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技术解析:国产指纹识别芯片与苹果的差异对比

不久前网络上爆出系列"高仿iPhone6"的照片。从外观看上去,普通的消费者很难从外观上区分其与真iPhone6的差别。而且这款手机甚至还拥有苹果的致命武器--指纹识别功能。据了解,这款手机的指纹识别,采用了由国内的芯片公司迈瑞微电子制造的AFS120芯片,已实现量产。此次的"国产指纹识别芯片",引起大范围的热议。

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笔者为此专访迈瑞微电子的首席科学家李扬渊先生,希望可以从技术和专利的层面,给热心网友们答疑解惑。

 算法模型

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李扬渊介绍说,AFS120芯片的核心优势在于采用了Pattern Match纹理匹配法,最大限度的利用了纹理信息,弥补了智能手机使用的指纹传感器图像采集面积不足的缺点,让使用体验和安全性保持在传统应用的等级。这也是指纹识别行业内首次成功商用该技术。

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高水准的算法让传感器的灵敏度和有效探测距离显著提升。具体说来,即便是极端模糊的图像也能够识别,这就使传感器表面的保护介质厚度可以成倍的增加,也能对各种类型的指纹保持鲁棒性。

芯片封装

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与苹果等厂商基于Trench + Wire Bonding的封装制程不同,迈瑞微研发了基于TSV的封装制程。TSV封装对指纹模组的可制造性带来革命性优势,减小了模组尺寸,大幅度提高模组良率,工艺简单更适合手机工业的需求。

与苹果的差异

就大家关心的同苹果的"差异性特点",他表示,苹果的RF型的原理是反射波正交解调求幅;而迈瑞微的技术路线是"C-Q-T"间接测量并以开关电路实现。拿模拟电源和数字电源做比喻,模拟电源的理论极限效率最高,但容易因制程偏差而跑远,数字开关电源理论极限低一些,但对制程偏差不敏感,基本上都能逼近极限效率。同时,在DFT设计上,以开关电路为基础的设计也更有优势。

这种技术设计适合大工业生产的技术路线,亦是在世界范围内的首次提出。

打破专利壁垒就是技术突破

在指纹识别行业中,专利是许多厂商必须要面对的棘手问题。对此,李扬渊介绍了指纹识别行业专利壁垒的历史,以及"Authentec并购Upek"和"Authentec收购Autra"两个收购案。

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Authentec在被苹果收购前是指纹识别行业专利霸主,以专利诉讼的形式实现了对另一家新秀Autra的毁灭性收购,收购金低至500万美元。而2012年7月,苹果公司以3.56 亿美元的价格收购了Authentec,拥有了RF型完全的技术壁垒和Activity型的主要技术专利。

他详细解释道,技术的外延性是主观的,具有模糊性,所以即使没有明确的专利侵权,但由于电容测量的相通性,在专利游戏规则内也没法保证不因恶意专利诉讼导致企业像Autra一样被毁灭。所以除了技术方法与苹果不同外,还要在技术水平上比苹果更优秀。

由于专利制度的基本点是促进技术发展,任何一个国家的专利法庭不会为已授权的专利授予更新更大的保护范围来限制革命性的技术发展。所以技术突破和打破专利壁垒是同一件事。

AFS120 Vs Touch ID

AFS120芯片的晶片面积和Touch ID相当,分辨率同为508dpi,但AFS120的传感器点数达到120x120,是Touch ID88x88的传感器点数的1.8倍之多。同样大小的模组尺寸,采集1.8倍的指纹图像,意味着会给使用者带来接近平方数的安全性以及更好的使用体验。

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AFS120模组比Touch ID薄了0.1mm。李扬渊介绍到,这是算法的功劳。单晶氧化铝磨薄到300um以下艰难,而多晶材料在可加工性以及机械性能上有决定性的优势,例如AFS120模组所采用的多晶氧化锆的韧性比单晶氧化铝高6倍以上。苹果之所以采用单晶材料,应该不仅仅只是为了蓝宝石这个噱头,而是因为多晶材料的不均匀性会导致指纹图像质量恶化。只有基于最先进的图像处理算法,才能应用多晶材料,从而把保护盖板厚度降低至200um,这就是节省下来的100um。

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对此他表示,无论苹果的1.2mm还是迈瑞微的1.1mm,在保证机械强度的前提下,都是极限。如果进一步降低厚度,则循环按压寿命将严重降低。不过在实际的生产中,某些厂商顾此失彼,把指纹模组底部200um的壁厚降低到100um,却只能将指纹模组厚度勉强降低到低于1.5mm而已。

指纹识别:值得尊重的学术领域

其实这一次的AFS120,是迈瑞微第二代按压式指纹传感器。早在2011年,苹果公司曾经申请专利,将把指纹传感器放置在iPhone右下角的玻璃面板之下,所以公司的第一代按压指纹传感器面积稍大。在Touch ID推出后,研发团队立即在技术架构内重新推衍了设计方法,研发小面积超高灵敏度类型。之所以把模组设计得跟Touch ID很像,本意是为了向苹果公司致敬,以苹果为标杆论证自己的技术实力。而样品模组做好之后,恰好有市场需求,便顺势量产。

除了对苹果的致敬,他还表示了对行业的期许:希望产业界、媒体和各行业都能尽可能的支持在知识和技术水平上与世界巨头作正面对决的企业,远离那些正在尝试破坏行业的蛀虫。

"自动指纹识别技术发展至今,已有40多年的历史,这个数字比我们这代从业者的年纪都大得多,在学术上一直是很值得尊重的领域。近30年来,平均10年一次涨落,全球一大半的著名电子企业都曾尝试过,也都曾失败过。直到Authentec作为行业老大走到临界点,苹果公司的临门一脚改变了行业格局,这才打开了大规模商业化的轮廓。"李扬渊如是道。

最后他分享了一个指纹识别资料站,希望能够给有志于此领域的技术青年们带来帮助。据他介绍,该资料站的所有者是滑动指纹传感器和热敏指纹采集技术的发明人,虽然已经不再参与商业活动,但还在为行业的发展做出贡献。

编者注

如今国产手机比拼配置,摄像头、触摸屏、CPU等方面的竞争已白热化,各种型号的最高配置、最新技术纷纷成为主流机型的标配。指纹识别功能自推出以来,借助电子支付,切中行业应用和用户需求痛点,已经被业界认定,很有可能成为掀起下一轮"硬件竞赛"高潮的关键之一,在此项技术上的专利壁垒和成本突破,无疑会给国产手机带来更大市场竞争优势。

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责任编辑:张磊