《3D感測恰青春，VCSEL正芳華》
蘋果（Apple）十周年款iPhone X的發布，使3D感測成為2017年最火熱的話題。而另一端安卓（Android）陣營的智能手機廠商，也將跟隨蘋果在其2018年推出的產品中引入3D感測，這勢必將推動3D感測技術的核心組件——VCSEL（垂直腔面發射激光器）的需求增長。因此，VCSEL供應鏈的相關廠商正在為該細分市場的起飛而積極布局。
VCSEL是生物識別技術的核心組件之一
那麼，什麼是3D感測技術呢？它通過紅外激光掃描來捕捉物體的三維外形，是人臉識別的核心技術，在人臉識別過程中，創建一個數字矩陣來定義人臉的形貌。因此，相比通過普通攝像頭來識別人臉，3D感測技術要更加精確。
3D感測為什麼要採用VCSEL？因為隨著VCSEL技術的不斷進步，VCSEL技術具有高精度、小尺寸、低功耗和高可靠性等優勢，使其成為3D攝像頭系統中最常用的紅外光源。
iPhone X嵌入3D感測，市場勢必跟隨
Apple iPhoneX 3D攝像頭（TrueDepth）拆解分析
引自《蘋果iPhone X近紅外3D攝像頭感測器》
從iPhone X的結構設計來看，其3D感測系統和前置攝像頭設置在正面屏幕的頂端，亦即大家昵稱的「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、接近感測器、環境光感測器、揚聲器、MEMS麥克風、700萬像素前置攝像頭以及點陣投影器。3D感測模組在運行時，點陣投影器會向手機前方的物體投射30000多個紅外光點，然後紅外攝像頭感測器接收從物體反射回來的紅外光，由此創建包涵物體距離和深度信息的人臉3D形貌圖。最後，這些3D數據將被傳送至處理晶元進行人臉識別和驗證。如果數據匹配用戶預設的驗證信息，iPhone X便會自動完成解鎖。
泛光照明器便是一個VCSEL組件，為確保系統在暗光甚至黑暗環境中正常運行而發射輔助紅外光。環境光感測器負責探測環境光的強度，以自動調節手機的屏幕亮度。接近感測器則負責探測用戶和手機直接的距離，當用戶離手機太近，例如當用戶在接聽電話時，會自動關閉屏幕。因此，環境光感測器和接近感測器都是iPhone實現省電的關鍵組件。
不過，iPhone X並非蘋果首款商業化VCSEL的產品。蘋果在其AirPods藍牙無線耳機中已經率先應用了VCSEL技術，用於探測用戶是否佩戴AirPods耳塞，以自動關閉未佩戴的耳塞從而實現省電。據麥姆斯諮詢此前報道，Hamar Laser Instruments（HLI，美國漢默激光）近期進入了蘋果供應鏈，為蘋果AirPods供應VCSEL。
目前，iPhone X使用了3顆VCSEL晶元，隨著iPhone X出貨量的持續增長，未來蘋果對VCSEL的需求將逐漸放大。據蘋果透露，2017年第四季度VCSEL晶元的採購量相比2016年同期增長了10倍。
安卓陣營將攜3D感測模塊在2018年殺入戰場
當前，3D感測已經逐漸成為智能手機市場的新焦點。儘管蘋果一直在試圖把控整個VCSEL供應鏈，但是這塊市場已經發展了20餘年，早已成熟應用於光通信和光收發器等多個領域。不僅如此，隨著市場預期3D感測應用將爆發性增長，除了現有的激光光學組件製造商和砷化鎵代工廠（Foundry）以外，擁有MOCVD設備系統的LED代工廠也將參與競爭。
目前VCSEL供應商主要包括Lumentum、Finisar和Princeton Optronics等。上游VCSEL 晶圓和晶元供應商包括IQE、Epistar（晶元光電）和HLJ（華立捷科技）等。此外，Qualcomm（高通）和Himax Technologies（奇景光電）也攜手進入3D感測市場，預期收穫來自安卓陣營的訂單。例如，小米便採用了由Qualcomm和Himax Technologies提供的3D感測解決方案。
