光學(xué)指紋識別讓思立微成為 “屏下”焦點(diǎn)

多年來，國產(chǎn)手機(jī)品牌一直都是緊跟iPhone的腳步。但iPhone X的劉海屏和3D人臉識別卻讓大家犯了難。結(jié)構(gòu)光和3D傳感器技術(shù)對用戶使用習(xí)慣的顛覆性改變，以及國內(nèi)供應(yīng)鏈難以短時間內(nèi)達(dá)到成熟的現(xiàn)實(shí)讓國內(nèi)手機(jī)品牌難以及時跟進(jìn)。這時，屏下光學(xué)指紋識別為手機(jī)廠商們帶來了走自主創(chuàng)新之路的契機(jī)，一時間屏下指紋解鎖成了一線品牌高端機(jī)型的應(yīng)用重頭戲。

目前，國內(nèi)能夠批量提供這種光學(xué)指紋識別芯片的廠商只有匯頂和思立微。繼成為OPPO今年發(fā)布的旗艦機(jī)型R17的光學(xué)指紋供應(yīng)商后，思立微更成為國內(nèi)多家一線手機(jī)廠商青睞的指紋識別合作伙伴。而最近幾個月，匯頂接二連三對思立微發(fā)起專利訴訟，更將一向保持低調(diào)的思立微推向風(fēng)頭浪尖。思立微究竟是一家什么樣的公司呢？

清華學(xué)子的執(zhí)著

上海思立微電子科技有限公司創(chuàng)始人程泰毅畢業(yè)于清華大學(xué)電子工程系，2011年在上海張江科技園創(chuàng)立了思立微。公司成立初期主要以電容觸控芯片開發(fā)為主，從2014年開始推出指紋識別芯片，公司一直專注于人機(jī)交互傳感器芯片及全套解決方案的研發(fā)。2016年憑借過硬的技術(shù)和產(chǎn)品成功進(jìn)入手機(jī)一線品牌供應(yīng)商陣營。

早在開發(fā)電容指紋識別芯片之時，基于對市場趨勢的判斷，思立微就開始與其股東之一格科微電子（國內(nèi)最大的CMOS圖像傳感器芯片開發(fā)商）在光學(xué)指紋識別技術(shù)方面展開研發(fā)合作，完成了蓋板下鏡頭陣列的光學(xué)指紋識別方案。但因電容指紋成本的快速下降和市場早期對屏下需求相對較弱，光學(xué)項目暫停了一年。到了2017年，隨著全面屏的到來，屏下指紋解鎖成了高端機(jī)型的突出賣點(diǎn)，思立微又重啟了光學(xué)項目。基于格科微成熟的CIS工藝和產(chǎn)業(yè)鏈，加上思立微在指紋SoC和系統(tǒng)算法的經(jīng)驗(yàn)，該項目研制的屏下光學(xué)指紋識別芯片很快就進(jìn)入了商用，并于今年二季度成功量產(chǎn)。

OPPO R17讓思立微從“幕后”走到“屏下”

R17是OPPO首款配置光感屏下指紋解鎖的旗艦機(jī)型，所使用的指紋識別芯片就來自上海思立微。作為思立微第一個量產(chǎn)的屏下光學(xué)指紋項目，也是業(yè)界第一個使用調(diào)焦結(jié)構(gòu)的單芯片指紋方案，思立微對此給予了高度重視。由公司副總裁親自帶領(lǐng)幾十人的工程開發(fā)、算法應(yīng)用、軟件支持團(tuán)隊與客戶團(tuán)隊封閉開發(fā)，共同完善整機(jī)的方案驗(yàn)證、功能開發(fā)、效果優(yōu)化，從而成功保證了OPPO R17的順利量產(chǎn)和持續(xù)升級。

圖一：OPPO R17光感指紋解鎖 （來源：OPPO）

根據(jù)CCID 2017年度數(shù)據(jù)統(tǒng)計，思立微在全球指紋識別芯片市場排名第三位（蘋果系列產(chǎn)品除外），而其電容觸控芯片出貨量為全球市場第四位。 公司2017年營收為4.50億元，主要來自電容觸控和電容指紋產(chǎn)品，而今年營收預(yù)期將超過6.0億元，主要增長來自電容指紋市場份額上升和光學(xué)指紋產(chǎn)品。根據(jù)行業(yè)預(yù)計，未來2-3年屏下光學(xué)指紋解鎖將成為安卓手機(jī)的主流，而目前只有匯頂和思立微這兩家供應(yīng)商已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。隨著屏下光學(xué)解鎖進(jìn)入千元機(jī)市場，相信兩家公司在未來的幾年內(nèi)都將有不俗的業(yè)績表現(xiàn)。

