蘋(píng)果（Apple）十周年款iPhone X的發(fā)布，使3D傳感成為2017年最火熱的話題。而另一端安卓（Android）陣營(yíng)的智能手機(jī)廠商，也將跟隨蘋(píng)果在其2018年推出的產(chǎn)品中引入3D傳感，這勢(shì)必將推動(dòng)3D傳感技術(shù)的核心組件——VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）的需求增長(zhǎng)。因此，VCSEL供應(yīng)鏈的相關(guān)廠商正在為該細(xì)分市場(chǎng)的起飛而積極布局。

VCSEL是生物識(shí)別技術(shù)的核心組件之一

那么，什么是3D傳感技術(shù)呢？它通過(guò)紅外激光掃描來(lái)捕捉物體的三維外形，是人臉識(shí)別的核心技術(shù)，在人臉識(shí)別過(guò)程中，創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字矩陣來(lái)定義人臉的形貌。因此，相比通過(guò)普通攝像頭來(lái)識(shí)別人臉，3D傳感技術(shù)要更加精確。

3D傳感為什么要采用VCSEL？因?yàn)殡S著VCSEL技術(shù)的不斷進(jìn)步，VCSEL技術(shù)具有高精度、小尺寸、低功耗和高可靠性等優(yōu)勢(shì)，使其成為3D攝像頭系統(tǒng)中最常用的紅外光源。

iPhone X嵌入3D傳感，市場(chǎng)勢(shì)必跟隨

Apple iPhoneX 3D攝像頭（TrueDepth）拆解分析

引自《蘋(píng)果iPhone X近紅外3D攝像頭傳感器》

從iPhone X的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)看，其3D傳感系統(tǒng)和前置攝像頭設(shè)置在正面屏幕的頂端，亦即大家昵稱(chēng)的“劉海”。這塊劉海從左至右依次排列了紅外攝像頭、泛光照明器、接近傳感器、環(huán)境光傳感器、揚(yáng)聲器、MEMS麥克風(fēng)、700萬(wàn)像素前置攝像頭以及點(diǎn)陣投影器。3D傳感模組在運(yùn)行時(shí)，點(diǎn)陣投影器會(huì)向手機(jī)前方的物體投射30000多個(gè)紅外光點(diǎn)，然后紅外攝像頭傳感器接收從物體反射回來(lái)的紅外光，由此創(chuàng)建包涵物體距離和深度信息的人臉3D形貌圖。最后，這些3D數(shù)據(jù)將被傳送至處理芯片進(jìn)行人臉識(shí)別和驗(yàn)證。如果數(shù)據(jù)匹配用戶預(yù)設(shè)的驗(yàn)證信息，iPhone X便會(huì)自動(dòng)完成解鎖。

泛光照明器便是一個(gè)VCSEL組件，為確保系統(tǒng)在暗光甚至黑暗環(huán)境中正常運(yùn)行而發(fā)射輔助紅外光。環(huán)境光傳感器負(fù)責(zé)探測(cè)環(huán)境光的強(qiáng)度，以自動(dòng)調(diào)節(jié)手機(jī)的屏幕亮度。接近傳感器則負(fù)責(zé)探測(cè)用戶和手機(jī)直接的距離，當(dāng)用戶離手機(jī)太近，例如當(dāng)用戶在接聽(tīng)電話時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉屏幕。因此，環(huán)境光傳感器和接近傳感器都是iPhone實(shí)現(xiàn)省電的關(guān)鍵組件。

不過(guò)，iPhone X并非蘋(píng)果首款商業(yè)化VCSEL的產(chǎn)品。蘋(píng)果在其AirPods藍(lán)牙無(wú)線耳機(jī)中已經(jīng)率先應(yīng)用了VCSEL技術(shù)，用于探測(cè)用戶是否佩戴AirPods耳塞，以自動(dòng)關(guān)閉未佩戴的耳塞從而實(shí)現(xiàn)省電。據(jù)麥姆斯咨詢(xún)此前報(bào)道，Hamar Laser Instruments（HLI，美國(guó)漢默激光）近期進(jìn)入了蘋(píng)果供應(yīng)鏈，為蘋(píng)果AirPods供應(yīng)VCSEL。

目前，iPhone X使用了3顆VCSEL芯片，隨著iPhone X出貨量的持續(xù)增長(zhǎng)，未來(lái)蘋(píng)果對(duì)VCSEL的需求將逐漸放大。據(jù)蘋(píng)果透露，2017年第四季度VCSEL芯片的采購(gòu)量相比2016年同期增長(zhǎng)了10倍。

