在智能应用场景中,生物识别作为人机交互的关键技术,随着智能化设备市场的快速发展而水涨船高,Transparency Market 统计,全球生物识别技术市场规模从 2015 年的 112.4 亿美元,增长至 2020 年的 233 亿美元,复合年均增速为 15.7%,识别技术主要包括指纹、人脸、虹膜、掌纹、声音、静脉、笔记以及其他新兴技术,其中指纹识别占据半壁江山,达到 58%。


就应用而言,来自于移动支付和安全的需求,加上海量的出货量,使得手机成为生物识别——主要是指纹和人脸识别——最大的市场,但就趋势而言,不同的生物识别技术基于各自不同特性,可以多模态方式提高智能设备的交互体验。

 

不同的生物识别技术各有其优缺点
图:不同的生物识别技术各有其优缺点


兆易创新传感器事业部 ToF 市场总监刘浩雷认为,不同的生物识别技术各有其优缺点。例如以指纹、静脉、人脸、虹膜比较,指纹识别和人脸识别采集方便,便于推广普及,静脉识别和虹膜识别精度高但设备大型化或易受照明环境影响。就易用性、变化性,以及安全性而言,将来多模态的生物识别技术融合会越来越多,银行卡向指纹+智能卡继而指纹+面部识别的演进已经体现了这一趋势。


去年 5 月,在完成对思立微的收购后,兆易创新的主营业务由 Flash 和 MCU 扩展到包括传感器的三个业务线。这家在中国的 Flash 和 32 位 Arm 通用型 MCU 排名居首的公司,由此成立了传感器事业部。2019 年,兆易创新推出了第一颗一体式 MEMS 超声波指纹识别芯片 GSL8165,今年又推出了第一颗特殊工艺 ToF 芯片 GSLT9001。


“兆易创新的指纹识别产品线按声、光、电布局,包含电容式指纹识别、光学指纹,超声波指纹和 3D ToF。”刘浩雷说,“除了手机、智能平板、健康可穿戴产品,我们正在积极布局汽车和工业场景。”

 

兆易创新生物识别产品线规划
图:兆易创新生物识别产品线规划


指纹识别的应用已经很成熟,包括手机的屏下、侧边、后置解锁,智能门锁,以及汽车和计算机解锁。电容指纹,光学指纹和超声指纹,根据产品自身特性及设计需求,存在于各自的细分市场。屏下光学识别技术包括镜头式 CIS 和大面积 TFT 两种,兆易创新都有布局,并且拥有一些独特的架构,如其 OLED 屏下镜头式 CIS 首家使用 3P 镜头,首家设计单芯片架构,并采用了一种创新工艺——螺纹调焦。


刘浩雷认为,手机指纹解锁的终极目标是盲解,即手指在屏幕任何一个地方都可以解锁,兆易创新已推出 OLED 屏下大面积 TFT 方案,QE 达到 80%,厚度在 0.3mm 以内,支持区域内任意位置解锁,可支持双指 / 多指解锁。就大面积 TFT 应用而言,多指采集 / 识别应用在如机场、海关、车站等高安全等级场所。未来也正在积极布局大面积指纹识别和掌纹识别。


ToF 是光学识别的重要技术之一。3D 人脸识别从 2017 年开始商用,目前 3D 视觉产业链已经成熟,手机安全需求是重要推手,主要实现技术为三角法(双目、结构光)和飞行时间(ToF,细分 iToF 和 dToF 两种技术)。目前 iToF 是主要应用于手机前摄的 3D 人脸识别解锁及后摄辅助拍照。刘浩雷认为 iToF 和 dToF 二者会并存很长一段时间,最终采用何种技术取决于用户对距离、精度、功耗,特别是成本的考量。


在 ToF 产品线上,兆易创新产品的一个特点是可同时支持 1350nm~1550nm 长波段和 940nm 的常用波段,“波长越长,对人眼的损伤越少,并且在 1350nm~1550nm 长波段抗光性高,意味着户外的表现会更好,”刘浩雷说,“ 我们的工艺特别高,传统工艺 QE 大概是 35%左右,我们的 QE 达到 65%,在同样效果的前提下可以用低功耗实现,降低了系统成本。”


提到超声波指纹识别,兆易创新也在 2019 年推出了自己的超声波指纹识别产品。刘浩雷表示,超声波有其独特的特点,可以穿透玻璃、金属、塑料等材质。在一些需要工业美观或者防水、防尘的场景,电容或光学类需要开孔,而选用超声波,可以很好地规避这些问题。


兆易创新的超声波指纹芯片,基于 CMOS 工艺独创单硅片 MEMS 结构,结构简单、便于工艺实现;并采用了 Beam-forming 多点同时发送聚焦的技术,进一步增加了超声波的穿透能力,使得识别性能更好。同时,系统算法层面利用边缘 AI、神经网络计算,进一步提升其安全性。


据悉,除了已有的 GS8165,兆易创新计划将在明年推出穿透力更强,识别率更高的迭代产品。