苹果加码控制3D感测核心器件供应，这是要断了安卓手机厂商的后路？

近日，有媒体报道称苹果其旗下的“Advanced Manufacturing Fund”的投资基金（规模10亿美元）向光学器件公司Finisar（菲尼萨）投资3.9亿美元。消息传出之后，在开盘之前菲尼萨股价大涨28%。那么苹果为何会斥巨资投资Finisar呢？因为其能够提供iPhone X的3D人脸识别系统所需的关键器件——VCSEL芯片。而这也直接导致了iPhone X现有的VCSEL芯片供应商Lumentum的股价大幅下跌。

什么是VCSEL？它是怎么工作的？

随着苹果iPhone X的推出，3D人脸识别市场也被彻底点燃。而iPhone X之所以能够实现出色的3D人脸识别功能，关键则在于隐藏于其“齐刘海”当中的TrueDepth相机系统。

从上面这张图上我们可以看到，在iPhone X的“齐刘海”部分，挤进了众多的元器件，而TrueDepth相机系统则主要包括了红外摄像头、Flood Illuminator（泛光感应原件）、前置摄像头和Dot projector（点阵投影器，即结构光发射器）。

当iPhone X的人脸识别启动时，点阵投影器将会发射超过30000个肉眼不可见的光点，覆盖整个面部，而红外摄像头则主要负责收集这些光点绘制成精确细致的具有深度信息的面部图像。可以说，点阵投影器是决定iPhone X的3D人脸识别性能的关键。那么点阵投影器又是如何工作的呢？

点阵投影器里有一颗VCSEL芯片，当点阵投影器被启动后，VCSEL芯片发射的红外光经由正对着芯片上方的准直镜头射出，经过两个反射镜面，最后通过光学衍射元件（DOE）形成约30000多个红外结构光射出。

VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直共振腔表面放射激光）是一种垂直表面出光的新型激光器，也是光纤通讯所采用的光源之一。VCSEL 的制造依赖于MBE(分子束外延)或MOCVD(金属有机物气相沉积)工艺，在GaAs(80%左右的份额)或InP(15%左右的份额)晶圆上生长多层反射层与发射层。由于VCSEL 主要采用三五族化合物半导体材料GaAs 或 InP(含有In、Al 等掺杂)，因此移动端VCSEL产业链与化合物半导体产业链结构类似。

为何不是红外LED，而是VCSEL ？

目前广泛应用的3D传感系统其实在传统的摄像头的基础上，引入基于TOF（Time of Flight，飞行时间测距）或结构光技术的3D感知技术。这两种主流3D感知技术均为主动感知，即主动通过发射红外光源来进行感测，所有需要增加红外发射光源、光学组件以及红外摄像头等组件，其中最为关键的就是红外光源的发射器。

红外的波长主要是700nm-2500nm， 因为800nm以下的波长，太靠近可见光，极其容易受到太阳光的干扰，因此对光源的选择，需求是波长800nm以上，红外LED和VCSEL都可以满足这个要求。但红外LED作为光源，不具有谐振腔，导致光束更加发散，指向性比VCSEL差。而VCSEL在光电转换效率、精确度、小型化、功耗、距离、可靠性等指标上都具有较大优势。另外，随着VCSEL的技术成熟，其在成本上与红外LED的差距也越来越小。因此，3D传感系统选择VCSEL作为光源是一大趋势。这里值得一提的是，通常用于3D感应的VCSEL波长做到940nm效果会比较好，因为太阳光中，这块波长的数量最少，产生的干扰也最小。

VCSEL供应链概况

 VCSEL激光器最早进入商用是在1996年，被应用在光通信领域。随着消费电子的高速发展，VCSEl低功耗、低成本的优势逐渐被发现，以Lumentum为代表的光器件厂商为之开拓了通信工业以外的应用，比如2008年Lumentum的VCSEL技术已经开始被应用于微软的Kinect上。今年Lumentum打入苹果3D感应产业链，为iPhone X供应VCSEL。自今年2月以来，Lumentum的股价最高涨了60%多。

目前，除了Lumentum之外，具有移动端VCSEL芯片设计能力的公司，全球只有少数几家，例如Finsar、Princeton Optronics、Heptagon、ⅡⅥ等公司，并且大都是从光通信芯片领域，转型到消费电子市场的。值得注意的是，2016年10月，ams（奥地利微电子）全资收购了Heptagon，随后在今年3月，又收购了Princeton Optronics，这也使得ams在VCSEL芯片领域的影响力大幅提升。

