1.4 移动智能终端新技术趋势

从产业趋势上看，虽然可穿戴、智能硬件等发展很快，但是整体规模以及对整个ICT产业的影响尚在初级阶段，未来几年，ICT产业最重要的驱动力量仍将是智能手机，如图1-16所示。智能手机未来的发展将呈现品牌集中化的趋势，智能手机的创新方向一种是技术创新模式，依靠研发，发挥差异化优势；另一种方向是互联网生态模式，通过打造如小米、乐视的“软件+硬件+互联网服务”生态模式，建立比较完善的智能家庭生态圈获得市场。

从近期技术发展上看，预计2015年之后的2～3年内，智能终端技术的发展仍主要集中于移动芯片技术、智能操作系统技术、人机交互技术、应用开发技术、新材料等这几大领域。市场主流的智能终端的改变主要会集中在通信制式换代、传感能力提升、屏显形态变化、识别技术丰富准确化等方面。在通信制式方面，基带芯片至CAT6已成熟商用，近期主要聚焦双4G协同组网方案等应用类问题，而射频芯片与前端器件则成为较大难点。连接型芯片技术发展主要聚焦于蓝牙与高速Wi-Fi的持续演进。

NFC能力逐步成为智能终端的重要选项。2016年电信运营商和手机厂商会更多的推动NFC手机的市场普及，来提升移动支付的体验。咨询公司Counterpoint预测2016年全球38%的智能手机将拥有指纹识别功能，这一数值在中国可能更高。

屏幕方面，随着屏幕供应商在2K屏幕成本和功耗控制不断改进，2016年会有更多高端手机应用2K屏，此外，火热的VR产业也需要更清晰的屏幕来承载VR内容，所以间接也会带动2K屏手机的增长。摄像方面，由于双摄像头可以提升拍照的景深效果和成像质量，也可促进3D和虹膜识别功能的发展，所以双摄像头技术可能会得到更广泛的应用。而在触控技术方面，轻薄是手机的必然趋势，2015年市场已经证明OGS前景不容乐观，Oncell和Incell将是未来的发展方向，趋势上看韩系的Amoled是未来趋势，未来Oncell可能会占上风，目前Incell仍占重要地位。

2015年底，中国移动声称在2016年为终端渠道补贴1000亿元，其中最核心的补贴重点是VoLTE手机。中国移动要求从2016年开始，送往入库的4G手机必须支持VoLTE功能，并且设定了3000万的VoLTE用户目标。甚至500元以下的VoLTE手机也具有补贴。因此VoLTE手机2016年会得到较大增长。

USB Type-C将会得到越来越广泛的采用。IHS预估，智能手机和平板USB TypeC的渗透率在2019年将达到50%。指纹支付具有易用、安全及装置逐渐普及化的优势，成为全球生物支付的主流应用，2016年在手机上的渗透率将大幅提高。操作系统方面，随着安卓的技术演进和市场的扩大，未来几年内，除了苹果之外的智能机，基本上的首选都是安卓系统，发展方向是多用户、多窗口、界面更流畅、更完善的权限管理，更好的流量管控，更好的系统稳定性及应用的隔离，更快速的系统启动技术。

从长远上看，移动智能终端朝着创造更好的用户体验、更多业务应用的方向创新进步。随着应用的不断丰富、用户体验的不断提升、软硬件技术的进步，智能终端存在颠覆性创新的可能，那么，在诸多技术热点的背后，下一个智能终端的颠覆性技术在哪里？

1995年，美国哈佛商学院教授克莱顿·克里斯坦森在他的《颠覆性技术的机遇浪潮》一书中，首先提出颠覆性（disruptive）技术的概念。颠覆性技术是一种另辟蹊径、对已有传统或主流技术途径产生颠覆性效果的技术，可能是全创的新技术，也可能是基于现有技术的跨学科、跨领域的创新应用。颠覆性技术打破了传统技术的思维和发展路线，是对传统技术的跨越式发展。例如，数字技术转移应用到照相领域，颠覆了传统的基于胶片的照相技术；计算机技术和通信技术的融合，产生的计算机网络技术颠覆了传统的信息传输和应用方式。在此基础上，克里斯坦森于1997年又出版了《创新者的窘境》一书，在书中他首先提出了存在两种创新，即维持性（sustainning）创新和颠覆性创新。维持性创新是企业沿着既有技术和产品的改进轨迹逐步向前推进；颠覆性创新则是创造与现有技术完全不同的新技术，创造更为简单、更加便捷与更廉价的产品。许多采用传统技术十分优秀的企业，也曾被人视为榜样并竭力效仿，但最终却在技术和市场发生突破性变化时，没有跟上新的技术浪潮，不仅丧失了行业的领先地位，甚至退出了市场，例如在移动终端领域，名噪一时的诺基亚，错失了安卓的大趋势，很快就由手机业界市场占有一定份额转为迅速被淘汰。

