文｜半導體產業(yè)縱橫
在當今數字化時代，指紋識別芯片正以其獨特的優(yōu)勢，在眾多領域發(fā)揮著重要作用，展現出廣闊的發(fā)展前景。
從原理上來說，指紋識別技術本質上屬于生物識別技術（biometrics）的一種，因其獨特性、穩(wěn)定性及便捷性等特點，被廣泛應用于手機解鎖、移動支付等多種場景，并隨著技術的迭代而產生不同的類型。
縱觀全球指紋芯片廠商，目前國外的指紋識別廠商主要有AuthenTec、FPC、Synaptics等幾個國際大廠，以及神盾、義隆、敦泰、茂丞等中國臺灣廠商之外，大陸指紋識別芯片廠商主要有匯頂、邁瑞微、費恩格爾、信煒、芯啟航、貝特萊、思立微、集創(chuàng)北方、比亞迪半導體等十多家企業(yè)。
01、叱咤江湖的指紋識別芯片
最早的指紋識別其實可以追溯到3800～3500年前，我國新石器時代的仰韶文化遺址、二里頭遺址出土的陶器有明顯紋理清晰的指紋痕跡，說明古人已經會使用指印了。
古代在簽訂一些重要的契約或資料時，例如簽寫認罪書，“簽字畫押”就派上了用處。
不過，指紋識別成為應用于電子領域是在1998年。西門子最早研發(fā)了首款搭載指紋識別的手機：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別的手機iPhone5s，并把指紋叫做Touch ID。在5s前面做指紋的手機也有上百個，但是人們一聊起指紋記住的卻只有蘋果。
到了2014年，華為推出了國內首款采用指紋識別的手機Mate7，此后國內一眾手機品牌紛紛加入，指紋識別芯片市場也因此迎來了爆發(fā)式增長。
2016年至2017年上半年，手機終端的需求極大地刺激了指紋芯片的出貨量。統計結果顯示，2016年的指紋識別傳感器的出貨量已達6.89億顆，相較2013年的2300萬顆，CAGR值高達210%，而在2017年的智能手機總出貨量中，約有60%以上的智能手機采用了指紋識別技術。
屏下指紋識別的出現又成為指紋芯片廠商們的新“興奮點”，包括Synaptics、Goodix、Qualcomm、Egis等在內眾多廠商，都加入了研發(fā)隊伍。國內指紋芯片龍頭匯頂科技也在那段時期，憑借屏下指紋芯片大規(guī)模量產，迎來了巔峰時刻，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體公司。然而，市場狂歡終究要迎來落幕。曾經在電子領域大放異彩的指紋識別芯片，如今市場卻不如往昔。
“敗你的不是同行，而是跨界?！?/p>
重創(chuàng)指紋識別芯片市場的也并非越來越先進的指紋識別技術，而是隨著全面屏手機崛起的人臉識別技術。其非接觸式的便捷性和快速識別的優(yōu)勢，在眾多場景下對指紋識別形成有力替代。
再加上市場競爭激烈，企業(yè)眾多導致產品同質化嚴重，價格戰(zhàn)不斷壓低利潤空間。匯頂科技董事長張帆2023年6月曾直言：“指紋芯片技術發(fā)展成熟，市場競爭激烈，廠商之間的價格戰(zhàn)，也影響了匯頂科技毛利率，從而進一步壓縮了利潤空間?！?/p>
難以彌補的智能手機市場下降缺口，指紋識別芯片逐漸不再輝煌。
02、指紋識別芯片應用場景
不過，指紋識別芯片仍然具有廣泛的應用場景。
智能手機領域
2023年，國內智能手機屏下指紋識別占比43%，同比上升10個百分點，主要源于小米、榮耀、華為等主流品牌屏下指紋識別手機銷量增長的帶動，其中小米同比增幅最大，達129%，榮耀、華為同比分別增長48%和42%。
在OLED智能手機出貨量同比增加的情況下，屏下指紋識別搭載率呈持續(xù)上行趨勢占比創(chuàng)歷史新高，達45%，而側邊指紋識別占比同比下降12%，后置指紋識別占比下降至1%，前置指紋已淡出國內智能手機指紋識別市場。
當前智能手機指紋識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。
應用案例方面，華為、OPPO、vivo、小米等眾多品牌的手機廣泛采用指紋識別芯片。例如，OPPO Find N3是業(yè)界首個搭載側邊蓋板指紋方案的旗艦級手機，采用極豪側邊電容指紋識別芯片 JV0103，該芯片寬度僅為 1.80mm。
智能家居領域
隨著智能設備的持續(xù)發(fā)展，指紋識別技術成為現在智能終端市場和移動支付市場中占有率最高的生物識別技術。憑借高識別率、短耗時等優(yōu)勢，被廣泛地運用在智能家等設備上。
智能門鎖是指紋識別芯片的重要應用場景。如華為智能門鎖，通過搭載雙引擎 AI 指紋解鎖技術，結合1 TOPS 算力的 AI 芯片與動態(tài)學習引擎，實現快速解鎖并持續(xù)學習指紋特征。其深度超分引擎能精準識別老人指紋磨損、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，采用智能半導體指紋識別裝置，搭配瑞典 FPC 的指紋模塊，實現最高 100 枚指紋錄入、0.3s 快速識別用戶指紋并開鎖的效果，配合 192×192 的高密度像素點和逐層指紋識別算法。
