駛者打造專屬智能座艙的 “入口”。匯頂科技的車規(guī)級(jí)指紋識(shí)別方案，在芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和封裝測(cè)試等環(huán)節(jié)均滿足車規(guī)級(jí)質(zhì)量認(rèn)證要求（AEC-Q100 和 IATF 16949）。通過指紋驗(yàn)證，可實(shí)現(xiàn)駕駛者個(gè)性化賬戶一鍵登錄功能，自動(dòng)同步各項(xiàng)座艙偏好設(shè)定，如后視鏡角度、座椅位置、燈光、空調(diào)等，還可開啟電子手套箱及后備箱。
匯頂科技在汽車指紋識(shí)別領(lǐng)域積極探索和創(chuàng)新，其車規(guī)級(jí)指紋識(shí)別芯片已實(shí)現(xiàn)商用化。匯頂科技向投資者介紹時(shí)表示，車規(guī)級(jí)觸摸屏芯片可支持小、中、大尺寸全系列中控屏，已規(guī)模商用于日產(chǎn)、三菱、上汽、廣汽、比亞迪、理想等眾多海外、合資及自主品牌，并覆蓋日韓、歐美及中國(guó)市場(chǎng)。
03、指紋識(shí)別芯片真的末路了嗎？
雖然面部識(shí)別技術(shù)來勢(shì)洶洶，但指紋識(shí)別芯片并非毫無還手之力。在準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性方面，指紋識(shí)別依然有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。而且值得注意的是，超聲波屏下指紋識(shí)別迎來了新的機(jī)遇。
指紋識(shí)別技術(shù)可以分為三種：光學(xué)、超聲波和電容。
電容式指紋識(shí)別算是最早的指紋識(shí)別技術(shù)。電容式指紋識(shí)別技術(shù)根據(jù)采集的方式可以進(jìn)一步細(xì)分為刮擦式和按壓式。刮擦式類似于相機(jī)拍照，當(dāng)手指在傳感器表面滑動(dòng)時(shí)，傳感器對(duì)指紋進(jìn)行“拍照”從而采集信息進(jìn)行識(shí)別。按壓式電容指紋識(shí)別作為前者的優(yōu)化方案，手指只需按壓在傳感器上，就能快速識(shí)別指紋，更易于操作。
光學(xué)式指紋識(shí)別主要利用光反射原理，將指紋傳感器巧妙地嵌入屏幕下方，手指按住對(duì)應(yīng)屏幕識(shí)別區(qū)域即可解鎖。主要缺點(diǎn)是它們有時(shí)會(huì)被“欺騙”。由于該技術(shù)僅能捕獲2D圖片，因此可以使用假肢甚至高質(zhì)量的圖片來騙過傳感器。
超聲波式指紋識(shí)別工作原理是當(dāng)手指按壓屏幕，屏幕下的傳感器就會(huì)向手指按壓區(qū)域發(fā)射超聲波，接觸到指紋凹凸不平的溝壑時(shí)，超聲波被吸收、穿透、反射的程度有差異，會(huì)產(chǎn)生不同能量的回波并被傳感器接收，從而構(gòu)建出3D指紋圖像。
相較于光學(xué)指紋識(shí)別，超聲波式指紋識(shí)別技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括穿透性更強(qiáng)，抗水漬、污漬干擾能力強(qiáng)，識(shí)別率高，支持活體檢測(cè)，安全性較高。
在2015世界移動(dòng)通信大會(huì)（MWC 2015）上，高通正式推出移動(dòng)行業(yè)首個(gè)基于超聲波技術(shù)的3D指紋認(rèn)證解決方案——Qualcomm Snapdragon Sense ID 3D指紋技術(shù)。
真正讓超聲波指紋出彩的是2021年8月份iQOO8Pro發(fā)布的“超聲波3D廣域指紋技術(shù)”，這個(gè)技術(shù)的特點(diǎn)有兩個(gè)，首先就是解鎖面積超級(jí)大，這直接和指紋模組的面積相掛鉤（遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于三星的）；另外就是“一次錄入”即可的便捷體驗(yàn)，用過之后基本就離不開了。到目前為止超聲波指紋識(shí)別依然是頂級(jí)的方案。
目前，超聲波指紋技術(shù)已在市場(chǎng)上得到了一定程度的應(yīng)用，如vivo X90 Pro、iQOO 12系列和魅族21 Pro等手機(jī)均采用了該技術(shù)。
同時(shí)，產(chǎn)業(yè)鏈傳出的消息稱，匯頂科技的單點(diǎn)超聲波指紋芯片GUM5228獲得了小米手機(jī)的認(rèn)可，或?qū)⒋钶d在小米15系列手機(jī)全系產(chǎn)品上面。
據(jù)了解超聲波指紋芯片GUM5228是匯頂科技推出的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超聲波指紋傳感器。利用超聲波構(gòu)建和識(shí)別三維指紋信息，該方案顯著提升了指紋使用的安全性，并基于自研CMOSSensor架構(gòu)，擁有優(yōu)異的信噪比及識(shí)別性能，大幅優(yōu)化了供應(yīng)鏈工藝與制造成本。
GUM5228芯片主要用于柔性AMOLED屏下指紋識(shí)別，以晶圓級(jí)聲學(xué)層加工，簡(jiǎn)化了供應(yīng)鏈；指紋模組尺寸僅為16.85mm*13.4mm*0.17mm，識(shí)別面積為5mm*5mm，釋放更多手機(jī)內(nèi)部空間；解鎖區(qū)域設(shè)計(jì)更靈活，更符合人體工程學(xué)，擁有極速解鎖體驗(yàn)。
不過，超聲波指紋識(shí)別依然具有高昂的成本。根據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，手機(jī)上一套完整的超聲波指紋模塊的成本價(jià)大概在70元左右，而主流的屏下指紋模塊成本價(jià)為20-30元之間。高了整整兩三倍，這對(duì)于手機(jī)這種產(chǎn)品來說，已經(jīng)是一個(gè)非常夸張的成本差距了。其次它的功耗和發(fā)熱量較大，對(duì)手機(jī)的續(xù)航和散熱產(chǎn)生一定影響，手機(jī)廠商需要單獨(dú)為其調(diào)試新的識(shí)別算法。
從之前的魅族21，再到iQOO Neo 9SPro+，再到小米15系列，超聲波指紋識(shí)別出現(xiàn)的概率越來越高。行業(yè)分析人士表示，隨著手機(jī)更新迭代，手機(jī)指紋解鎖方案也不斷升級(jí)。近年來，超聲波指紋識(shí)別技術(shù)趨于成熟，未來隨著成本下降，超聲波指紋識(shí)別有望向中低端手機(jī)普及，成為屏下指紋識(shí)別主流方案，市場(chǎng)推廣空間廣闊。
超聲波指紋識(shí)別為指紋識(shí)別芯片又打開了一扇新的大門。