拿下華為訂單！這家公司要用晶片工藝造光學器件
一年前，iPhone X 將具備深度資訊的人臉識別方案帶入消費級市場，打響了深度視覺在手機市場的第一炮。
隨後，OPPO Find X、榮耀 Magic 2、小米8 探索版等高配「3D 刷臉」的安卓機發布迅速成為行業熱議。
需求端的興起帶動了生產力的升級，沉睡多年的深度視覺產業鏈隨即被點燃。一匹「清華系」的黑馬闖入賽道——以 DOE 為核心技術的馭光科技——為終端的微型深度視覺產業鏈補齊關鍵短板。
iPhone X 前置 3D 結構光攝像模組
從上圖可以看到，在 iPhone X 的前置 3D 結構光攝像模組中，最右端的投射模組正在向外發射光束，它的底部是一個鐳射器——投射模組的核心器件，名為衍射光學器件（DOE）。
這是一種表面形貌具有複雜設計結構的光學器件，並身處三維感測器內的核心元件位置，DOE（衍射光學器件）能夠將感測器的鐳射在識別目標上衍射成不同的散斑編碼，通過一套特定的演算法解碼帶有編碼資訊的圖片便能夠產生帶有深度資訊的影象。
基於深度影象與事先儲存的真實人臉等深度影象進行對比，裝置將具備高可靠度地進行身份認證的能力，是金融與支付、風險管理、安全認證等場景中必不可少的一環。
據多份行業研報顯示，目前具有先進 DOE 設計與製造的公司較少，全球範圍內主要供應商有德國 CDA、法國 Silios、德國 Holoeye 等，特別是在移動端微小型 DOE 器件方面更是稀缺。根據臺灣科技媒體中時電子報的分析，國內目前未見具有可用的 DOE 設計與加工能力的公司。
而來自中國的馭光科技不僅填補了這項空白，並且推動了全球在 DOE 研發、設計及量產能力的進一步發展。
拿下 Magic2 訂單
2018 年初，華為正為榮耀 Magic 2 方案的 3D 深度視覺模組進行方案招標。領域內的頂尖廠商將方案擺上檯面，馭光科技迎來了和手機供應鏈領域兩家國際知名上市公司的直面競爭。競標方案採取器件設計公司與代工廠兩兩配對的方式，共同提供成型方案，然後逐一進行角逐。
最終，一家公司因技術未能中標遭遇淘汰，而另一家公司在樣品、試產和量產爬坡過程中的三次考核均未通過，馭光順利成為榮耀 3D 視覺方案中的 DOE 器件的唯一供應商。
2018 年 10 月，榮耀年度旗艦機型 Magic 2 釋出，採用滑蓋全面屏設計，前攝搭載有三顆攝像頭，採用 3D 結構光解鎖方案。在這套方案中採用的 DOE 微納元件正是來自馭光科技。
針對目前市面上三類典型的結構光解鎖方案，馭光科技創始人兼 CEO 田克漢分析，這三套投射系統都需要 VCSEL 鐳射發射器和 DOE 衍射器件配合，但在具體器件的組合和配置方面具有明顯差異，比如，相比另外兩套方案，馭光提供的方案具備三個明顯優勢：
第一，成本更低，馭光提供的方案因為採用單 DOE 元件方案，成本相對傳統方案 I 可節省五美元以上，相比傳統方案 II 可節省一個多美元。
第二，體積更小，因為減少了 2-3 個準直透鏡，能夠有效減少模組高度。
第三，可消除零級和中心亮點，以提高人眼安全。
基於以上三個方面的效能優勢，田克漢認為，馭光提供的榮耀方案在難度上具備挑戰性，同時相比已有的主流方案具備更高性價比。
一個值得注意的細節，在榮耀手機的 3D 深度視覺方案競標中，最初有能力提供 DOE 器件供應商也不過三家，這與手機市場一般的多套備選方案商情況有所不同。田克漢對此解釋，這是非常少見的情況。在衍射光學器件領域，供應商非常有限。而 DOE 本身又是 3D 結構光光視覺方案中的核心器件，衍射圖案的發散角大小、發散角、均勻性、光效率等均由 DOE 來決定。
「目前全世界真正能夠批量生產只有四家，我們，奇景光電、AMS，以及德國 CDA。」田克漢談道，「而這其中，能夠通過技術創新，成功降低整體系統的成本和組裝難度的，目前只有我們一家」。
