1.4 移動智能終端新技術趨勢

從產業趨勢上看，雖然可穿戴、智能硬件等發展很快，但是整體規模以及對整個ICT產業的影響尚在初級階段，未來幾年，ICT產業最重要的驅動力量仍將是智能手機，如圖1-16所示。智能手機未來的發展將呈現品牌集中化的趨勢，智能手機的創新方向一種是技術創新模式，依靠研發，發揮差異化優勢；另一種方向是互聯網生態模式，通過打造如小米、樂視的“軟件+硬件+互聯網服務”生態模式，建立比較完善的智能家庭生態圈獲得市場。

從近期技術發展上看，預計2015年之后的2～3年內，智能終端技術的發展仍主要集中于移動芯片技術、智能操作系統技術、人機交互技術、應用開發技術、新材料等這幾大領域。市場主流的智能終端的改變主要會集中在通信制式換代、傳感能力提升、屏顯形態變化、識別技術豐富準確化等方面。在通信制式方面，基帶芯片至CAT6已成熟商用，近期主要聚焦雙4G協同組網方案等應用類問題，而射頻芯片與前端器件則成為較大難點。連接型芯片技術發展主要聚焦于藍牙與高速Wi-Fi的持續演進。

NFC能力逐步成為智能終端的重要選項。2016年電信運營商和手機廠商會更多的推動NFC手機的市場普及，來提升移動支付的體驗。咨詢公司Counterpoint預測2016年全球38%的智能手機將擁有指紋識別功能，這一數值在中國可能更高。

屏幕方面，隨著屏幕供應商在2K屏幕成本和功耗控制不斷改進，2016年會有更多高端手機應用2K屏，此外，火熱的VR產業也需要更清晰的屏幕來承載VR內容，所以間接也會帶動2K屏手機的增長。攝像方面，由于雙攝像頭可以提升拍照的景深效果和成像質量，也可促進3D和虹膜識別功能的發展，所以雙攝像頭技術可能會得到更廣泛的應用。而在觸控技術方面，輕薄是手機的必然趨勢，2015年市場已經證明OGS前景不容樂觀，Oncell和Incell將是未來的發展方向，趨勢上看韓系的Amoled是未來趨勢，未來Oncell可能會占上風，目前Incell仍占重要地位。

2015年底，中國移動聲稱在2016年為終端渠道補貼1000億元，其中最核心的補貼重點是VoLTE手機。中國移動要求從2016年開始，送往入庫的4G手機必須支持VoLTE功能，并且設定了3000萬的VoLTE用戶目標。甚至500元以下的VoLTE手機也具有補貼。因此VoLTE手機2016年會得到較大增長。

USB Type-C將會得到越來越廣泛的采用。IHS預估，智能手機和平板USB TypeC的滲透率在2019年將達到50%。指紋支付具有易用、安全及裝置逐漸普及化的優勢，成為全球生物支付的主流應用，2016年在手機上的滲透率將大幅提高。操作系統方面，隨著安卓的技術演進和市場的擴大，未來幾年內，除了蘋果之外的智能機，基本上的首選都是安卓系統，發展方向是多用戶、多窗口、界面更流暢、更完善的權限管理，更好的流量管控，更好的系統穩定性及應用的隔離，更快速的系統啟動技術。

從長遠上看，移動智能終端朝著創造更好的用戶體驗、更多業務應用的方向創新進步。隨著應用的不斷豐富、用戶體驗的不斷提升、軟硬件技術的進步，智能終端存在顛覆性創新的可能，那么，在諸多技術熱點的背后，下一個智能終端的顛覆性技術在哪里？

1995年，美國哈佛商學院教授克萊頓·克里斯坦森在他的《顛覆性技術的機遇浪潮》一書中，首先提出顛覆性（disruptive）技術的概念。顛覆性技術是一種另辟蹊徑、對已有傳統或主流技術途徑產生顛覆性效果的技術，可能是全創的新技術，也可能是基于現有技術的跨學科、跨領域的創新應用。顛覆性技術打破了傳統技術的思維和發展路線，是對傳統技術的跨越式發展。例如，數字技術轉移應用到照相領域，顛覆了傳統的基于膠片的照相技術；計算機技術和通信技術的融合，產生的計算機網絡技術顛覆了傳統的信息傳輸和應用方式。在此基礎上，克里斯坦森于1997年又出版了《創新者的窘境》一書，在書中他首先提出了存在兩種創新，即維持性（sustainning）創新和顛覆性創新。維持性創新是企業沿著既有技術和產品的改進軌跡逐步向前推進；顛覆性創新則是創造與現有技術完全不同的新技術，創造更為簡單、更加便捷與更廉價的產品。許多采用傳統技術十分優秀的企業，也曾被人視為榜樣并竭力效仿，但最終卻在技術和市場發生突破性變化時，沒有跟上新的技術浪潮，不僅喪失了行業的領先地位，甚至退出了市場，例如在移動終端領域，名噪一時的諾基亞，錯失了安卓的大趨勢，很快就由手機業界市場占有一定份額轉為迅速被淘汰。

當今世界正處在新一輪科技革命的前夜，大量顛覆性技術呼之欲出。新材料、人工智能、能源存儲、傳感技術、虛擬現實與增強現實等技術以及這些技術在智能終端領域的跨界應用，也許會顛覆智能終端的現有形態。從2007年蘋果推出iPhone至今，智能手機作為目前主流的移動計算平臺已發展了近十年，未來必定會有新的革命性的終端平臺出現。雖然我們很難預料到新的平臺到底是什么，但是谷歌的模塊化手機，曲面屏設置和可折疊屏幕都是當下或未來市場的熱點，而虛擬現實、增強現實技術和新的人機交互技術可能會更為徹底的帶來手機和智能終端的變革。以下是未來一些智能終端技術的熱點發展方向。