安卓陣營(yíng)將攜3D傳感模塊在2018年殺入戰(zhàn)場(chǎng)

當(dāng)前，3D傳感已經(jīng)逐漸成為智能手機(jī)市場(chǎng)的新焦點(diǎn)。盡管蘋(píng)果一直在試圖把控整個(gè)VCSEL供應(yīng)鏈，但是這塊市場(chǎng)已經(jīng)發(fā)展了20余年，早已成熟應(yīng)用于光通信和光收發(fā)器等多個(gè)領(lǐng)域。不僅如此，隨著市場(chǎng)預(yù)期3D傳感應(yīng)用將爆發(fā)性增長(zhǎng)，除了現(xiàn)有的激光光學(xué)組件制造商和砷化鎵代工廠（Foundry）以外，擁有MOCVD設(shè)備系統(tǒng)的LED代工廠也將參與競(jìng)爭(zhēng)。

目前VCSEL供應(yīng)商主要包括Lumentum、Finisar和Princeton Optronics等。上游VCSEL 晶圓和芯片供應(yīng)商包括IQE、Epistar（芯片光電）和HLJ（華立捷科技）等。此外，Qualcomm（高通）和Himax Technologies（奇景光電）也攜手進(jìn)入3D傳感市場(chǎng)，預(yù)期收獲來(lái)自安卓陣營(yíng)的訂單。例如，小米便采用了由Qualcomm和Himax Technologies提供的3D傳感解決方案。

此前，蘋(píng)果向其VCSEL供應(yīng)商Finisar支付了3.9億美元，因此外界傳言蘋(píng)果對(duì)Finisar進(jìn)行了股權(quán)投資。后來(lái)，雙方對(duì)此進(jìn)行了澄清，這3.9億美元僅是蘋(píng)果未來(lái)VCSEL訂單的預(yù)付款。

據(jù)Finisar內(nèi)部人員透露，F(xiàn)inisar將利用這筆預(yù)付款升級(jí)其位于美國(guó)德州的制造工廠，在2018年實(shí)現(xiàn)VCSEL產(chǎn)能提升。在Finisar產(chǎn)能的支持下，蘋(píng)果未來(lái)或?qū)⒃罡?D攝像頭應(yīng)用到旗下更多的產(chǎn)品中，以及在iPhone背面嵌入第二套3D傳感系統(tǒng)，不僅用于人臉識(shí)別，還可以對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行3D掃描。蘋(píng)果計(jì)劃利用VCSEL技術(shù)為AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

美國(guó)Lumentum是3D傳感供應(yīng)鏈上的另一家關(guān)鍵供應(yīng)商，據(jù)傳目前已經(jīng)處于供應(yīng)短缺的狀態(tài)。據(jù)供應(yīng)鏈傳出的消息，2018年秋季，蘋(píng)果的人臉識(shí)別將不僅應(yīng)用于新款iPhone，還將應(yīng)用于高端大尺寸iPad中，以擴(kuò)展其AR應(yīng)用。因此，蘋(píng)果非常有必要在2018年第二季度落實(shí)第二家供應(yīng)商，以確保核心組件的供應(yīng)。

目前，華為、Oppo、小米、Vivo、三星等其它智能手機(jī)品牌都正在緊鑼密鼓地開(kāi)發(fā)搭載3D傳感模組的新款手機(jī)，預(yù)計(jì)它們最早也要到2018年第二季度問(wèn)世。麥姆斯咨詢(xún)預(yù)測(cè)，包含VCSEL和EEL（邊發(fā)射激光器）在內(nèi)的紅外激光模組市場(chǎng)到2020年將增長(zhǎng)至19.53億美元。

順勢(shì)而為的臺(tái)灣地區(qū)供應(yīng)鏈

隨著安卓陣營(yíng)智能手機(jī)廠商正積極地開(kāi)發(fā)3D傳感應(yīng)用，臺(tái)灣地區(qū)供應(yīng)鏈的相關(guān)廠商自然要緊跟趨勢(shì)。尤其是砷化鎵，作為VCSEL系統(tǒng)中紅外光源的關(guān)鍵要素，已逐漸成為市場(chǎng)焦點(diǎn)。臺(tái)灣當(dāng)?shù)氐纳榛壒?yīng)商包括WIN Semiconductors（穩(wěn)懋半導(dǎo)體）、Advanced Wireless Semiconductor Company（AWSC，宏捷科技）和Visual Photonics Epitaxy Co.（VPEC，全新光電），它們都在供應(yīng)VCSEL應(yīng)用市場(chǎng)。其中，穩(wěn)懋半導(dǎo)體的營(yíng)收增長(zhǎng)將主要受VCSEL拉動(dòng)。VCSEL制造商需要晶圓制造能力和使用6英寸晶圓Fab，而穩(wěn)懋半導(dǎo)體現(xiàn)在是光纖和微波通訊設(shè)備全球主要代工廠，與此同時(shí)，穩(wěn)懋半導(dǎo)體還在興建新的Fab，以持續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)能。