就晶片而言，製程工藝節點越先進，挑戰就會更大。而對於 DOE 器件，它的難度挑戰在哪裡？為什麼即使在全球範圍內，供應商數量也十分有限？
田克漢表示，普通的半導體晶片注重平面尺寸，橫向尺度一般在幾十 nm 的級別；但光學器件對縱向尺度上的準確性要求也很高高，即上圖左上角的階梯狀，深度在微米量級。這對半導體工藝提出更高要求，同時在深度和寬度兩個不同維度上進行精確控制。
「尺寸當然是越小越難，但批量量產的實力同樣不容小覷，我們創新性地採用了標準的半導體光刻工藝，效率非常高，能夠保證批量出貨。」田克漢介紹道。
比如，德國某公司採用電子束工藝，2mm～3mm 尺寸的 DOE 生產需要以天來計；而馭光團隊利用主流半導體光刻工藝生產一個 6 寸、8 寸或者 12 寸的晶圓大概需要幾十分鐘，而且使用不同的工藝生產出的 DOE，在精度、一致性和穩定性等方面具有較大差異，主流的半導體光刻工藝在這些方面都具有很多優勢。
需要說明的是，雖然 DOE 採用了與晶片生產相同的光刻工藝，但在形態上二者並不相同。田克漢形象地將前者表述為「看上去就像是一塊毛玻璃」，用矽片上的光刻工藝生產「毛玻璃」還是業界首創。
目前在消費級市場，三維感測器的大規模市場場景有兩個，一是遊戲主機領域的體感裝置，比如微軟XBox 遊戲機；第二個就是手機。「在其他領域還沒進入到真正的量產階段，所以它的稀缺性還沒有完全體現出來。」田克漢認為。
而在大多數報告中常提到的「工業領域應用」，多指傳統常採用的結構投影技術。比如，在鐳射拼焊焊縫表面質量檢測系統中, 通過投影以獲得焊縫結構光條紋中心線和特徵點的位置。80-90 年代，大部分工業採用該套方案，一直延續至今。但是由於其投影光亮度不夠，圖案精細度不夠，使用效果受限。而鐳射方案則具有很多優勢，現在正在逐步取代舊有方案。
田克漢認為，目前只有在消費電子領域，才正式對微納器件體積和成本等方面提出了嚴格和明確的要求。
他談道，團隊開創的是一個更通用的光學精密加工技術，不侷限於三維感測。當然三維感測是一個突破性的應用。「我一直堅信光學器件的趨勢是越來越小，越來越整合，這也是光學精密儀器公司未來的方向。」
根據法國市場研究與戰略諮詢公司 Yole 報告，預計 2022 年全球 3D 視覺市場規模將達到 90 億美元，從 2017 年到 2022 年的複合年均增速將達到 38.05%，增長的動力主要來自於消費級市場的放量，預計 2022 年消費級 3D 視覺市場規模將達到 60 億美元。
海通證券給出了手機市場更細分的資料，2020 年全球智慧手機端 3D 視覺硬體市場規模將到達 99.25 億美元，其中蘋果手機為 31.48 億美元，安卓手機為 67.77 億美元；前置結構光 3D 視覺市場規模為 66.78 億美元，後置時間光 3D 視覺市場規模為 32.47 億美元。
Yole 預計，全球 3D 成像和感測市場將從 2017 年的 21 億美元增長至 2023 年的 185 億美元，複合年增長率高達 44%。由於消費類市場的帶動（複合年增長率為 82%），汽車電子（複合年增長率為 35%）、工業和商業應用（複合年增長率為 12%）和其它高階市場也將進入快速增長通道。
儘管上述市場分析機構針對 3D 視覺市場均給予了樂觀期望值，但從 2018 年全球智慧手機市場的整體表現而言，3D 視覺方案的普及率仍然不如上半年的萬眾期待，在華為、小米、ov 等廠商給出旗艦款的示範設計之後，其他機型的追隨和跟進的步伐有所遲疑。
但田克漢仍然表示，目前落地節奏放緩很大程度還在於供應鏈與器件市場不夠成熟，導致成本過高、供貨不夠穩定等原因導致。而三維技術的發展方向毋庸置疑。
此外，田克漢表示，長久來看，馭光將不只侷限在做三維感測領域，公司的發展包括兩個維度。在橫向維度上，馭光將會為多種應用設計和製造精密光學器件。在縱向維度上，還會向模組、演算法、感測系統拓展。