1.4.1 電池技術

當前，電池技術依然是智能終端發展的瓶頸。移動智能終端硬件性能的提高和越來越多的軟件應用，使目前電池的性能不能很好地滿足用戶對智能終端的續航能力的要求。電池的發展歷經了多個階段，從最早的鉛蓄電池、鉛晶蓄電池、鐵鎳蓄電池以及銀鋅蓄電池，發展到鉛酸蓄電池、太陽能電池等。鋰電池是目前智能終端廣泛使用的電池技術，鋰離子電池相對來說具有高能量密度、高比容量、較長的循環使用壽命、較快的充放電速度、較小的自放電、無記憶性、靈巧輕便、環境友好等多指標的綜合優點，使當前還難以找到另外成熟的替代材料。未來數年甚至數十年內，鋰離子電池仍會是全球消費類電子產品的首選電池。

未來，新電池材質的研發、電池能量密度的提升將會使更便宜、更穩定、電力更充足的電池成為可能。刊登在Nature的一篇關于鋁電池的論文引發了人們對鋁電池的熱情。斯坦福大學的研究人員利用新的電極材料與電解液，克服了傳統鋁離子電池的固有缺點，具有使用時間長、成本低、容量大、可折疊、不易燃、壽命長、更環保等種種優點，而最大的看點在于極快的充電速度：對比目前鋰離子電池一般數個小時的充電時間，新型鋁電池1分鐘之內即可完成充電工作。如能成功普及，對于現有的電動汽車、智能終端等產業的影響是革命性的。但目前的鋁離子電池還停留在實驗室階段，首先成本較高，正極材料采用CVD泡沫石墨，電解液采用離子液體，在使鋁電池循環壽命和安全性大大提升的同時，其成本也是大規模商業化普及所難以承受的。其次鋁電池現有的能量密度比起主流的鋰電池低很多，因此數年內鋁電池大規模替代鋰電池尚且不現實。但隨著新材料、新工藝的推廣，以鋁電池為代表的新型電池可能會改變電池產業生態格局。同時，美國國家標準與技術研究院發表報告稱正在開發以鈉為基礎的符合金屬氰化物的電池。此外，一些新的技術也在吸引人們的目光，未來的智能手機不僅使用傳統的電池為其能源，可能會利用無線電波、蜂窩或者Wi-Fi信號進行充電。

為了支持可穿戴式智能終端，可彎曲電池也將成為未來的產業熱點，三星已經展示了最新Stripe和Band電池產品，Stripe電池能彎曲成不同形狀，可被用于多種新的智能終端。

雖然在短期內電池技術無法取得突破，但人們試圖通過一些其他的辦法來解決續航問題。英特爾、高通、nVidia、AMD從改善CPU的耗電性能下手，雖然性能優化了，但效果似乎還是不盡如人意。于是，快充技術成為手機廠商的普遍選擇。目前市面上主要的快充技術有OPPO的VOOC閃充，高通的QC2.0以及MediaTek的Pump Express Plus等技術。

1.4.2 無線充電技術

近年來，無線充電技術以其移動性、方便等優點得到了快速發展，成為消費電子產品領域的新興研究熱點。但在智能終端領域，無線迄今為止仍是一項頗令人糾結的技術，在幾年前它曾被認為是消費電子領域的下一個趨勢，但至今仍是小眾技術。相比不夠可靠、需要精準擺放位置、充電速度慢的無線充電器，人們還是更習慣于USB數據線和充電器。一些廠商在努力改變無線充電的窘境，比如三星S6、S7，可以支持多種標準，至少不用再去購買特定的無線充電器。另外，Qi等標準也在加大充電功率，15W的產品也開始普及，解決充電速度的問題。不過無線充電技術要想普及，還需要等待技術的進步和標準的統一。以下是幾種已經成熟或正在研究中的移動終端無線充電技術。

1.WPC（無線充電聯盟）：電磁感應耦合方式

電流通過線圈會產生磁場，其他未通電的線圈靠近磁場就會產生電流，無線充電就應用了這種稱為“電磁效應”的物理現象，將可與磁場振動的線圈排列起來，可延長供電距離，如圖1-17所示。

無線充電聯盟（WPC）于2008年12月成立，目前WPC在商業推廣中的QI標準已有172家會員公司，包括德州儀器（TI）、飛利浦、飛思卡爾（Freescale）、東芝（Toshiba）、微軟、松下、三星、索尼、高通等。無線充電聯盟（WPC）推出的無線充電標準Qi采用的是磁感應耦合方式，根據不同的產品應用，WPC先后發布了適用于智能設備的5W與15W技術規范。從市場規模上，Qi無疑是目前最為普及的，但充電傳輸距離嚴重受限，Qi的最新標準可實現7～45mm的無線充電距離。

目前大部分手機用的是Qi標準，不同品牌的產品，只要有Qi標識，不需要安裝任何配件，直接將它放在任何一款支持Qi標準的充電器上就能開始充電。當然，產品要獲得Qi標識就必須經過測試，獲得WPC認可。WPC規定，測試包括兩大項：一致性測試和互操作測試。一致性測試是為了確保經過Qi認證測試的無線充電產品符合WPC無線充電聯盟規定的所有技術規范和要求；互操作測試則是為了確保取得Qi認證的產品之間的互聯互通。

2.A4WP（無線能源聯盟）：磁諧振方式

由三星與高通創立的A4WP（無線能源聯盟）2012年5月成立，目前已有40多個成員，包括三星、高通、博通、Gill Industries、Integrated Device Technology（IDT）、Intel等。

