指纹识别芯片，末路英雄
文|半导体产业纵横
在当今数字化时代，指纹识别芯片正以其独特的优势，在众多领域发挥着重要作用，展现出广阔的发展前景。
从原理上来说，指纹识别技术本质上属于生物识别技术（biometrics）的一种，因其独特性、稳定性及便捷性等特点，被广泛应用于手机解锁、移动支付等多种场景，并随着技术的迭代而产生不同的类型。
纵观全球指纹芯片厂商，目前国外的指纹识别厂商主要有AuthenTec、FPC、Synaptics等几个国际大厂，以及神盾、义隆、敦泰、茂丞等中国台湾厂商之外，国产指纹识别芯片厂商主要有汇顶、迈瑞微、费恩格尔、信炜、芯启航、贝特莱、思立微、集创北方、比亚迪半导体等十多家企业。
01 叱咤江湖的指纹识别芯片
最早的指纹识别其实可以追溯到3800～3500年前，我国新石器时代的仰韶文化遗址、二里头遗址出土的陶器有明显纹理清晰的指纹痕迹，说明古人已经会使用指印了。
古代在签订一些重要的契约或资料时，例如签写认罪书，“签字画押”就派上了用处。
不过，指纹识别成为应用于电子领域是在1998年。西门子最早研发了首款搭载指纹识别的手机：西门子（SL10)1088。
之后到了2013年，苹果推出了首款搭载正面按压式指纹识别的手机iPhone5s，并把指纹叫做Touch ID。在5s前面做指纹的手机也有上百个，但是人们一聊起指纹记住的却只有苹果。
到了2014年，华为推出了国内首款采用指纹识别的手机Mate7，此后国内一众手机品牌纷纷加入，指纹识别芯片市场也因此迎来了爆发式增长。
2016年至2017年上半年，手机终端的需求极大地刺激了指纹芯片的出货量。统计结果显示，2016年的指纹识别传感器的出货量已达6.89亿颗，相较2013年的2300万颗，CAGR值高达210%，而在2017年的智能手机总出货量中，约有60%以上的智能手机采用了指纹识别技术。
屏下指纹识别的出现又成为指纹芯片厂商们的新“兴奋点”，包括Synaptics、Goodix、Qualcomm、Egis等在内众多厂商，都加入了研发队伍。国内指纹芯片龙头汇顶科技也在那段时期，凭借屏下指纹芯片大规模量产，迎来了巅峰时刻，于2019年9月份市值正式突破千亿元，成为A股首家市值突破千亿的半导体公司。然而，市场狂欢终究要迎来落幕。曾经在电子领域大放异彩的指纹识别芯片，如今市场却不如往昔。
“败你的不是同行，而是跨界。”
重创指纹识别芯片市场的也并非越来越先进的指纹识别技术，而是随着全面屏手机崛起的人脸识别技术。其非接触式的便捷性和快速识别的优势，在众多场景下对指纹识别形成有力替代。
再加上市场竞争激烈，企业众多导致产品同质化严重，价格战不断压低利润空间。汇顶科技董事长张帆2023年6月曾直言：“指纹芯片技术发展成熟，市场竞争激烈，厂商之间的价格战，也影响了汇顶科技毛利率，从而进一步压缩了利润空间。”
难以弥补的智能手机市场下降缺口，指纹识别芯片逐渐不再辉煌。
02 指纹识别芯片应用场景
不过，指纹识别芯片仍然具有广泛的应用场景。
智能手机领域
2023年，国内智能手机屏下指纹识别占比43%，同比上升10个百分点，主要源于小米、荣耀、华为等主流品牌屏下指纹识别手机销量增长的带动，其中小米同比增幅最大，达129%，荣耀、华为同比分别增长48%和42%。
在OLED智能手机出货量同比增加的情况下，屏下指纹识别搭载率呈持续上行趋势占比创历史新高，达45%，而侧边指纹识别占比同比下降12%，后置指纹识别占比下降至1%，前置指纹已淡出国内智能手机指纹识别市场。
当前智能手机指纹识别传感器主要厂商包括高通、汇顶科技（Goodix Technology）、神盾股份（Egis）、Fingerprints、JIIOV（极豪科技）、思立微电子等。
应用案例方面，华为、OPPO、vivo、小米等众多品牌的手机广泛采用指纹识别芯片。例如，OPPO Find N3是业界首个搭载侧边盖板指纹方案的旗舰级手机，采用极豪侧边电容指纹识别芯片 JV0103，该芯片宽度仅为 1.80mm。
智能家居领域
随着智能设备的持续发展，指纹识别技术成为现在智能终端市场和移动支付市场中占有率最高的生物识别技术。凭借高识别率、短耗时等优势，被广泛地运用在智能家等设备上。
智能门锁是指纹识别芯片的重要应用场景。如华为智能门锁，通过搭载双引擎 AI 指纹解锁技术，结合1 TOPS 算力的 AI 芯片与动态学习引擎，实现快速解锁并持续学习指纹特征。其深度超分引擎能精准识别老人指纹磨损、小孩指纹浅、手指出汗或沾水渍等各类指纹状况。
TCL K2 智能门锁，采用智能半导体指纹识别装置，搭配瑞典 FPC 的指纹模块，实现最高 100 枚指纹录入、0.3s 快速识别用户指纹并开锁的效果，配合 192×192 的高密度像素点和逐层指纹识别算法。