当今世界正处在新一轮科技革命的前夜，大量颠覆性技术呼之欲出。新材料、人工智能、能源存储、传感技术、虚拟现实与增强现实等技术以及这些技术在智能终端领域的跨界应用，也许会颠覆智能终端的现有形态。从2007年苹果推出iPhone至今，智能手机作为目前主流的移动计算平台已发展了近十年，未来必定会有新的革命性的终端平台出现。虽然我们很难预料到新的平台到底是什么，但是谷歌的模块化手机，曲面屏设置和可折叠屏幕都是当下或未来市场的热点，而虚拟现实、增强现实技术和新的人机交互技术可能会更为彻底的带来手机和智能终端的变革。以下是未来一些智能终端技术的热点发展方向。

1.4.1 电池技术

当前，电池技术依然是智能终端发展的瓶颈。移动智能终端硬件性能的提高和越来越多的软件应用，使目前电池的性能不能很好地满足用户对智能终端的续航能力的要求。电池的发展历经了多个阶段，从最早的铅蓄电池、铅晶蓄电池、铁镍蓄电池以及银锌蓄电池，发展到铅酸蓄电池、太阳能电池等。锂电池是目前智能终端广泛使用的电池技术，锂离子电池相对来说具有高能量密度、高比容量、较长的循环使用寿命、较快的充放电速度、较小的自放电、无记忆性、灵巧轻便、环境友好等多指标的综合优点，使当前还难以找到另外成熟的替代材料。未来数年甚至数十年内，锂离子电池仍会是全球消费类电子产品的首选电池。

未来，新电池材质的研发、电池能量密度的提升将会使更便宜、更稳定、电力更充足的电池成为可能。刊登在Nature的一篇关于铝电池的论文引发了人们对铝电池的热情。斯坦福大学的研究人员利用新的电极材料与电解液，克服了传统铝离子电池的固有缺点，具有使用时间长、成本低、容量大、可折叠、不易燃、寿命长、更环保等种种优点，而最大的看点在于极快的充电速度：对比目前锂离子电池一般数个小时的充电时间，新型铝电池1分钟之内即可完成充电工作。如能成功普及，对于现有的电动汽车、智能终端等产业的影响是革命性的。但目前的铝离子电池还停留在实验室阶段，首先成本较高，正极材料采用CVD泡沫石墨，电解液采用离子液体，在使铝电池循环寿命和安全性大大提升的同时，其成本也是大规模商业化普及所难以承受的。其次铝电池现有的能量密度比起主流的锂电池低很多，因此数年内铝电池大规模替代锂电池尚且不现实。但随着新材料、新工艺的推广，以铝电池为代表的新型电池可能会改变电池产业生态格局。同时，美国国家标准与技术研究院发表报告称正在开发以钠为基础的符合金属氰化物的电池。此外，一些新的技术也在吸引人们的目光，未来的智能手机不仅使用传统的电池为其能源，可能会利用无线电波、蜂窝或者Wi-Fi信号进行充电。

为了支持可穿戴式智能终端，可弯曲电池也将成为未来的产业热点，三星已经展示了最新Stripe和Band电池产品，Stripe电池能弯曲成不同形状，可被用于多种新的智能终端。

虽然在短期内电池技术无法取得突破，但人们试图通过一些其他的办法来解决续航问题。英特尔、高通、nVidia、AMD从改善CPU的耗电性能下手，虽然性能优化了，但效果似乎还是不尽如人意。于是，快充技术成为手机厂商的普遍选择。目前市面上主要的快充技术有OPPO的VOOC闪充，高通的QC2.0以及MediaTek的Pump Express Plus等技术。

1.4.2 无线充电技术

近年来，无线充电技术以其移动性、方便等优点得到了快速发展，成为消费电子产品领域的新兴研究热点。但在智能终端领域，无线迄今为止仍是一项颇令人纠结的技术，在几年前它曾被认为是消费电子领域的下一个趋势，但至今仍是小众技术。相比不够可靠、需要精准摆放位置、充电速度慢的无线充电器，人们还是更习惯于USB数据线和充电器。一些厂商在努力改变无线充电的窘境，比如三星S6、S7，可以支持多种标准，至少不用再去购买特定的无线充电器。另外，Qi等标准也在加大充电功率，15W的产品也开始普及，解决充电速度的问题。不过无线充电技术要想普及，还需要等待技术的进步和标准的统一。以下是几种已经成熟或正在研究中的移动终端无线充电技术。

1.WPC（无线充电联盟）：电磁感应耦合方式

电流通过线圈会产生磁场，其他未通电的线圈靠近磁场就会产生电流，无线充电就应用了这种称为“电磁效应”的物理现象，将可与磁场振动的线圈排列起来，可延长供电距离，如图1-17所示。

无线充电联盟（WPC）于2008年12月成立，目前WPC在商业推广中的QI标准已有172家会员公司，包括德州仪器（TI）、飞利浦、飞思卡尔（Freescale）、东芝（Toshiba）、微软、松下、三星、索尼、高通等。无线充电联盟（WPC）推出的无线充电标准Qi采用的是磁感应耦合方式，根据不同的产品应用，WPC先后发布了适用于智能设备的5W与15W技术规范。从市场规模上，Qi无疑是目前最为普及的，但充电传输距离严重受限，Qi的最新标准可实现7～45mm的无线充电距离。