A4WP（無線能源聯盟）的無線充電技術名為“Rezence”，采用磁共振（諧振感應，又名諧振耦合技術），其技術原理如圖1-18所示。磁諧振方式的工作原理使用一個線圈和電容組成諧振器，利用發射線圈和接收線圈之間的諧振來實現電能傳輸。即使在收發線圈之間的耦合效應很弱時，通過調整兩個高Q值線圈的共振頻率進行精確匹配，即可實現電能在兩個線圈之間的遠距離傳輸。因此，相對發送線圈的X-Y平面，接收線圈位置可以非常靈活。由于近場耦合方式的工作距離很近（一般小于1 cm），近場感性耦合也稱為緊耦合，磁場諧振式的工作距離相對較遠也稱為松耦合。磁諧振方式的優點是傳輸距離長，效率高。

3.PMA（電力聯盟）：電磁感應方式

由Powermat、Google、AT&T、Starbucks共同創立，包含了不少通信及手機制造商，如三星、Broadcom、宏達電、LG及華為等。主要關注公用服務的應用接口標準，致力于為符合IEEE協會標準的手機和電子設備，打造無線供電標準，其工作頻率為277～357kHz。PMA標準可以通過兩種方案來實現無線充電，一種是透過內建無線充電芯片；另一種則是采用一種叫作WiCC無線充電卡，使用時只需要安裝在移動設備的電池上即可，同時WiCC卡也可以作為NFC（近場通信）天線使用。

A4WP與PMA兩大陣營已于2015年6月正式宣布合并，成為新的AirFuel（Rezence標準），與Qi形成兩強之勢。高通推出了WiPower，不過它基于Rezence，只是對無線充電的金屬阻隔性、功率等進行改進。

4.Wi-Fi無線充電

美國華盛頓大學已經成功研發了利用W-i Fi網絡給硬件設備充電的技術，已經在大約十米的Wi-Fi覆蓋距離內，成功給數碼相機等設備充滿電，未來有望給手機充電。

Wi-Fi網絡幾乎隨處可見，美國華盛頓大學研發團隊的目的，就是利用Wi-Fi路由器充當無線充電設備，給智能手機等設備進行充電。該大學研發了一個“Wi-Fi供電系統”。該系統主要包括兩個組成部分：一個是Wi-Fi接入點（路由器）；另一個是定制的充電傳感器。安裝在硬件設備上的充電傳感器，可接收射頻信號（RF）中的電能，并將其轉化為直流電進行充電。雖然此前美國Energous公司已經推出了一種利用射頻信號在空中提供電能的設備，但這種設備在提供充電時，將無法再充當Wi-Fi路由器使用。而這種Wi-Fi充電技術，并不需要對傳統的無線路由器進行更換，只需要部署軟件等方案，提供充電功能之后，并不會對互聯網接入的功能造成影響。

5．超聲波無線充電

一家名叫uBeam的公司發明了一種全新的無線充電模式，如圖1-19所示，可以利用超聲波將電力隔空輸送到15英尺（約合4.6米）外的地方。有了這樣的產品，只要使用專用的無線充電套，你就可以在充電的同時拿著手機在屋里走動。uBeam已獲得170萬美元的種子輪融資，其投資人包括Yahoo CEO Marissa Mayer、Founders Fund以及Andreessen Horowitz等。該公司已經申請了18項與無線充電和超聲波有關的專利。

6．聚焦光線充電

微軟研究院的AutoCharge是一種自動定位桌子上的智能手機，并能為它們充電的技術。他們制造的原型充電器可以被安裝在天花板上，有兩個工作模塊：一個監測模塊，其采用的是微軟的Kinect攝像頭，可以掃描像智能手機樣子的物體；另一個是充電模式，采用了UltraFire CREE XM-L T6來聚焦LED光線。

該AutoCharge系統采用了基于圖像處理來監測和追蹤桌上的智能手機，并自動為智能手機充電。充電器會不斷地旋轉，直到它檢測到一個看起來像智能手機的物體，之后將使用太陽能發電技術所產生的光束為智能手機遠程充電。

1.4.3 人機交互技術

在“移動互聯”時代，觸控技術作為一次全新的人機交互模式改變了我們的生活習慣。也許在不久的將來，一張透明的“紙”展開就是臺智能終端，隨處一貼就是屏幕，看似只存在于科幻世界中，實際上離我們已經越來越近。

1．屏幕技術

智能手機的屏幕已經占據前面板的大部分空間，并向無縫邊框發展，俄羅斯的YotaPhone2手機甚至使用雙面屏幕。在分辨率上，2K屏將會普及，4K屏也會在高端機上得到應用。IHS預測數據顯示，2K屏份額將由2015年的5%升至2020年的25%, 4K屏份額由2015年的0%（已有4K屏手機上市）緩慢升至2020年的6%。在FHD屏智能機出貨量占比快速提升的同時，考慮到主流廠商在產品升級、高端產能消化與盈利水平方面的要求，以及少部分先鋒用戶的超高清需求，2K屏占比顯著提高（通常對應5.7/6寸、450～600PPI）。與之對應的是，由于成本壓力、技術難度以及大眾對屏幕清晰度分辨極限的影響，預計2020年前4K屏市場發展緩慢。

靈活的可折疊屏幕也許在未來會成為現實。而屏幕可折疊之前，曲面屏幕將成為未來智能手機的熱點。2013年在智能手機市場中僅占0.2%的曲面智能手機，截至2015年和2018年將分別增至12%和40%。曲面屏幕在提高智能手機可操作性的同時，更加符合人類視網膜弧度，能改善感官體驗。同時，曲面屏幕厚度低，重量輕且功耗低，對智能手機繼續向著更加輕、薄且提高續航能力十分有利。一些新的應用方式和內容也將逐漸只能在曲面屏幕上得到最好的體現。未來曲面智能手機的競爭將更加激烈。