田克漢表示，三維感測系統的市場和衍射光學器件的市場有一定重合，全年智慧手機出貨量在數十億規模，手機市場的規模在數十億美元，足夠成就一家公司。
目前，馭光是中國唯一一家擁有完整 in-house 的三維感測系統設計與製造能力的供應商，同時是國際上用半導體晶片工藝加工加工精密光學器件的少有廠商之一，其技術水平也處於國際領先水平。
角色進化
在基礎工藝之上，還需要明確的場景來推動應用，田克漢團隊認為，三維感測裡面的衍射光學器件就是第一步應用；結合團隊自有演算法，能夠建立一套完整的三維感測系統。
在手機市場，馭光為模組廠提供核心器件；在智慧門鎖、安防監控、在車載（導航）、自動駕駛，工業自動化檢測等領域，馭光將提供整套的三維感測模組和系統。
1、智慧門鎖的藍海市場
以智慧門鎖為例，據公開資料顯示，2017 年家庭端銷量 600 萬套，公寓端 200 萬套，行業總產值超過 100 億元，在 2016 年的基礎上實現了翻倍，增長迅猛。根據測算，到 2022 年，我國智慧門鎖的年銷量將超過 4600 萬把，達到 4604 萬把；總市場規模將超過 400 億人民幣，達到 437 億元。
在巨大的市場規模和高速增長的背景下，田克漢認準智慧門鎖市場還有一層更深刻的判斷——它和手機產業鏈的協同效應。
事實上，智慧門鎖從密碼鎖升級到目前的指紋鎖的根本原因就在於手機產業鏈的發展——因為手機指紋模組的普及，降低了模組成本，豐富了模組廠商資源，因而能夠將手機上的指紋模組搬到了門鎖上。比如匯頂科技，就是在智慧門鎖市場升級中收穫紅利的手機供應鏈廠商之一。而在此之前，很多嘗試指紋門鎖方案的廠商由於成本、供應鏈不夠成熟而止步。
此外，將手機作為先驗市場的意義還不侷限於出貨，更為重要的在於迅速積累供應鏈市場經驗和快速迭代工藝程式。「因為手機幾乎是所有消費產品中難度最高、技術含量最高的市場，所以為手機供貨就成為了器件廠商和方案廠商的試金石。」田克漢談道，「如果能做手機，那其他市場肯定沒問題。」手機的成熟低成本指紋方案在過去三年迅速擴充套件到智慧門鎖，類似的顛覆性擴充套件有望重演，智慧門鎖廠商積極向馭光尋求三維人臉識別門鎖的解決方案，將高階手機上安全便捷的三維人臉識別體驗遷移到門鎖上，在激烈的競爭中獲得差異化優勢。
談到智慧門鎖市場的實際需求，田克漢表示，目前市場格局整體還比較分散，中國的鎖廠上千家，但最大的鎖廠也不過佔 2%-3%。我們主要向重點廠商出售整個三維感測/識別模組，甚至包括後續資料的分析，建立標杆方案後再推而廣之。
目前馭光科技已經和小米以及聯想生態鏈的多家廠商達成合作，同時針對投射模組進行小批量出貨，給到目標廠商進行試用和評測。「我個人判斷，今年第三、四季度將會有搭載馭光模組的智慧門鎖產品出貨。」田克漢談道。
2、泛安防市場大有可為
安防行業龍頭企業也在探索三維感測新產品。前段時間，在我國江浙某地區，訊號燈人臉識別系統將董明珠廣告牌誤認為本人事件引起了業界廣泛討論：如果採用雙目視覺或者採集到深度資訊，就能避免這種情況；但不少人也認為，如果要在馬路用量這麼大的場景下推廣，投入成本會過高。手機行業三維感測的大規模應用，將解決方案的成本進一步降低，也讓三維感測在其它行業的普及應用創造了條件。
田克漢表示，通過和行業客戶交流反饋來看，安防領域的成本並不是首要考慮。目前，用於城市級的天網攝像頭價格均在千元至萬元量級，其中不僅包括了攝像頭器件本身的價格，更多溢價還分攤在計算晶片、傳輸、分析等部分；在這個基礎之上，增加一個三維深度感測投射模組並不會抬升過多成本，卻能將資料質量和智慧方案提升一個維度。
對於可觀的泛安防市場，馭光科技嘗試先從新零售的支付場景切入，提供金融級的三維感測模組和系統兩套方案。目前，馭光正在與銀行、網際網路金融等廠商跟進方案。在更狹義的公共安全場景中，馭光則選擇與安防巨頭廠商探討更長遠的落地計劃。
田克漢表示，短期內，手機市場是重中之重，但該領域以提供器件方案為主。在模組方案層面，第一步是開啟智慧門鎖市場，工業領域的物流和勘測；第二步的中期目標包括安防監控；第三步長期來看即自動駕駛。
