光學指紋識別讓思立微成為 「屏下」焦點

手機全面屏的流行和OPPO R17的發布成就了一直默默在幕後做觸控和指紋識別晶元的思立微，這家由清華學子創辦的晶元設計公司不但是兆易創新宏偉擴張計劃的收購標的，最近也成為其競爭對手匯頂科技的專利訴訟對象。為此，電子工程專輯專門對思立微及近期相關事件進行了深度的採訪調查，旨在為大家揭開思立微屏下指紋識別技術開發和併購重組的神秘面紗。

多年來，國產手機品牌一直都是緊跟iPhone的腳步。但iPhone X的劉海屏和3D人臉識別卻讓大家犯了難。結構光和3D感測器技術對用戶使用習慣的顛覆性改變，以及國內供應鏈難以短時間內達到成熟的現實讓國內手機品牌難以及時跟進。這時，屏下光學指紋識別為手機廠商們帶來了走自主創新之路的契機，一時間屏下指紋解鎖成了一線品牌高端機型的應用重頭戲。

目前，國內能夠批量提供這種光學指紋識別晶元的廠商只有匯頂和思立微。繼成為OPPO今年發布的旗艦機型R17的光學指紋供應商後，思立微更成為國內多家一線手機廠商青睞的指紋識別合作夥伴。而最近幾個月，匯頂接二連三對思立微發起專利訴訟，更將一向保持低調的思立微推向風頭浪尖。思立微究竟是一家什麼樣的公司呢？

清華學子的執著

上海思立微電子科技有限公司創始人程泰毅畢業於清華大學電子工程系，2011年在上海張江科技園創立了思立微。公司成立初期主要以電容觸控晶元開發為主，從2014年開始推出指紋識別晶元，公司一直專註於人機交互感測器晶元及全套解決方案的研發。2016年憑藉過硬的技術和產品成功進入手機一線品牌供應商陣營。

早在開發電容指紋識別晶元之時，基於對市場趨勢的判斷，思立微就開始與其股東之一格科微電子（國內最大的CMOS圖像感測器晶元開發商）在光學指紋識別技術方面展開研發合作，完成了蓋板下鏡頭陣列的光學指紋識別方案。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型的突出賣點，思立微又重啟了光學項目。基於格科微成熟的CIS工藝和產業鏈，加上思立微在指紋SoC和系統演算法的經驗，該項目研製的屏下光學指紋識別晶元很快就進入了商用，並於今年二季度成功量產。

OPPO R17讓思立微從「幕後」走到「屏下」

R17是OPPO首款配置光感屏下指紋解鎖的旗艦機型，所使用的指紋識別晶元就來自上海思立微。作為思立微第一個量產的屏下光學指紋項目，也是業界第一個使用調焦結構的單晶元指紋方案，思立微對此給予了高度重視。由公司副總裁親自帶領幾十人的工程開發、演算法應用、軟體支持團隊與客戶團隊封閉開發，共同完善整機的方案驗證、功能開發、效果優化，從而成功保證了OPPO R17的順利量產和持續升級。

圖一：OPPO R17光感指紋解鎖 （來源：OPPO）

根據CCID 2017年度數據統計，思立微在全球指紋識別晶元市場排名第三位（蘋果系列產品除外），而其電容觸控晶元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品，而今年營收預期將超過6.0億元，主要增長來自電容指紋市場份額上升和光學指紋產品。根據行業預計，未來2-3年屏下光學指紋解鎖將成為安卓手機的主流，而目前只有匯頂和思立微這兩家供應商已實現量產。隨著屏下光學解鎖進入千元機市場，相信兩家公司在未來的幾年內都將有不俗的業績表現。