柔性顯示（如圖1-20所示）與觸控顯示（如in-cell嵌入式觸屏、3D壓感、隔空觸控等）成為屏幕技術發展的另外一個重點方向，以柔性顯示為代表的深化交互性技術將觸發全新的技術體系。2014年10月，日本創新高科技半導體能源實驗室展示了5.9英寸柔性可折疊有機發光二極管（OLED）顯示屏。這種顯示屏在配備觸摸傳感器后可彎折10萬次。三星也計劃繼曲面屏后，在2016年推出折疊屏手機，這標志著柔性顯示有望從曲面時代進入折疊時代。但OLED柔性顯示技術最大的瓶頸在于封裝。柔性屏市場放量依然需要幾年的時間。

2．輸入技術

輸入技術極大的影響著智能終端的用戶體驗，隨著柔性屏幕顯示的發展，與之配合的觸控技術也隨之發展。未來觸摸屏的三大發展趨勢為大屏、柔性和透明，ITO（銦錫氧化物）材料因其透明、導電等特性，長期以來幾乎統治著整個觸控行業。然而，ITO材料也有著諸多的缺點，包括阻抗高、透光性較差等問題。傳統的ITO導電玻璃由于ITO的脆性，在應用中必須有玻璃作為保護層，以保護內部導體及感應器。玻璃保護層的加入，增加了工藝生產的難度（必須在真空下），也限制了觸摸屏向柔性化發展的方向。為了解決這個問題，國內外眾多觸控面板廠商不得不將發展重點轉向ITO的替代技術，包括納米銀線、金屬網格、納米碳管以及石墨烯等材料。與傳統的ITO觸摸屏相比，這類柔性觸摸屏具有很多優點：耐沖擊，抗震能力更強；重量輕、體積小，攜帶更加方便；采用卷到卷（roll-to-roll）印刷工藝，成本更加低廉等。在多種新材料中，以納米銀線和金屬網格的發展較為成熟。

Metal-Mesh（金屬網格）是一種全新的ITO替代工藝，形狀有點像把用極細的金屬線所組成的烤肉架，做在觸控感應器上，其優勢在于阻抗低（小于10歐姆）、資本支出非常低、制造成本比ITO稍低、透明度比ITO佳、可撓度高，有望成為一種工業化生產技術，從根本上開辟了各種納米器件生產的廣闊前景。不過，Metal Mesh存在三個問題：一是Metal Mesh良率不穩定；二是有能力量產Metal Mesh觸控面板的企業較少；三是采用Metal Mesh方案與LCD面板搭配時成本會有所增加。

與Metal Mesh相比，納米銀線被認為是最有可能替代ITO的材料之一。目前，已經有大量的研究證明銀納米線可用于制備觸摸屏、彎曲有機發光二極管（OLED）、可穿戴電子設備、電子皮膚和彎曲太陽能電池等透明電極中，彎折1000次后性能仍然很穩定，另外，在智能家具的觸控屏、新型LOW-E玻璃中都有良好的應用前景。納米銀線生產工藝簡單、良率高。由于線寬較小，納米銀線技術制成的導電薄膜相比于金屬網格技術制成的薄膜可以達到更高的透光率。相比于金屬網格薄膜，納米銀線薄膜具有較小的彎曲半徑，且在彎曲時電阻變化率較小，應用在具有曲面顯示的設備，例如智能手表、手環等上的時候，更具有優勢。納米銀線除具有銀優良的導電性之外，由于納米級別的尺寸效應，還具有優異的透光性、耐曲撓性。納米銀線的大長徑比效應，使其在導電膠、導熱膠等方面的應用中也具有突出的優勢。

石墨烯目前仍處于研發階段，距離量產還有很遠的距離。納米碳管工業化量產技術尚未完善，其制成的薄膜產品導電性還不能達到普通ITO薄膜的水平。從技術與市場化來說，金屬網格與納米銀線技術將是新興屏幕觸控技術的兩大主角。

此外，未來的輸入技術的發展方向主要有：

手勢控制技術：隨著2006年任天堂（Nintendo）Wii的出現，大眾開始了解到手勢感測控制技術，但當時需要配合手持控制器、而不是徒手進行。現在將近十年過去了，手勢感測控制有機會繼觸控面板之后，成為另一個智能設備上重要的人機交互接口。不過在這之前，手勢感測控制技術還需要在組件、算法等方面進一步的完善，同時在實時性、正確性與便利性上，滿足用戶對人機交互接口的期待。另外，軟件應用端的創意開發、多樣性也將左右手勢感測控制人機交互接口未來的滲透速度。

手勢控制技術在可穿戴設備上的應用將尤為重要。可穿戴設備比起移動設備更講究穿戴的舒適性，即使可以作曲面屏幕，智能手表的操作比起手機來說還是相當不方便，這時手勢操控跟觸控屏幕彼此間就可以搭配、成為相輔相成的角色。Google在2015年為Android Wear發表了Wrist Gestures，正是利用內建的慣性MEMS傳感器，讓使用者可以轉動手腕的簡單方式來操作智能手表。手勢控制目前主要有基于屏幕的觸控手勢（如寫C進入CAMERA，雙擊進入系統），還有基于動作傳感器的動作手勢，如基于Gyro的畫8字解鎖等，基于環境光傳感器的動作手勢。

另一個手勢控制的例子是Google的Soli項目，Soli可以通過雷達使設備在短距離上獲取人的手勢活動。雷達可以極高的頻率檢測雙手的活動，然后通過“a pipeline”技術對捕捉到的手勢進行解讀。該產品適用于可穿戴設備，滿足操作可穿戴設備屏幕較小的要求。例如，我們可以通過兩個手指之間的捏合來執行點擊操作，通過拇指與中指的摩擦滑動來進行選項的滾動和調整。