比亚迪智能门锁主控 MCU BF5885AM64。这是一款 “四合一” 智能门锁芯片，将主控 MCU、智能触控按键、RFID 智能卡检测和语音播放进行了整合，能够满足目前智能门锁应用的大部分需求。高度集成化的设计，极大地缩短了软硬件的开发周期，加快了终端产品上市的进程。该芯片预留了丰富的功能拓展接口，包括 I/O、SPI、ADC、PWM、UART 等，其中 UART 接口可与蓝牙模块、人脸识别模块、指纹识别模块连接，实现功能拓展。
汽车领域
实际上，指纹识别技术在汽车领域也有所应用。
领克汽车发布的 05 车型采用了汇顶科技的车规级指纹识别方案，为驾驶者打造专属智能座舱的 “入口”。汇顶科技的车规级指纹识别方案，在芯片设计、生产和封装测试等环节均满足车规级质量认证要求（AEC-Q100 和 IATF 16949）。通过指纹验证，可实现驾驶者个性化账户一键登录功能，自动同步各项座舱偏好设定，如后视镜角度、座椅位置、灯光、空调等，还可开启电子手套箱及后备箱。
汇顶科技在汽车指纹识别领域积极探索和创新，其车规级指纹识别芯片已实现商用化。汇顶科技向投资者介绍时表示，车规级触摸屏芯片可支持小、中、大尺寸全系列中控屏，已规模商用于日产、三菱、上汽、广汽、比亚迪、理想等众多海外、合资及自主品牌，并覆盖日韩、欧美及中国市场。
03 指纹识别芯片真的末路了吗？
虽然面部识别技术来势汹汹，但指纹识别芯片并非毫无还手之力。在准确性和稳定性方面，指纹识别依然有着独特的优势。而且值得注意的是，超声波屏下指纹识别迎来了新的机遇。
指纹识别技术可以分为三种：光学、超声波和电容。
电容式指纹识别算是最早的指纹识别技术。电容式指纹识别技术根据采集的方式可以进一步细分为刮擦式和按压式。刮擦式类似于相机拍照，当手指在传感器表面滑动时，传感器对指纹进行“拍照”从而采集信息进行识别。按压式电容指纹识别作为前者的优化方案，手指只需按压在传感器上，就能快速识别指纹，更易于操作。
光学式指纹识别主要利用光反射原理，将指纹传感器巧妙地嵌入屏幕下方，手指按住对应屏幕识别区域即可解锁。主要缺点是它们有时会被“欺骗”。由于该技术仅能捕获2D图片，因此可以使用假肢甚至高质量的图片来骗过传感器。
超声波式指纹识别工作原理是当手指按压屏幕，屏幕下的传感器就会向手指按压区域发射超声波，接触到指纹凹凸不平的沟壑时，超声波被吸收、穿透、反射的程度有差异，会产生不同能量的回波并被传感器接收，从而构建出3D指纹图像。
相较于光学指纹识别，超声波式指纹识别技术的优点包括穿透性更强，抗水渍、污渍干扰能力强，识别率高，支持活体检测，安全性较高。
在2015世界移动通信大会（MWC 2015）上，高通正式推出移动行业首个基于超声波技术的3D指纹认证解决方案——Qualcomm Snapdragon Sense ID 3D指纹技术。
真正让超声波指纹出彩的是2021年8月份iQOO8Pro发布的“超声波3D广域指纹技术”，这个技术的特点有两个，首先就是解锁面积超级大，这直接和指纹模组的面积相挂钩（远远大于三星的）；另外就是“一次录入”即可的便捷体验，用过之后基本就离不开了。到目前为止超声波指纹识别依然是顶级的方案。
目前，超声波指纹技术已在市场上得到了一定程度的应用，如vivo X90 Pro、iQOO 12系列和魅族21 Pro等手机均采用了该技术。
知名科技博主“数码闲聊站”透露，华为正全力推进自研超声波指纹技术的研发工作，这一技术相较于市场上的竞品方案，在功耗控制上展现出显著优势。然而，令人遗憾的是，即将发布的华为Mate 70系列并未能率先搭载这一前沿技术，业内普遍预测，明年的Pura 80系列有望成为华为首款应用此技术的旗舰产品。
同时，产业链传出的消息称，汇顶科技的单点超声波指纹芯片GUM5228获得了小米手机的认可，或将搭载在小米15系列手机全系产品上面。
据了解超声波指纹芯片GUM5228是汇顶科技推出的拥有自主知识产权的超声波指纹传感器。利用超声波构建和识别三维指纹信息，该方案显著提升了指纹使用的安全性，并基于自研CMOSSensor架构，拥有优异的信噪比及识别性能，大幅优化了供应链工艺与制造成本。
GUM5228芯片主要用于柔性AMOLED屏下指纹识别，以晶圆级声学层加工，简化了供应链；指纹模组尺寸仅为16.85mm*13.4mm*0.17mm，识别面积为5mm*5mm，释放更多手机内部空间；解锁区域设计更灵活，更符合人体工程学，拥有极速解锁体验。
不过，超声波指纹识别依然具有高昂的成本。根据业内人士透露，手机上一套完整的超声波指纹模块的成本价大概在70元左右，而主流的屏下指纹模块成本价为20-30元之间。高了整整两三倍，这对于手机这种产品来说，已经是一个非常夸张的成本差距了。其次它的功耗和发热量较大，对手机的续航和散热产生一定影响，手机厂商需要单独为其调试新的识别算法。
从之前的魅族21，再到iQOO Neo 9SPro+，再到小米15系列，超声波指纹识别出现的概率越来越高。行业分析人士表示，随着手机更新迭代，手机指纹解锁方案也不断升级。近年来，超声波指纹识别技术趋于成熟，未来随着成本下降，超声波指纹识别有望向中低端手机普及，成为屏下指纹识别主流方案，市场推广空间广阔。
超声波指纹识别为指纹识别芯片又打开了一扇新的大门。