模組和系統的很多部分在不同場景裡都是通用的，但其中的核心 DOE 需要根據使用場景和深度圖演算法去配合調整，其核心難點在於 DOE 的設計和量產。田克漢提到，馭光已經完成了核心難點的攻關，定製化的解決方案是我們的強大優勢。因此談到與其他方案廠商的競合關係時，「更偏向上下游合作」，和客戶一起針對應用場景定製高效的創新解決方案。
通過深入分析從微納器件到投射模組、深度演算法、視覺系統等不同環節的技術、量產和定製化難度，田克漢認為，如果將整個系統比作一座橋樑，那麼微納器件和深度演算法構成了它的兩個橋墩，而這同時也是馭光科技的兩大核心優勢。
中年「清華幫」
稍有留意，就會發現馭光的早期骨幹團隊均來自清華，整合了來自光學和半導體行業兩個領域的人才，「我花了很大精力組建這個團隊，大家基本都是原來的師兄弟。」田克漢談道。
清華畢業後，他們先後進入到全球領先的科技公司，包括IBM、3M、飛利浦、臺聯電、三星電子、佛吉亞等，均在業內有平均十餘年的研發及高階管理經驗。團隊架構上，馭光針對光學、系統、工藝三部分均設定了相應的研發和產品負責人，各司其職、有效協同。
田克漢介紹，馭光工程總監張國偉博士、工藝研發總監蔣超出身晶片行業，在意法半導體、新加坡聯華電子等晶片公司從業近二十年；光學研發總監楊興朋博士、系統產品總監苑京立、研發總監朱慶峰則在飛利浦、三星、斯倫貝謝等高科技創新企業沉澱了十餘年研發和管理經驗。目前，馭光已經建立起近百人的研發工程師團隊，發明專利二十餘項。
「我們是既有光學精密加工系統和演算法、又有生產能力，還能實現行業解決方案的落地，團隊很全面。」田克漢談道，「這是個很大的事業，我希望藉助這個平臺和師兄弟們做出不一樣的事。」
馭光創始人兼CEO田克漢
田克漢擁有清華大學精密儀器系學士學位、美國麻省理工學院博士學位。曾在美國IBM公司 T. J. Watson 研究中心和半導體研發中心擔任資深科學家/研究員（教授級），從事全球領先的先進半導體，先進光刻，先進微納衍射光學領域的研究。在 2010 和 2012 年兩度獲得IBM最高研究成就獎，2014 年獲得IBM發明大師（Master Inventor）稱號（IBM最高發明獎）。
「做光學的人通常不懂半導體，做半導體工藝的人也通常不涉及光學。我在清華和 MIT 所學的都是光學，並不做精密加工，在IBM工作做晶片製造，做光刻。所以我既瞭解到傳統精密加工技術的缺陷，也明白其中的機遇。」田克漢認為，利用半導體工藝進行光學的精密加工屬於交叉學科，需要多學科知識的融合。
在製造資源方面，馭光和多家國內一流的晶片代工廠合作，利用其晶片廠裝置來加工器件。「與其說他們是我們的代工廠，不如說，他們更像是我們的裝置租賃商。」田克漢談道，這並不是說半導體工藝拿過來，就能直接加工光學晶片，因為這裡面還有很多工藝都需要我們自己開發，專門針對光學精密加工的工藝都是我們自有的。
目前，馭光已經建立起一套獨立的智慧財產權的設計軟體，包含優化演算法，EDA 軟體、向量計算、模組模擬等內容。完整的微納衍射光學器件生產線已經投入量產，包括兩千平米千級超淨間 (區域性百級)，一千平米萬級超淨間，以及自主開發的業內領先的微納衍射光學器件檢測裝置。
此外，馭光還提出了業內一套示範性的光學器件的檢測方案。「因為這是個非常新的領域，市面上並沒有成熟的檢測供應商，我們曾試圖找到一家臺灣的供應商，但是對比我們自有方案，反而是我們的更好。」
針對 DOE 器件的檢測內容包括光學（效能）檢測、表面檢測、電學檢測，其中光學（效能）檢測最為關鍵，檢測光效果，包括均勻性、光效率、圖案准確度。目前的檢測標準由手機廠商確定最終的光效果，然後器件廠商從演算法反推，檢測如何與他們的演算法去匹配。馭光也針對自主設計生產的面向不同行業應用的多款投射模組，設計了專用檢測裝置，用以可靠保障量產產能和效率。