光學和超聲「雙管齊下」

思立微以電容觸控晶元起家，現已成為平板市場的領頭羊。在指紋識別方面，其電容和屏下光學指紋識別晶元都已量產出貨，而正在開發中的超聲指紋識別晶元也有望於明年投產。面對瞬息萬變的市場需求，公司如何做出正確決策併合理分配有限的研發資源？這對於每一個技術型公司都是一個巨大的挑戰。當時思立微站在指紋技術的十字路口，面臨的殘酷現實是新技術並沒有明確的方向，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，因為這是技術和商業共同作用的結果，巨大的投入也可能一無所獲。在屏下超聲波與屏下光學兩條技術路線上，思立微有超過四個方向並行開發，而且每個方向還分成若干個模塊需要去攻關。

思立微表示，無論何種技術、產品及其產業鏈都需要時間才能完善。在電容方面，思立微花了3年時間進行自主技術方案的研發和完善；在超聲技術方面，思立微也已進行了3年多的摸索，其商業前景將有賴產業鏈的逐漸完善。而光學指紋識別之所以能在短短2年內投入量產，除了思立微團隊的自身努力，與合作夥伴格科微的大力支持也密不可分。現在量產的光學二代指紋是一種等同於微型攝像頭模組的結構，是與一代指紋（小孔陣列、準直鏡）同步啟動開發的。早期客戶將電池與光學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直鏡。而二代光學指紋方案今年異軍突起，主要得益於客戶改變了整機堆疊的方式，調整了電池尺寸為指紋模組留出了足夠高的光路設計空間。思立微與格科微聯手迅速完善了光學二代指紋方案，兩家公司都拿出各自的優勢，保證了客戶的旗艦機型凸顯3P鏡頭的光學透鏡屏下指紋識別亮點，並將光學指紋解鎖的熱潮向前推進了一大步。

圖二：思立微屏下光學Microlens圖（來源：思立微）

憑藉對光學產品的透徹理解，思立微對產品規格做了精準的定義，率先將6.25um大像素、4mm²大面積區、微透鏡陣列與成熟的電容指紋技術結合，推出了業內首顆單晶元光學指紋晶元。優秀的設計不僅省去了外掛晶元，節省了寶貴的整機空間，也大大加快了通訊效率，為實現快速解鎖提供了可能。同時，思立微聯合信利光電開發出短焦超廣角的AA及螺紋調焦技術，做了大量的軟體、設備及治具的研發工作，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效率。

作為手機產業鏈上游的關鍵器件，指紋識別晶元研發周期比較長，公司必須能夠看到未來3-5年的技術和市場發展趨勢，提前布局才能佔據主動。從人機交互和生物體征融合角度考量，相對於其它指紋識別方案，超聲的優點在於皮膚穿透性更強，能夠進行深層的皮下指紋識別且能夠辨別活體，因而可實現安全性更高。此外，超聲波方案不易受到油漬和水漬以及強光的干擾，解鎖更加穩定可靠。

業界也認識到超聲是指紋識別及多形態人機交互方式的一個重要方向，但其技術難度更大，而且配套的產業鏈還不成熟。目前只有高通推出了商用的超聲指紋識別產品，而思立微已經在超聲關鍵技術上取得突破，其自主研發的超聲換能器已通過系列性能測試，在10MHz頻點轉換效率可達1.5%，表現出優異的性能，已經應用在思立微下一代超聲指紋識別晶元的研發中。

思立微所採用的壓電超聲換能器（PMUT）利用氮化鋁的壓電效應進行電能和機械能之間的轉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。在進行指紋識別應用時，給超聲換能器施加交流電壓，超聲換能器產生振動，振動向上傳輸，即超聲波向上傳輸，穿過不同介質層（屏幕，玻璃等）到達手指的谷或者脊，聲波遇到脊的表面，部分反射，部分透射，而因為谷中空氣的聲阻抗遠高於脊，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的超聲換能器表面時，對應的超聲換能器會生成不同的電學信號（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，其餘聲波透射進入皮膚，這一部分聲波遇到真皮層之後被再次反射回來；所以聲波在遇到脊之後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採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」，不在「量」