宏捷科技將其主打產(chǎn)品從功率放大器（PA）拓展至VCSEL后，其營(yíng)收自2017年開(kāi)始反彈。宏捷科技的VCSEL產(chǎn)品已經(jīng)出貨至歐洲地區(qū)。宏捷科技同時(shí)也是Princeton的VCSEL代工廠，使其在未來(lái)有可能進(jìn)一步拓展ams（艾邁斯）的供應(yīng)鏈以及3D傳感市場(chǎng)。

而另一家供應(yīng)商全新光電，其VCSEL晶圓已經(jīng)應(yīng)用于智能手機(jī)，此外還正在開(kāi)發(fā)汽車(chē)和監(jiān)視攝像頭領(lǐng)域的更多應(yīng)用。目前，全新光電的PA晶圓占其總營(yíng)收的80%，在無(wú)線通信應(yīng)用中具有穩(wěn)定的性能表現(xiàn)，至于在移動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域的性能，則有待市場(chǎng)反饋。

3D傳感技術(shù)目前面臨兩個(gè)主要挑戰(zhàn)。首先，它需要精準(zhǔn)地測(cè)量距離，當(dāng)前的解決方案主要包括飛行時(shí)間（ToF）和結(jié)構(gòu)光技術(shù)；其次，它需要對(duì)飛行時(shí)間和結(jié)構(gòu)光測(cè)量進(jìn)行特定的參數(shù)解譯，運(yùn)行獨(dú)特的算法進(jìn)行人臉或虹膜識(shí)別。因此，安卓手機(jī)供應(yīng)商指出，它們所面臨的最大的挑戰(zhàn)，不是3D傳感硬件模組，而是合適的距離測(cè)量技術(shù)和算法。

未來(lái)3D傳感將滲透更多應(yīng)用領(lǐng)域

過(guò)去VCSEL主要用于光通信和數(shù)據(jù)傳輸，由于相對(duì)穩(wěn)定的供應(yīng)鏈，所有供應(yīng)商都采取了“小，但穩(wěn)”的運(yùn)營(yíng)模式。過(guò)去20年，VCSEL的總出貨量約為10億顆，2016年，在光收發(fā)器領(lǐng)域的VCSEL出貨量超過(guò)了3000萬(wàn)顆。而在2017年iPhone X發(fā)布以后，VCSEL在消費(fèi)電子領(lǐng)域的出貨量已經(jīng)超越了當(dāng)前光通信領(lǐng)域的總和。到2019年，智能手機(jī)應(yīng)用的VCSEL出貨量預(yù)計(jì)將達(dá)到2.4億顆，大約將是光通信領(lǐng)域需求的5倍。

因此，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，由于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等市場(chǎng)的發(fā)展，VCSEL市場(chǎng)增長(zhǎng)潛力巨大。尤其是在數(shù)據(jù)中心、汽車(chē)夜視攝像系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。近幾年，中國(guó)政府積極支持砷化鎵產(chǎn)業(yè)和電信組件產(chǎn)業(yè)，布局VCSEL市場(chǎng)。其結(jié)果，必然加劇VCSEL領(lǐng)域的激烈競(jìng)爭(zhēng)。

因此，快速發(fā)展的消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)已經(jīng)深刻改變VCSEL市場(chǎng)。2018年，智能手機(jī)供應(yīng)商和VCSEL上游供應(yīng)商之間的合作即將開(kāi)始。不過(guò)，蘋(píng)果已經(jīng)在VCSEL和算法方面申請(qǐng)大量專(zhuān)利，占得先機(jī)。對(duì)于該產(chǎn)業(yè)的其它廠商來(lái)說(shuō)，除了產(chǎn)能擴(kuò)張外，還有更關(guān)鍵的問(wèn)題需要考慮。它們需要尋求提高3D傳感精度的有效方法，除了成本效益問(wèn)題外，還需要避免專(zhuān)利侵權(quán)問(wèn)題。