語音控制技術：按照仿生學的觀點，觸控是人手操作的一個方式，而語音是更高級的輸入方式，當然視覺會更高一個層級。語音控制分為三個層次的應用技術：首先是語音控制指令；其次是聲紋解鎖技術，可以根據個人的聲音特性，形成用戶的ID識別而解鎖，類似于指紋技術；再次是語義識別技術，蘋果的SIRI將這個技術帶到了一定的高度，但是仍然未達到成熟的程度。語音技術，目前在單獨的指令學習以及簡單語句識別方面已經獲得了很大的進展，未來前景可期。Gartner公司預測到2020年，30%的Web瀏覽將不再依賴屏幕。未來的Web瀏覽將通過亞馬孫Alexa或蘋果Siri等語音助手進行，它們理解自然語言的能力將大幅提升。

視覺識別技術：這個是更高層級的仿生技術，未來可以模仿人眼進行動作及身份ID的識別。其中，使用Camera進行人臉識別或者眼睛特征的識別會成為近期的研究方向。人臉識別由于不用特殊Camera模組，軟件實現相對方便，不過識別精度不會很高，作為解鎖勉強可以，但是很難作為安全支付技術。而虹膜識別和眼紋識別，由于具有活體識別特性，安全性會高很多。虹膜識別由于要紅外攝像頭，要么外加一個單獨攝像頭，要么采用高價格的可切換鏡頭，應用場景會比較有限。而基于眼睛的眼紋識別，可能會有一定的應用空間。

腦電波控制技術：目前已經有了初步的雛形，可以檢測腦電波的波動來簡單操控物體。

1.4.4 傳感器

溫濕度、壓力、運動傳感器、慣性傳感器、MEMS麥克風、壓力和環境傳感器等在智能終端中已經得到了廣泛應用。智能終端的傳感器將會越來越多，某些手機已集成四個MEMS麥克風，還有的手機集成六軸慣性測量單位（IMU）和加速度計。新類型的傳感器也陸續出現，如3D景深傳感器、紅外傳感器等。2015年11月，英國劍橋CMOS公司展示了世界上第一款用于智能手機的氣體傳感器，體積為1平方毫米且價格便宜，可以用于家具甲醛、空氣質量甚至醉酒檢測。傳感芯片中體征識別技術也是當下的熱點。這些新型的傳感器和技術將極大豐富智能終端的應用領域。

MEMS（Microelectro Mechanical Systems微機電系統）傳感器是智能手機傳感器將來的主要發展方向。MEMS傳感器將向高性能、小尺寸發展，智能手機中的傳感器越來越小、越來越準確、越來越可靠，同時MEMS制造將快速向下一代晶圓尺寸轉移。12英寸MEMS晶圓制造將在未來幾年成為熱門主題。

MEMS將逐步走向多傳感器（現有的和新興的傳感器）集成，至少三大類組合傳感器已有雛形：密閉封裝（Closed Package）組合傳感器、開放腔體（Open Cavity）組合傳感器、光學窗口（Open-eyed）組合傳感器。

密閉封裝組合傳感器發展較為成熟，如圖1-21所示，其中主要是慣性傳感器，如多軸加速度計、陀螺儀和磁力計。該類傳感器主要感測運動，必須密閉，以避免外界環境對傳感器的干擾，如濕度、顆粒物等。未來，也可能集成其他傳感器。但我們認為，大多數應用將使用六軸或九軸慣性傳感器，可能外加一顆加速度計，以提供電源管理，保證低功耗的永遠在線（always-on）功能。對于加速度計和陀螺儀，集成是在硅片上實現的，并通過系統級封裝（SiP）將專用集成電路（ASIC）和磁力計集成在一起。目前發展趨勢是硅片上實現更多集成，系統級封裝實現不太適合在硅片上集成（原因是成本高）的芯片。

開放腔體組合傳感器需要與外界聯通以感知環境信息。例如，壓力傳感器可以和濕度傳感器、氣體傳感器集成。但是，如果將它們與慣性傳感器集成，將會有重大挑戰。因為兩類傳感器之間存在潛在的串擾，開放腔體造成環境濕氣和顆粒物進入封裝，從而引起慣性傳感器工作異常。但是可以借鑒MEMS麥克風的解決方案，它既需要開孔，又需要避免外界環境對MEMS可動結構的影響。所以，MEMS麥克風將先和壓力傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器集成。這將形成一種非常重要的組合傳感器，能夠檢測我們周圍的環境狀況。這些傳感器的集成主要采用系統級封裝，因為大部分傳感器采用不同的制造工藝，在單片硅晶圓上的集成成本過高。新的技術，如Vesper的壓電薄膜MEMS麥克風技術，可能被應用到壓力傳感器。

第三類是光學窗口組合傳感器。攝像頭（圖像傳感器）是手機中最昂貴的傳感器模組。目前，攝像頭主要功能是拍攝照片，但是光學感測功能潛力更大。許多波長正在被“開發利用”，以實現人臉和虹膜識別、3D地圖、測距、紅外和多光譜成像。手機中逐漸形成兩個光學窗口組合傳感器，包括前置和后置的圖像傳感器，也將集成現有的光學傳感器，如接近傳感器、環境光傳感器和3D景深傳感器等。光學窗口組合傳感器需要將硅結構最優化，包括為應用定義合適的光電二極管。但是大多數采用系統級封裝集成IC、圖像感測芯片、光學器件、自動對焦和圖像穩定。