面對匯頂接二連三的專利訴訟，思立微剛開始確實「非常震驚」。訴訟突如其來，而且還是在跟兆易創新的重組合併這個節骨眼上。專利訴訟在高科技行業發展和市場競爭中並不鮮見，其背後實質上是商業利益的競爭。在仔細研究過這些訴訟涉及的產品和專利權利要求後，思立微認為「問題不大」。今年9月份匯頂對思立微發起的三宗訴訟所涉及的產品為同一款電容指紋晶元，涉訴三項專利分屬信息處理電路設計、封裝及終端系統實現，在所屬領域皆為業界已非常通用的技術。在此三項專利申請日前，相關技術已存在於多項公開文獻及應用於多款商業產品中。思立微也對這三項專利的創新性提出了質疑，並擬對其申請宣告專利無效。

11月新的訴訟涉及屏下光學指紋識別模組的實用新型專利，涉案專利主要在於模組結構，而非作為思立微核心技術的SoC設計和相關演算法及軟體。在思立微看來，這些涉及模組結構和工藝的技術其實已經是業界通用的做法，並沒有特別突出的創新。而且，在專利申請之日前，思立微的產品已經進入量產狀態。截止目前，客戶的需求也並未受到影響。思立微一方面聘請專業的律師團隊積極應訴，另一方面產品研發和客戶供貨仍順利進行。

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

根據聯合國世界知識產權組織日前發布的《世界知識產權指標》年度報告，2017年中國在專利、商標、工業品外觀設計等類別的知識產權申請量位居世界第一。但其中大部分都是國內專利申請，而國際專利的申請量佔比還比較小。在很多關鍵技術領域，比如IC設計和製造方面，還是受制於歐美國家。專利不能只看數量，其「含金量」更為重要。

專利是一把雙刃劍，使用得當可以保護專利人的技術開發投入和利益，鼓勵技術創新。但是，濫用專利也可能扼殺創新，阻礙行業的良性競爭和健康發展。在複雜的商業環境中，如何把握好分寸也是一門藝術。目前遭到的專利訴訟對思立微也是一個提醒：專利不但是技術保護手段，也有可能成為商業競爭的工具。

打造「平台型」晶元設計公司

為何思立微選擇與兆易創新進行合併？相信很多人對此有不少疑惑。依思立微的技術實力、業務規模和發展前景，走獨立IPO也是不錯的選擇。但筆者了解到，思立微選擇合併不只是從財務角度考慮，而是著眼於中國半導體行業的未來發展，堅信與兆易創新合併以打造「平台型」IC公司是一個智慧的選擇。

根據中國半導體行業協會集成電路設計分會的最新統計，全國共有約1700家IC設計企業，預計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「平台型」晶元公司，有著廣泛的技術和產品線，以及寬泛的行業應用和客戶群，這樣才能在快速且競爭激烈的半導體市場保持穩定發展。這類公司都是經過多次策略性併購而發展起來的，兆易創新併購思立微就是一種策略性行業資源優化整合，相信將來中國半導體市場會有更多這類併購發生。

兆易創新的核心產品在於FLASH和MCU等通用型器件，客戶相對分散，涉及的行業也很廣泛。而思立微則正好相反，其核心產品是觸控和指紋識別晶元，始終圍繞智能人機交互應用，而且都是定製化程度比較高的產品。兩家公司具有很強的互補性，合併後將會產生很大的協同效應。也許這是兆易創新往「平台型」IC設計公司發展的重要一步，高達17億元的收購價更加體現了兆易創新「做大做強」的決心。思立微對於合併後公司的發展前景也很看好，不但可以加強公司在手機市場的競爭力，而且可以將技術擴展到安防和物聯網等新興領域，同時也有更多資源積極拓展海外市場。

結語

無論思立微、兆易創新，還是匯頂，都在各自領域憑藉自主研發的技術，在國內乃至全球市場佔據了一席之地。他們是中國眾多Fabless IC設計公司的佼佼者，也代表著中國半導體產業的未來。我們也應該看到，在中國眾多的IC設計企業中，年銷售額過億的不到200家。兼并收購是歐美半導體公司實現行業資源整合和快速做大做強的常用手段，也將是中國半導體公司發展壯大的必經之路。

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

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