表一：手機(jī)指紋識別芯片主要供應(yīng)商

光學(xué)和超聲“雙管齊下”

思立微以電容觸控芯片起家，現(xiàn)已成為平板市場的領(lǐng)頭羊。在指紋識別方面，其電容和屏下光學(xué)指紋識別芯片都已量產(chǎn)出貨，而正在開發(fā)中的超聲指紋識別芯片也有望于明年投產(chǎn)。面對瞬息萬變的市場需求，公司如何做出正確決策并合理分配有限的研發(fā)資源？這對于每一個技術(shù)型公司都是一個巨大的挑戰(zhàn)。當(dāng)時思立微站在指紋技術(shù)的十字路口，面臨的殘酷現(xiàn)實(shí)是新技術(shù)并沒有明確的方向，而每個可能的方向都需要大量的資源投入。何時可商用，誰都不敢斷言，因?yàn)檫@是技術(shù)和商業(yè)共同作用的結(jié)果，巨大的投入也可能一無所獲。在屏下超聲波與屏下光學(xué)兩條技術(shù)路線上，思立微有超過四個方向并行開發(fā)，而且每個方向還分成若干個模塊需要去攻關(guān)。

思立微表示，無論何種技術(shù)、產(chǎn)品及其產(chǎn)業(yè)鏈都需要時間才能完善。在電容方面，思立微花了3年時間進(jìn)行自主技術(shù)方案的研發(fā)和完善；在超聲技術(shù)方面，思立微也已進(jìn)行了3年多的摸索，其商業(yè)前景將有賴產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸完善。而光學(xué)指紋識別之所以能在短短2年內(nèi)投入量產(chǎn)，除了思立微團(tuán)隊的自身努力，與合作伙伴格科微的大力支持也密不可分。現(xiàn)在量產(chǎn)的光學(xué)二代指紋是一種等同于微型攝像頭模組的結(jié)構(gòu)，是與一代指紋（小孔陣列、準(zhǔn)直鏡）同步啟動開發(fā)的。早期客戶將電池與光學(xué)指紋模組堆疊在一起，對指紋識別模組厚度的要求極其苛刻，只能選擇小孔陣列或準(zhǔn)直鏡。而二代光學(xué)指紋方案今年異軍突起，主要得益于客戶改變了整機(jī)堆疊的方式，調(diào)整了電池尺寸為指紋模組留出了足夠高的光路設(shè)計空間。思立微與格科微聯(lián)手迅速完善了光學(xué)二代指紋方案，兩家公司都拿出各自的優(yōu)勢，保證了客戶的旗艦機(jī)型凸顯3P鏡頭的光學(xué)透鏡屏下指紋識別亮點(diǎn)，并將光學(xué)指紋解鎖的熱潮向前推進(jìn)了一大步。

圖二：思立微屏下光學(xué)Microlens圖（來源：思立微）

憑借對光學(xué)產(chǎn)品的透徹理解，思立微對產(chǎn)品規(guī)格做了精準(zhǔn)的定義，率先將6.25um大像素、4mm2大面積區(qū)、微透鏡陣列與成熟的電容指紋技術(shù)結(jié)合，推出了業(yè)內(nèi)首顆單芯片光學(xué)指紋芯片。優(yōu)秀的設(shè)計不僅省去了外掛芯片，節(jié)省了寶貴的整機(jī)空間，也大大加快了通訊效率，為實(shí)現(xiàn)快速解鎖提供了可能。同時，思立微聯(lián)合信利光電開發(fā)出短焦超廣角的AA及螺紋調(diào)焦技術(shù)，做了大量的軟件、設(shè)備及治具的研發(fā)工作，避免客戶做屏幕、中框及指紋模組的適配，從而大幅提高了生產(chǎn)效率。

作為手機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈上游的關(guān)鍵器件，指紋識別芯片研發(fā)周期比較長，公司必須能夠看到未來3-5年的技術(shù)和市場發(fā)展趨勢，提前布局才能占據(jù)主動。從人機(jī)交互和生物體征融合角度考量，相對于其它指紋識別方案，超聲的優(yōu)點(diǎn)在于皮膚穿透性更強(qiáng)，能夠進(jìn)行深層的皮下指紋識別且能夠辨別活體，因而可實(shí)現(xiàn)安全性更高。此外，超聲波方案不易受到油漬和水漬以及強(qiáng)光的干擾，解鎖更加穩(wěn)定可靠。