預計未來將有四種趨勢改變MEMS傳感器市場格局：

? 新興器件，如氣體傳感器、微鏡和環境組合傳感器；

? 新應用，如壓力傳感器應用于位置（高度）感測；

? 顛覆性技術，包括封裝、新材料（如壓電薄膜和300mm/12寸晶圓）；

? 新的設計，包括NEMS（納機電系統）和光學集成技術。

1.4.5 虛擬現實和增強現實技術（VR和AR）

1.4.5.1 VR/AR漸成熱點

VR（Virtual Reality）虛擬現實技術，是利用運算平臺（包括智能終端）模擬產生的一種虛擬環境，用戶借助特殊的輸入輸出設備，與虛擬世界中的物體進行交互，從而通過視覺，聽覺和觸覺獲得與真實世界相同的感受，VR讓使用者脫離現實世界，感知虛擬空間的事物，達到讓使用者“身臨其境”的效果。VR設備往往是浸入式的，典型的設備如oculus rift（如圖1-22所示）、三星Gear VR、索尼PlayStation VR。目前的VR內容主要通過移動端、PC端或者一體機輸入，智能手機可以作為VR主機的一種。

AR（Augmented Reality）增強現實技術，是通過計算機系統提供的信息增加用戶對現實世界感知的技術，將虛擬的信息應用到真實世界，并將計算機生成的虛擬物體、場景或系統提示信息疊加到真實場景中，從而實現對現實的增強。增強現實技術，不僅展現了真實世界的信息，而且將虛擬的信息同時顯示出來，兩種信息相互補充、疊加。增強現實技術包含了多媒體、三維建模、實時視頻顯示及控制、多傳感器融合、實時跟蹤及注冊、場景融合等新技術與新手段。AR的一種典型應用是把智能手機等平臺中的三維內容投射到其他介質上，呈現出真實的人、場景與虛擬物體結合的效果，比如虛擬穿衣鏡，通過鏡面投影設備（鏡子顯示器）和計算機技術，結合激光、體重等測量參數讓參與者輕松試穿各種虛擬的衣服。目前，隨著智能手機和AR瀏覽器的興起，消費者開始接受這種新型的人機交互（HCI）。智能手機是被認為未來AR市場中最有希望的AR智能硬件之一。典型的AR設備有谷歌眼鏡、微軟的HoloLens以及具備投影和相關功能的智能移動終端，如Google Project Tango。

虛擬現實技術目前的硬件形態，可分為VR頭盔（+PC）、眼鏡（+手機）、一體機（獨立使用），因為PC端流量向移動端轉移、PC產業鏈老化，導致PC+VR頭盔的周邊配件和開發資源薄弱，很難成為2C市場大規模普及的設備。同時由于智能手機性能持續快速提升，移動開發環境非常成熟和活躍，加上VR眼鏡低成本帶來價格優勢，智能終端加眼鏡也許會成為未來幾年VR頭戴設備的重要形態。

如圖1-23所示，AR是現實世界與虛擬世界的疊加，技術實現難度要大于VR。AR除了要求解決顯示技術（全息投影、透明顯示等）外，還要注重感知技術。因為，AR的感知不僅僅是對人輸入信息的感知，還包括對周圍環境的感知。AR只有感知周圍現實世界，才能將知道虛擬世界的圖像應當疊加到現實世界的哪個具體位置。以微軟HoloLens為例，如圖1-23所示，HoloLens通過激光雷達、光學攝像頭、深度攝像頭、慣性傳感器等各種傳感器獲取應用場所的視覺信息、深度信息、自身的加速度和角速度等現實數據，然后通過算法確定用戶位置和路面位置，從而構建地圖，并將處理的虛擬數據與探測的現實數據實時結合，形成動態“虛實結合”的畫面。這里面的硬件的關鍵在于顯示和感知，軟件的關鍵在于算法。

VR/AR帶來的是交互的跳躍，從手指觸摸一下跳躍到全感官的交互，視覺從有界進入沉浸、手指從滑動上升為手勢動作，未來不僅僅是手指，身體的各部分都可以參與到交互當中，在VR中走動，拿起VR世界中的物體。VR和AR將會成為PC和智能終端之后的下一個重要計算平臺。新的終端形態、應用和市場終將形成，當前的許多市場將被顛覆。未來，也許VR和AR將像智能終端一樣無處不在，進入傳統行業的應用，重塑當前的行為方式，如買房、與醫生互動和觀看足球比賽等。隨著技術的改進、價格的下滑、移動性的實現以及相關應用（無論是面向企業，還是個人消費者）的誕生，VR和AR的市場規模將達到數百億美元，并有可能像PC和智能終端的出現一樣成為游戲規則的顛覆者。可以作一個大膽的預言，未來VR/AR將和智能終端走向融合，甚至新的移動智能終端的“屏幕”和交互方式將會以VR/AR的形態呈現。

VR/AR已成為當前的熱點。很多人把2016年稱為VR產業化元年，虛擬現實變得越來越炙手可熱，越來越多的手機品牌也進入了VR產業。早在2014年，三星就已經推出第一代的VR眼鏡——Gear VR，當時只能與Note 4搭配使用，然后經歷近兩年的迭代更新，2016年8月推出了第四代的Gear VR產品。樂視和小米也推出了VR產品，華為、中興、華碩2016年也發布了各自的VR產品。谷歌在配合智能手機使用的VR盒子CardBoard之后，又發布了新一代的Daydream系統，它由VR盒子、對應的Pixel手機和附帶一個控制器組成，Daydream不僅能用來看電影玩游戲，還可以用來看VR新聞和Youtube上的全景視頻，甚至是用VR觀光旅游，谷歌為這個VR觀光設計了150多條線路。