在VCSEL设计和芯片代工方面，台湾厂商也具有一定的优势。比如在上游方面，全新、联亚与光环科技都积淀了十五年的外延与芯片技术，LED大厂晶电也早做了布局。芯片制造方面，Lumentum的代工订单是交给了稳懋，宏捷科技则拿下了Princeton Optronics的代工订单。封装方面，台湾也累积了长久的精密封装实力，目前联钧、华信、华星、光环、矽品与同欣都是有实力可以达到世界大厂要求的封装技术。此外，长期专注VCSEL技术与产品的公司华立捷，更是具有上中下游垂直整合的实力，也是目前在VCSEL模组上可以跟国际大厂竞争的公司。

虽然国内厂商在VCSEL这块起步相对较晚，目前光通信芯片企业光讯科技和华芯半导体都已具备了VCSEL芯片量产能力，华工科技的子公司华工正源也很有潜力，但目前这几家公司的主要精力还是放在光通信领域。另外，三安光电在2016年也切入了VCSEL产业。国内初创企业纵慧光电也正在开发并批量试产VCSEL。但是，到目前为止，国内尚无一家拥有针对移动端3D感测市场的VCSEL芯片量产能力的企业。

苹果提前锁定3D感测核心资源

2013年，苹果iPhone 5S率先将指纹识别带入到了智能手机当中，引领了指纹识别的普及大潮，经过几年时间的发展，现在指纹识别几乎成为了智能手机的标配。今年苹果iPhone X又率先采用了3D人脸识别取代了传统的TouchID指纹识别，外界普遍认为，明年的三款全新iPhone将会全面标配3D人脸识别。而今年iPhone X的推迟发售，以及前期产能受限的一个主要的原因就是由于3D感测模组的供应不足。试想一下，如果明年的三款新iPhone全面标配3D人脸识别，对于3D感测相关元器件的需求将可能在现有基础上增长数倍以上。

另外，由于iPhone X的带动，明年安卓阵营当中的不少手机厂商可能都会跟进3D人脸识别，届时市场对于3D感测器件的需求将会大增。所以，苹果要想明年三款标配3D人脸识别的新iPhone顺利推出的话，就必须要保证3D感测核心器件的供应。

前面提到，目前全球只有少数几家厂商拥有移动端VCSEL芯片供应能力，其中Lumentum已经是苹果iPhone X的VCSEL芯片主要供应商，大部分的产能已经被苹果锁定。现在，苹果又宣布投资Finisar，为的就是要为了iPhone全面标配3D人脸识别而提前锁定3D感测的核心器件。

消息显示，苹果此次投资将有助于Finisar在美国本土扩张。Finisar董事长杰瑞·罗尔斯（Jerry Rawls）对CNBC表示：“我们必须扩大产能，问题是在哪里扩大产能？苹果鼓励我们在我们现有的工厂扩大产能。”Finisar目前在德州Sherman拥有占地70万平方英尺的制造工厂。

根据Finisar的介绍，目前其VCSEL业务获得的营收只有区区几百万美元，但在未来几个季度需求就会大幅增加。不言而喻的是，除了Lumentum之外，Finisar接下来也将会成为苹果的VCSEL芯片的主要供应商。

这样一来，明年安卓阵营的智能手机厂商要想上3D人脸识别，在VCSEL这块就会被苹果卡死，虽然可以找ams合作，但是可选择性小了，同时恐怕会出现僧多肉少的局面，ams可能也会成为苹果的三供。

另外，对于那些不准备升级3D人脸识别，而是选择采用屏下指纹的手机厂商来说，近日迎来了好消息。日前Synaptics率先发布了全球首款屏下指纹传感器——Clear ID FS9500，可以实现不需要进行任何开孔的情况下，在屏幕显示区域实现指纹识别。已确定vivo将会首发。此外，高通的基于超声波技术的屏下指纹可能明年年初也会开始量产。但是，这里有个问题就是，不论是Synaptics还是高通的方案，要想实现比较好的屏下指纹体验，就需要柔性OLED屏来配合，而柔性OLED屏资源目前也还是比较紧缺的。有消息称，明年三星或将推出基于柔性OLED屏的可折叠设备，另外苹果明年可能也将会增加OLED屏的机型。这些都可能将导致OLED的整体供应趋紧。特别是对于基于光学的屏下指纹，还需要OLED屏厂和模组厂来配合。这也使得明年上半年屏下指纹只有极少数大厂才能用上。

“现在国产的屏下指纹厂商进展大都不是很顺利，主要是拿不到量产资源，都在排队等屏。另外模组厂也要重新买设备来加工。这也使得真正的到产品端的时间比之前预计的要更晚了。”一位国产指纹芯片厂商的负责人告芯新智讯。

如此看来，对于安卓阵营的手机厂商们来说，如果明年上半年既无法拿到3D感测器件的资源，又拿不到实现屏下指纹的所需的资源，恐怕产品功能的升级将会陷入青黄不接的尴尬局面。

作者：芯智讯-浪客剑

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