業(yè)界也認(rèn)識到超聲是指紋識別及多形態(tài)人機(jī)交互方式的一個重要方向，但其技術(shù)難度更大，而且配套的產(chǎn)業(yè)鏈還不成熟。目前只有高通推出了商用的超聲指紋識別產(chǎn)品，而思立微已經(jīng)在超聲關(guān)鍵技術(shù)上取得突破，其自主研發(fā)的超聲換能器已通過系列性能測試，在10MHz頻點(diǎn)轉(zhuǎn)換效率可達(dá)1.5%，表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，已經(jīng)應(yīng)用在思立微下一代超聲指紋識別芯片的研發(fā)中。

思立微所采用的壓電超聲換能器（PMUT）利用氮化鋁的壓電效應(yīng)進(jìn)行電能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換來偵測手指表皮和真皮層的谷脊信息，以做出精確的判斷。在進(jìn)行指紋識別應(yīng)用時，給超聲換能器施加交流電壓，超聲換能器產(chǎn)生振動，振動向上傳輸，即超聲波向上傳輸，穿過不同介質(zhì)層（屏幕，玻璃等）到達(dá)手指的谷或者脊，聲波遇到脊的表面，部分反射，部分透射，而因?yàn)楣戎锌諝獾穆曌杩惯h(yuǎn)高于脊，所以聲波遇到谷時幾乎為全反射。從谷和脊反射回來的不同聲波能量傳到對應(yīng)的超聲換能器表面時，對應(yīng)的超聲換能器會生成不同的電學(xué)信號（幅值、頻率、相位等）。

圖三：超聲指紋識別原理示意圖（來源：思立微）

通過聲學(xué)聚焦的方法，將聲波聚焦到手指表面，如果遇到手指的脊，部分聲波反射回來，其余聲波透射進(jìn)入皮膚，這一部分聲波遇到真皮層之后被再次反射回來；所以聲波在遇到脊之后會在表皮和真皮層反射回來兩個時間不同的信號；而在谷的地方，聲波只有一次反射，而且是全反射信號。超聲指紋識別方案就是通過這個方法來采集表皮和真皮的指紋信號，從而得到3D的指紋信息。

專利重在“質(zhì)”，不在“量”

面對匯頂接二連三的專利訴訟，思立微剛開始確實(shí)“非常震驚”。訴訟突如其來，而且還是在跟兆易創(chuàng)新的重組合并這個節(jié)骨眼上。專利訴訟在高科技行業(yè)發(fā)展和市場競爭中并不鮮見，其背后實(shí)質(zhì)上是商業(yè)利益的競爭。在仔細(xì)研究過這些訴訟涉及的產(chǎn)品和專利權(quán)利要求后，思立微認(rèn)為“問題不大”。今年9月份匯頂對思立微發(fā)起的三宗訴訟所涉及的產(chǎn)品為同一款電容指紋芯片，涉訴三項專利分屬信息處理電路設(shè)計、封裝及終端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，在所屬領(lǐng)域皆為業(yè)界已非常通用的技術(shù)。在此三項專利申請日前，相關(guān)技術(shù)已存在于多項公開文獻(xiàn)及應(yīng)用于多款商業(yè)產(chǎn)品中。思立微也對這三項專利的創(chuàng)新性提出了質(zhì)疑，并擬對其申請宣告專利無效。

11月新的訴訟涉及屏下光學(xué)指紋識別模組的實(shí)用新型專利，涉案專利主要在于模組結(jié)構(gòu)，而非作為思立微核心技術(shù)的SoC設(shè)計和相關(guān)算法及軟件。在思立微看來，這些涉及模組結(jié)構(gòu)和工藝的技術(shù)其實(shí)已經(jīng)是業(yè)界通用的做法，并沒有特別突出的創(chuàng)新。而且，在專利申請之日前，思立微的產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)狀態(tài)。截止目前，客戶的需求也并未受到影響。思立微一方面聘請專業(yè)的律師團(tuán)隊積極應(yīng)訴，另一方面產(chǎn)品研發(fā)和客戶供貨仍順利進(jìn)行。

該公司自成立以來已經(jīng)累計了100多項專利，核心部分都是先在國外申請，然后再申請國內(nèi)專利。思立微一直秉持著對專利質(zhì)量高要求的理念，除非是真正具有突破性創(chuàng)新的技術(shù)，否則公司內(nèi)部對專利申請進(jìn)行初步審核時就自行否決了，而不是片面地追求專利數(shù)量。