Google在VR/AR方面正在搭建自己的生態圈。與Cardboard和Gear VR相似，谷歌新款虛擬現實頭盔需要與智能手機配合使用，依賴后者的顯示屏和處理能力。Google希望通過直接在Android中嵌入新模塊，而非依靠傳統應用來改進移動虛擬現實體驗。在2016上半年的Google I/O大會上，谷歌宣布已經有多個廠商承諾將會在2016年秋發布支持Daydream的手機，這些廠商包括三星、LG、HTC、華為、小米、中興、華碩和阿爾卡特等品牌。并且谷歌也宣布已經與許多著名內容提供商達成了合作，共同為Daydream提供VR內容，例如Netflix、HBO和Hulu等娛樂內容提供商，以及NBA和MLB，這兩個體育聯盟將會為Daydream提供體育VR內容。在AR方面，Google的Tango項目是一款搭載了智能視覺傳感器的手機。該設備能夠制作室內3D地圖，感知景深，增強現實以及任何類似的工作。它能夠通過復雜的計算確定自己在現實環境中的位置及運動方向。通過其傳感器系統，設備可以獲得6度自由（six degrees of freedom），其中3個用于確定設備姿態，3個用于確定設備運動趨勢。攝像頭方面，三個垂直放置的透鏡用來提供顏色和景深信息，一個廣角透鏡為手機提供更寬廣的視角，獲取的信息將通過Snapdragon處理器處理，最終呈現出所在空間的3D信息。DEMO方面，最引人注目的是一款叫“Lowe's home planning”的APP。它能夠將真實的房子變為游戲背景，讓用戶通過虛擬現實設備在真實的房子中推動虛擬的家具。Google和Lenovo宣布于2016年夏天在美國和其他地區發售一款售價在$500以內的Tango手機。

Magic Leap的主要研發方向是將圖像直接投射到眼睛并直達視網膜，想象一下智能終端可以直接將內容投射到你的視網膜，屏幕將不再需要，這將完全顛覆傳統的顯示技術。Magic Leap在前不久發布了一段增強現實辦公室的視頻，在視頻中，辦公室里的人可以四處搬動他們的電子郵件，輕輕一揮手就可以進行刪除。

微軟的HoloLens在交互方面更進一步，微軟強調HoloLens屬于全息設備（Hologram）而非虛擬現實設備，HoloLens區別于VR設備的不同在于，VR將你帶入一個完全虛擬的世界中，整體偏重視覺體驗。HoloLens屬于增強現實，將影像投入現實世界中，并在現實中建立一個虛擬世界。HoloLens不僅去掉了屏幕邊框的概念，還可以通過手勢將各種實體電子設備虛擬化，比如隨手在屏幕上畫出一塊巨屏屏幕；隨手在空中撥出電話號碼；甚至可以將日歷等電子化形象擴展到你的3D視覺中來；醫療健康、工程建筑等。以前只存在于電腦屏幕上的影像突破了傳統的顯示方式束縛，而且已經不是可視化那么簡單，科幻般的操作方式已經誕生。

硅谷創業公司VRLab則是一家專門致力于虛擬現實移動社交公司，VRLab認為當前虛擬現實技術已經達到了可以在消費市場廣泛應用的階段。VRLab提供了一個移動社交APP，可以運行在蘋果iOS和安卓移動平臺以及PC上，能連接多位玩家進入同一虛擬現實空間，該平臺還對開發者開放。讓小小的手機屏幕變成無限大的虛擬現實空間，VRLab正在創造一個虛擬現實的生態平臺，這或將釋放虛擬現實移動社交的潘多拉魔盒。

1.4.5.2 VR/AR面臨問題但前景廣闊

相對手機產業鏈而言，VR的生態鏈更長更廣更深，包含系統平臺、顯示設備、輸入設備、內容制作工具、應用開發、游戲開發、影視制作、傳輸技術、云服務、媒介、分發等多個環節。總體來說系統平臺、硬件設備、內容是這個生態產業的三大核心。VR/AR產品目前還不夠成熟，還遠未給用戶提供完美的體驗。從平臺和技術上說，VR/AR當前面臨的主要問題如下。

1.VR系統平臺不統一

目前智能終端的主流操作系統有iOS、Android、Windows，而VR的系統平臺尚處混沌期。目前進行VR系統平臺布局的主流公司有Oculus、Valve、Sony、Google，另外Apple通過收購也切入VR領域，必然會打造屬于自己的VR系統平臺。開放式的大型主流VR系統平臺還未推出或形成，目前尚處群雄割據的階段，這就在無形中導致了設備成本的提高，同時也導致了各系統平臺分裂和兼容性差等現狀。沒有強大的系統平臺，設備開發者會無所適從，也談不上制作優質的內容、應用和完美的用戶體驗，自然就無法培育出一定量級的用戶市場，更無法形成成熟的產業鏈。

就長遠來看，基于移動智能終端擴展的手機VR，天生繼承了智能手機的生態系統和用戶群體，在使用和操作上更偏向于統一，同時也進一步擴展了智能終端的使用功能和產業規模，隨著具有先天生態優勢的Android和高通等巨頭，以及Oculus和三星等更多廠商的積極加入，VR系統平臺應該會趨向收斂和統一。

2016年10月，谷歌發布了Google Pixel手機和DaydreamVR系統。正如谷歌的Andriod系統對于智能手機，在智能終端為主機的VR領域，谷歌的Daydream會為終端廠商提供一套完整的交互和內容支持。谷歌Daydream平臺由三部分組成：核心的Daydream-Ready手機和其操作系統，配合手機使用的頭盔和控制器，以及支持Daydream平臺生態的應用。Daydream不僅是手機的硬件標準，還對軟件進行優化，并提出了Daydream標準設計的頭盔以及控制器，其中Daydream控制器是谷歌第一次官方拿出VR交互解決方案的外設。Intel和高通也分別發布了的VR參考設計平臺（Alloy和VR820）。展望未來，也許終端OEM廠商可以使用Intel或者高通提供的硬件平臺解決方案，再加上谷歌Daydream的系統支持來快速地研發出VR產品，就像如今的智能手機一樣，同時終端廠商可以在此基礎上進一步優化，做出差異化的產品。

