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最完整的懒人包:苹果 3D 感测发展,市场与供应链厂商未来看俏

中国奥秘 2020-07-16
最完整的懒人包:苹果 3D 感测发展,市场与供应链厂商未来看俏

虽说有供应链厂商传出,iPhone X 销量未达预期,使得苹果正在下调订单。但是,藉由 iPhone X 却带动了 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 阵营手机厂亦将再接下来大举跟进採用 3D 感测技术,这使得关键零组件「垂直共振腔面射雷射」(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)产能需求大增,引起供应商新一轮的强力卡位战。

3D 感测具体辨识生物特徵,VCSEL 为其中关键零组件

什幺是 3D 感测技术?在此先跟大家说明一下。3D 感测技术是脸部识别的核心,透过 3D 雷射扫描(3D感测)来建立一种非接触、非破坏性技术来数位化捕捉物理对象的形状。在脸部辨识中,它将创建一个定义人脸外观的数位矩阵。举个例子,它可以使手机更精确地记录使用者脸部轮廓,这要比从照片上辨识精确得多。

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至于,为什幺要用 VCSEL?随着 VCSEL 技术的成熟,VCSEL 在有高精确度、小型化、低功耗、可靠性等全方面都占有优势的情况下,现在常见的 3D 镜头系统一般都採用 VCSEL 做为红外线光源。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。先把 iPhone X 拿来看到正面萤幕上方的「浏海」部分,也就是安装 3D 感测系统与前置相机的地方。由左边看起陆续是红外线镜头、泛光照明器、接近感测器、环境光感测器、喇叭、麦克风、700 万像素前置镜头以及点阵投射器等。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 个雷射光点到目标物上,然后藉由 30,000 个雷射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,再传递至晶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「浏海」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。而环境光感测器与接近感测器则是手机常见的省电功能,环境光感测器可以侦测使用者的环境光源,自动调整手机亮度。而接近感测器则是会自动侦测手机与使用者的距离。如果太过靠近,就像手机使用者以听筒接听电话时,手机萤幕就会自动关闭。

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在了解 iPhone X 在 3D 感测系统上的複杂应用架构之后,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 AirPods 在这款颇受欢迎的耳机中,感测器用来监测目前是被摘下还是正在使用的状态。目前 iPhone X 使用了 3 颗 VCSEL 晶片,随着 iPhone X 的出货量逐渐走高,苹果对该晶片的需求也开始加大。苹果公司透露,和 2016 年相比,2017 年第四季对 VCSEL 晶片的採购增加了 10 倍。

Android 阵营加入 3D 感测战场,2018 年相关产品亮相

目前 3D 感测应用已成为智慧型手机市场关注的新焦点,儘管苹果有意掌控关键元件 VCSEL 的产能,但其市场上对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,随着应用市场迎接接下来的爆发期,不仅是原有的雷射光元件厂商、砷化镓代工厂加入战局,还有同样採用 MOCVD 机台的 LED 磊晶厂亦跃跃欲试。

据了解,目前 3D 感测技术上,VCSEL 供应商除了 Lumentum、Finisar 之外,目前还有 Princeton Optronics 等。而上游 VCSEL 磊晶与晶片供应厂包含 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,小米手机採用 3D 感测技术将基高通与奇景光电的技术方案。

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

据业内人士透露,Finisar 将藉由苹果的资金,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 相机导入更多 iPhone 产品线,或是于 iPhone 背部新增第二颗的感测器阵列,不仅能进行脸部辨识,亦能扫描使用者所处的周遭环境,苹果有意透过 VCSEL 技术强化扩增实境(Augmented Reality,AR)版图布局。

儘管 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 亦将採用 3D 感测技术,以延伸其 AR 的附加功能,因此,苹果势必得扶植第二供应商,以确保 2018 年下半新机问世后的零元件供应顺畅。

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,藉以抗衡苹果。事实上,对 Android 阵营来说,要取得 3D 感测硬体模组并不难,因为就算苹果以製程专利卡住了 VCSEL 产能,但仍可以利用传统光感测元件的 IR LED 或是边射型雷射来达到光源发射的目的,至于 CMOS 影像感测器则有许多供应商。

目前包括华为、Oppo、小米、Vivo、三星等手机品牌大厂均加速抢入,近期相关零元件厂商送样认证的品牌客户就达到 5 到 10 家,预期最快 2018 年第二季将看到新品问世。LEDinside 预估 2020 年 VCSEL 与边射型雷射组成的红外线雷射模组市场规模将达到 19.53 亿美元。

3D 感测当红,台湾供应链水涨船高

而随着 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。国内的砷化镓三雄稳懋、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 製造商若想切入新应用市场,须具备磊晶生成配方技术及採用 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,在宏捷科的部分,在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 宣布合併的 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。

另一家供应商全新光电,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已经案子在开发送样中。全新目前 PA 磊晶营收占 80%,在无线通讯应用表现稳定,手机的应用将随着终端客户表现而定,由于市场看好 iPhone X 销售力量将延续到 2018 年第一季。

另外,3D 感测技术最难的部份,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等两大主流。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演算法。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体模组,而是在要採用正确的测距技术及正确的演算法,而演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资料传输等应用,供应链厂商在稳定成长下,多半採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 年应用于智慧型手机的 VCSEL 将达到 2.4 亿支,几乎是光通信应用需求量的 5 倍。

所以,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,是应用于资料中心、汽车夜视、自动驾驶等领域将更趋广泛。近年来,中国积极扶植的砷化镓及通讯元件产业,亦将加速投入 VCSEL 战场,产业竞争将愈趋激烈。

因此,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檯面,然而苹果已针对 VCSEL 及演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 感测精準度及性价比,恐怕是比扩充产能更为关键的要素。

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