根據(jù)聯(lián)合國世界知識產(chǎn)權(quán)組織日前發(fā)布的《世界知識產(chǎn)權(quán)指標(biāo)》年度報告，2017年中國在專利、商標(biāo)、工業(yè)品外觀設(shè)計等類別的知識產(chǎn)權(quán)申請量位居世界第一。但其中大部分都是國內(nèi)專利申請，而國際專利的申請量占比還比較小。在很多關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，比如IC設(shè)計和制造方面，還是受制于歐美國家。專利不能只看數(shù)量，其“含金量”更為重要。

專利是一把雙刃劍，使用得當(dāng)可以保護(hù)專利人的技術(shù)開發(fā)投入和利益，鼓勵技術(shù)創(chuàng)新。但是，濫用專利也可能扼殺創(chuàng)新，阻礙行業(yè)的良性競爭和健康發(fā)展。在復(fù)雜的商業(yè)環(huán)境中，如何把握好分寸也是一門藝術(shù)。目前遭到的專利訴訟對思立微也是一個提醒：專利不但是技術(shù)保護(hù)手段，也有可能成為商業(yè)競爭的工具。

打造“平臺型”芯片設(shè)計公司

為何思立微選擇與兆易創(chuàng)新進(jìn)行合并？相信很多人對此有不少疑惑。依思立微的技術(shù)實(shí)力、業(yè)務(wù)規(guī)模和發(fā)展前景，走獨(dú)立IPO也是不錯的選擇。但筆者了解到，思立微選擇合并不只是從財務(wù)角度考慮，而是著眼于中國半導(dǎo)體行業(yè)的未來發(fā)展，堅信與兆易創(chuàng)新合并以打造“平臺型”IC公司是一個智慧的選擇。

根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會集成電路設(shè)計分會的最新統(tǒng)計，全國共有約1700家IC設(shè)計企業(yè)，預(yù)計2018年總銷售額為2580億元，約合380億美元。最大的華為海思銷售額也不過70億美元，而美國高通一家公司2017年銷售額就高達(dá)220億美元。中國需要更多像高通、TI（年銷售額150億美元）和ADI（年銷售額50億美元）這樣的“平臺型”芯片公司，有著廣泛的技術(shù)和產(chǎn)品線，以及寬泛的行業(yè)應(yīng)用和客戶群，這樣才能在快速且競爭激烈的半導(dǎo)體市場保持穩(wěn)定發(fā)展。這類公司都是經(jīng)過多次策略性并購而發(fā)展起來的，兆易創(chuàng)新并購思立微就是一種策略性行業(yè)資源優(yōu)化整合，相信將來中國半導(dǎo)體市場會有更多這類并購發(fā)生。

兆易創(chuàng)新的核心產(chǎn)品在于FLASH和MCU等通用型器件，客戶相對分散，涉及的行業(yè)也很廣泛。而思立微則正好相反，其核心產(chǎn)品是觸控和指紋識別芯片，始終圍繞智能人機(jī)交互應(yīng)用，而且都是定制化程度比較高的產(chǎn)品。兩家公司具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，合并后將會產(chǎn)生很大的協(xié)同效應(yīng)。也許這是兆易創(chuàng)新往“平臺型”IC設(shè)計公司發(fā)展的重要一步，高達(dá)17億元的收購價更加體現(xiàn)了兆易創(chuàng)新“做大做強(qiáng)”的決心。思立微對于合并后公司的發(fā)展前景也很看好，不但可以加強(qiáng)公司在手機(jī)市場的競爭力，而且可以將技術(shù)擴(kuò)展到安防和物聯(lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域，同時也有更多資源積極拓展海外市場。

結(jié)語

無論思立微、兆易創(chuàng)新，還是匯頂，都在各自領(lǐng)域憑借自主研發(fā)的技術(shù)，在國內(nèi)乃至全球市場占據(jù)了一席之地。他們是中國眾多Fabless IC設(shè)計公司的佼佼者，也代表著中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的未來。我們也應(yīng)該看到，在中國眾多的IC設(shè)計企業(yè)中，年銷售額過億的不到200家。兼并收購是歐美半導(dǎo)體公司實(shí)現(xiàn)行業(yè)資源整合和快速做大做強(qiáng)的常用手段，也將是中國半導(dǎo)體公司發(fā)展壯大的必經(jīng)之路。

另一方面，專利訴訟是高科技公司常見的商業(yè)競爭手段，蘋果、三星和高通也是一邊打官司，一邊合作共進(jìn)。一顆小小的指紋識別芯片也能造就出世界冠軍來，公平競爭可以驅(qū)動創(chuàng)新，將指紋識別這塊蛋糕做大，讓參與者都受益。專利可以保護(hù)和激勵創(chuàng)新者，但也可能成為惡意競爭的武器。如何用好這把“雙刃劍”是中國科技企業(yè)在成長過程中必修的功課。