2.VR設備與技術還需完善

當然VR并不像智能手機一樣作為單獨的用戶設備，想有令用戶滿意的VR體驗，需要的是一整套的設備集群，例如VR頭盔、耳機、動作捕捉類設備、空間定位裝置、360全景相機、雙目投射、360度音頻、體感設備、反饋裝置等。這其中每個設備領域都沒有經歷商用或大規模商用，大都處于剛有概念或研發的初級階段，需要解決的問題都非常多。

首先，系統芯片問題是核心，目前的智能手機，加載一個APP或網頁時，注重的是流暢，然后能盡快回到睡眠狀態以節省電量。如果運行一個3D游戲超過幾分鐘，系統芯片很快就會過熱。為了避免崩潰，它就會將時鐘頻率降下來。而在使用VR/AR時，用戶是不希望發生這種狀況的。VR/AR的顯示都呈現在三維空間中，物體必須為左右眼分別呈現兩次，這就好比設備持續地運行大型3D渲染。終端設備需要分配更多的處理能力給GPU，而普通智能手機芯片常常會更關注CPU部分。同時，在VR/AR顯示里，系統芯片還需要有合理的功耗控制機制和散熱設計來滿足長時間運行。這些問題目前在智能手機上仍需進一步優化和革新。

VR頭顯采用光學透鏡放大屏幕上的內容，分辨率的高低將決定用戶看到畫面的清晰度，無論是自帶屏幕還是利用手機作為屏幕的VR設備，分辨率目前都還是不夠高的。2K屏幕的手機在VR設備中，單眼只有一半的分辨率，可清楚地看到像素點陣，紗窗效應明顯，有回到看老式電視的感覺。而使用4K屏幕，功耗的增加、數據量的增大、運算性能的提高，都是需要解決的問題。從這個角度來講，手機作為VR的屏幕，分辨率達到2K或者4K，具有階段性意義。此外，微投技術將在AR顯示上扮演重要角色，DLP和LCOS將成為增強現實兩種主流微投技術。

想要帶給用戶極致的體驗，在人機交互技術方面也必須要有大的提升。無論是VR還是AR，用戶的交互性離不開傳感器。傳感器就是VR/AR的五官，而VR要想達到身臨其境的效果，AR要想實現虛擬世界與現實世界無縫銜接，它們都對傳感器提出了更高的要求。虛擬現實應用中，用戶通過多種傳感器（眼球識別、語音、手勢乃至腦電波）與多維信息的環境交互，逐漸與真實世界中的交互趨同。在VR/AR的智能終端主機中，除了傳統已經存在的加速度傳感器、磁力傳感器、光線傳感器等普通傳感器外，體感識別、激光雷達、攝像頭在位置追蹤中將扮演重要的角色，動作識別、手勢識別、眼控技術、腦電波甚至頭顯集成攝像頭設備等人機交互技術將成為未來的方向。

參照移動智能終端發展的趨勢，VR/AR要真正大規模普及還需解決移動性的問題，即無線連接問題。更快的Wi-Fi或蜂窩技術能滿足VR設備所需的大量數據傳輸，將成為確保VR設備大規模普及的重要保障。另一方面，新的數據壓縮技術也能加快無線連接傳輸速度。此外，困擾智能終端的電池和續航問題在VR設備上仍然是個挑戰。

樂觀估計，VR/AR離真正達到人們理想中的使用體驗，至少還需要數年時間。作為直觀的參考：Apple iPhone 1到iPhone 4s的進化歷經了三年多時間的創新演進。雖然，Oculus Rift VR終于有望在2016年來到我們身邊，HTC的Vive以及索尼的Playstation VR（之前名為“Morpheus”）也極有可能在2016年內問世，但這些設備看起來很酷，售價較貴，而真正用處則十分有限（大多僅限于游戲），虛擬現實設備的春天恐怕還不會很快到來。

雖然存在以上所說的問題和挑戰，但VR/AR必然是智能終端設備的重點發展領域，虛擬現實/增強現實技術是人機交互內容，交互方式的創新（如圖1-24所示）, VR/AR技術將帶給人們史無前例、革命性、極其震撼的視覺感受和交互方式，從這一點上看，VR/AR的未來值得期待。隨著系統平臺、應用內容、芯片制造的進步，VR行業在不久的將來，發展速度也許將會全面快速的提升。如同蘋果推出的智能手表極大地推動了智能手表行業的發展一樣，行業巨頭推出的VR/AR設備也許在不遠的將來有力地促進VR/AR設備的普及。英國移動咨詢公司CCS Insight預測，到2016年底三星Gear VR、View-Master DLX VR等的智能手機VR頭盔的銷量將達到1300萬個，美國科技網站Techcrunch預測，到2020年全球增強現實和虛擬現實的市場規模將達到1500億美元。高盛發布的VR研究報告則稱，基于標準預期，到2025年VR/AR市場規模將達到800億美元。

當今時代，智能手機改變了世界。未來，移動智能終端或許與現在的智能手機在產品形態上完全不同。從第一款彩屏手機的出現到現在約有15年的歷史，下一個十五年智能手機的屏幕會消失嗎？人機交互又會發生怎樣的變革？從三星Gear VR, Oculus Rift等虛擬現實設備到微軟HoloLens，雖然它們都處于萌芽狀態，但正如2001年的我們很難想象2015年的手機會成為連接人與世界最便利的工具一樣，下一個革命性的平臺，也許并不遙遠。