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 智能卡檢測和語音播放進行了整合，能夠滿足目前智能門鎖應用的大部分需求。高度集成化的設計，極大地縮短了軟硬件的開發(fā)周期，加快了終端產品上市的進程。該芯片預留了豐富的功能拓展接口，包括 I/O、SPI、ADC、PWM、UART 等，其中 UART 接口可與藍牙模塊、人臉識別模塊、指紋識別模塊連接，實現功能拓展。
汽車領域
實際上，指紋識別技術在汽車領域也有所應用。
領克汽車發(fā)布的 05 車型采用了匯頂科技的車規(guī)級指紋識別方案，為駕駛者打造專屬智能座艙的 “入口”。匯頂科技的車規(guī)級指紋識別方案，在芯片設計、生產和封裝測試等環(huán)節(jié)均滿足車規(guī)級質量認證要求（AEC-Q100 和 IATF 16949）。通過指紋驗證，可實現駕駛者個性化賬戶一鍵登錄功能，自動同步各項座艙偏好設定，如后視鏡角度、座椅位置、燈光、空調等，還可開啟電子手套箱及后備箱。
匯頂科技在汽車指紋識別領域積極探索和創(chuàng)新，其車規(guī)級指紋識別芯片已實現商用化。匯頂科技向投資者介紹時表示，車規(guī)級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、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、歐美及中國市場。
03、指紋識別芯片真的末路了嗎？
雖然面部識別技術來勢洶洶，但指紋識別芯片并非毫無還手之力。在準確性和穩(wěn)定性方面，指紋識別依然有著獨特的優(yōu)勢。而且值得注意的是，超聲波屏下指紋識別迎來了新的機遇。
指紋識別技術可以分為三種：光學、超聲波和電容。
電容式指紋識別算是最早的指紋識別技術。電容式指紋識別技術根據采集的方式可以進一步細分為刮擦式和按壓式。刮擦式類似于相機拍照，當手指在傳感器表面滑動時，傳感器對指紋進行“拍照”從而采集信息進行識別。按壓式電容指紋識別作為前者的優(yōu)化方案，手指只需按壓在傳感器上，就能快速識別指紋，更易于操作。
光學式指紋識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，手指按住對應屏幕識別區(qū)域即可解鎖。主要缺點是它們有時會被“欺騙”。由于該技術僅能捕獲2D圖片，因此可以使用假肢甚至高質量的圖片來騙過傳感器。
超聲波式指紋識別工作原理是當手指按壓屏幕，屏幕下的傳感器就會向手指按壓區(qū)域發(fā)射超聲波，接觸到指紋凹凸不平的溝壑時，超聲波被吸收、穿透、反射的程度有差異，會產生不同能量的回波并被傳感器接收，從而構建出3D指紋圖像。
相較于光學指紋識別，超聲波式指紋識別技術的優(yōu)點包括穿透性更強，抗水漬、污漬干擾能力強，識別率高，支持活體檢測，安全性較高。
在2015世界移動通信大會（MWC 2015）上，高通正式推出移動行業(yè)首個基于超聲波技術的3D指紋認證解決方案——Qualcomm Snapdragon Sense ID 3D指紋技術。
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”，這個技術的特點有兩個，首先就是解鎖面積超級大，這直接和指紋模組的面積相掛鉤（遠遠大于三星的）；另外就是“一次錄入”即可的便捷體驗，用過之后基本就離不開了。到目前為止超聲波指紋識別依然是頂級的方案。
目前，超聲波指紋技術已在市場上得到了一定程度的應用，如vivo X90 Pro、iQOO 12系列和魅族21 Pro等手機均采用了該技術。
同時，產業(yè)鏈傳出的消息稱，匯頂科技的單點超聲波指紋芯片GUM5228獲得了小米手機的認可，或將搭載在小米15系列手機全系產品上面。
據了解超聲波指紋芯片GUM5228是匯頂科技推出的擁有自主知識產權的超聲波指紋傳感器。利用超聲波構建和識別三維指紋信息，該方案顯著提升了指紋使用的安全性，并基于自研CMOSSensor架構，擁有優(yōu)異的信噪比及識別性能，大幅優(yōu)化了供應鏈工藝與制造成本。
GUM5228芯片主要用于柔性AMOLED屏下指紋識別，以晶圓級聲學層加工，簡化了供應鏈；指紋模組尺寸僅為16.85mm*13.4mm*0.17mm，識別面積為5mm*5mm，釋放更多手機內部空間；解鎖區(qū)域設計更靈活，更符合人體工程學，擁有極速解鎖體驗。
不過，超聲波指紋識別依然具有高昂的成本。根據業(yè)內人士透露，手機上一套完整的超聲波指紋模塊的成本價大概在70元左右，而主流的屏下指紋模塊成本價為20-30元之間。高了整整兩三倍，這對于手機這種產品來說，已經是一個非?？鋸埖某杀静罹嗔?。其次它的功耗和發(fā)熱量較大，對手機的續(xù)航和散熱產生一定影響，手機廠商需要單獨為其調試新的識別算法。
從之前的魅族21，再到iQOO Neo 9SPro+，再到小米15系列，超聲波指紋識別出現的概率越來越高。行業(yè)分析人士表示，隨著手機更新迭代，手機指紋解鎖方案也不斷升級。近年來，超聲波指紋識別技術趨于成熟，未來隨著成本下降，超聲波指紋識別有望向中低端手機普及，成為屏下指紋識別主流方案，市場推廣空間廣闊。
超聲波指紋識別為指紋識別芯片又打開了一扇新的大門。