此前，蘋果向其VCSEL供應商Finisar支付了3.9億美元，因此外界傳言蘋果對Finisar進行了股權投資。後來，雙方對此進行了澄清，這3.9億美元僅是蘋果未來VCSEL訂單的預付款。
據Finisar內部人員透露，Finisar將利用這筆預付款升級其位於美國德州的製造工廠，在2018年實現VCSEL產能提升。在Finisar產能的支持下，蘋果未來或將原深感3D攝像頭應用到旗下更多的產品中，以及在iPhone背面嵌入第二套3D感測系統，不僅用於人臉識別，還可以對周圍環境進行3D掃描。蘋果計劃利用VCSEL技術為AR（增強現實）應用奠定基礎。
美國Lumentum是3D感測供應鏈上的另一家關鍵供應商，據傳目前已經處於供應短缺的狀態。據供應鏈傳出的消息，2018年秋季，蘋果的人臉識別將不僅應用於新款iPhone，還將應用於高端大尺寸iPad中，以擴展其AR應用。因此，蘋果非常有必要在2018年第二季度落實第二家供應商，以確保核心組件的供應。
目前，華為、Oppo、小米、Vivo、三星等其它智能手機品牌都正在緊鑼密鼓地開發搭載3D感測模組的新款手機，預計它們最早也要到2018年第二季度問世。麥姆斯諮詢預測，包含VCSEL和EEL（邊發射激光器）在內的紅外激光模組市場到2020年將增長至19.53億美元。
順勢而為的台灣地區供應鏈
隨著安卓陣營智能手機廠商正積極地開發3D感測應用，台灣地區供應鏈的相關廠商自然要緊跟趨勢。尤其是砷化鎵，作為VCSEL系統中紅外光源的關鍵要素，已逐漸成為市場焦點。台灣當地的砷化鎵供應商包括WIN Semiconductors（穩懋半導體）、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VCSEL應用市場。其中，穩懋半導體的營收增長將主要受VCSEL拉動。VCSEL製造商需要晶圓製造能力和使用6英寸晶圓Fab，而穩懋半導體現在是光纖和微波通訊設備全球主要代工廠，與此同時，穩懋半導體還在興建新的Fab，以持續擴大產能。
宏捷科技將其主打產品從功率放大器（PA）拓展至VCSEL後，其營收自2017年開始反彈。宏捷科技的VCSEL產品已經出貨至歐洲地區。宏捷科技同時也是Princeton的VCSEL代工廠，使其在未來有可能進一步拓展ams（艾邁斯）的供應鏈以及3D感測市場。
而另一家供應商全新光電，其VCSEL晶圓已經應用於智能手機，此外還正在開發汽車和監視攝像頭領域的更多應用。目前，全新光電的PA晶圓占其總營收的80%，在無線通信應用中具有穩定的性能表現，至於在移動應用領域的性能，則有待市場反饋。
3D感測技術目前面臨兩個主要挑戰。首先，它需要精準地測量距離，當前的解決方案主要包括飛行時間（ToF）和結構光技術；其次，它需要對飛行時間和結構光測量進行特定的參數解譯，運行獨特的演算法進行人臉或虹膜識別。因此，安卓手機供應商指出，它們所面臨的最大的挑戰，不是3D感測硬體模組，而是合適的距離測量技術和演算法。
未來3D感測將滲透更多應用領域
過去VCSEL主要用於光通信和數據傳輸，由於相對穩定的供應鏈，所有供應商都採取了「小，但穩」的運營模式。過去20年，VCSEL的總出貨量約為10億顆，2016年，在光收發器領域的VCSEL出貨量超過了3000萬顆。而在2017年iPhone X發布以後，VCSEL在消費電子領域的出貨量已經超越了當前光通信領域的總和。到2019年，智能手機應用的VCSEL出貨量預計將達到2.4億顆，大約將是光通信領域需求的5倍。
因此，長遠來看，由於物聯網和雲計算等市場的發展，VCSEL市場增長潛力巨大。尤其是在數據中心、汽車夜視攝像系統、自動駕駛等領域，具有廣闊的應用前景。近幾年，中國政府積極支持砷化鎵產業和電信組件產業，布局VCSEL市場。其結果，必然加劇VCSEL領域的激烈競爭。
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