目前大部分手机用的是Qi标准，不同品牌的产品，只要有Qi标识，不需要安装任何配件，直接将它放在任何一款支持Qi标准的充电器上就能开始充电。当然，产品要获得Qi标识就必须经过测试，获得WPC认可。WPC规定，测试包括两大项：一致性测试和互操作测试。一致性测试是为了确保经过Qi认证测试的无线充电产品符合WPC无线充电联盟规定的所有技术规范和要求；互操作测试则是为了确保取得Qi认证的产品之间的互联互通。

2.A4WP（无线能源联盟）：磁谐振方式

由三星与高通创立的A4WP（无线能源联盟）2012年5月成立，目前已有40多个成员，包括三星、高通、博通、Gill Industries、Integrated Device Technology（IDT）、Intel等。

A4WP（无线能源联盟）的无线充电技术名为“Rezence”，采用磁共振（谐振感应，又名谐振耦合技术），其技术原理如图1-18所示。磁谐振方式的工作原理使用一个线圈和电容组成谐振器，利用发射线圈和接收线圈之间的谐振来实现电能传输。即使在收发线圈之间的耦合效应很弱时，通过调整两个高Q值线圈的共振频率进行精确匹配，即可实现电能在两个线圈之间的远距离传输。因此，相对发送线圈的X-Y平面，接收线圈位置可以非常灵活。由于近场耦合方式的工作距离很近（一般小于1 cm），近场感性耦合也称为紧耦合，磁场谐振式的工作距离相对较远也称为松耦合。磁谐振方式的优点是传输距离长，效率高。

3.PMA（电力联盟）：电磁感应方式

由Powermat、Google、AT&T、Starbucks共同创立，包含了不少通信及手机制造商，如三星、Broadcom、宏达电、LG及华为等。主要关注公用服务的应用接口标准，致力于为符合IEEE协会标准的手机和电子设备，打造无线供电标准，其工作频率为277～357kHz。PMA标准可以通过两种方案来实现无线充电，一种是透过内建无线充电芯片；另一种则是采用一种叫作WiCC无线充电卡，使用时只需要安装在移动设备的电池上即可，同时WiCC卡也可以作为NFC（近场通信）天线使用。

A4WP与PMA两大阵营已于2015年6月正式宣布合并，成为新的AirFuel（Rezence标准），与Qi形成两强之势。高通推出了WiPower，不过它基于Rezence，只是对无线充电的金属阻隔性、功率等进行改进。

4.Wi-Fi无线充电

美国华盛顿大学已经成功研发了利用W-i Fi网络给硬件设备充电的技术，已经在大约十米的Wi-Fi覆盖距离内，成功给数码相机等设备充满电，未来有望给手机充电。

Wi-Fi网络几乎随处可见，美国华盛顿大学研发团队的目的，就是利用Wi-Fi路由器充当无线充电设备，给智能手机等设备进行充电。该大学研发了一个“Wi-Fi供电系统”。该系统主要包括两个组成部分：一个是Wi-Fi接入点（路由器）；另一个是定制的充电传感器。安装在硬件设备上的充电传感器，可接收射频信号（RF）中的电能，并将其转化为直流电进行充电。虽然此前美国Energous公司已经推出了一种利用射频信号在空中提供电能的设备，但这种设备在提供充电时，将无法再充当Wi-Fi路由器使用。而这种Wi-Fi充电技术，并不需要对传统的无线路由器进行更换，只需要部署软件等方案，提供充电功能之后，并不会对互联网接入的功能造成影响。

5．超声波无线充电

一家名叫uBeam的公司发明了一种全新的无线充电模式，如图1-19所示，可以利用超声波将电力隔空输送到15英尺（约合4.6米）外的地方。有了这样的产品，只要使用专用的无线充电套，你就可以在充电的同时拿着手机在屋里走动。uBeam已获得170万美元的种子轮融资，其投资人包括Yahoo CEO Marissa Mayer、Founders Fund以及Andreessen Horowitz等。该公司已经申请了18项与无线充电和超声波有关的专利。

6．聚焦光线充电

微软研究院的AutoCharge是一种自动定位桌子上的智能手机，并能为它们充电的技术。他们制造的原型充电器可以被安装在天花板上，有两个工作模块：一个监测模块，其采用的是微软的Kinect摄像头，可以扫描像智能手机样子的物体；另一个是充电模式，采用了UltraFire CREE XM-L T6来聚焦LED光线。

该AutoCharge系统采用了基于图像处理来监测和追踪桌上的智能手机，并自动为智能手机充电。充电器会不断地旋转，直到它检测到一个看起来像智能手机的物体，之后将使用太阳能发电技术所产生的光束为智能手机远程充电。

1.4.3 人机交互技术

在“移动互联”时代，触控技术作为一次全新的人机交互模式改变了我们的生活习惯。也许在不久的将来，一张透明的“纸”展开就是台智能终端，随处一贴就是屏幕，看似只存在于科幻世界中，实际上离我们已经越来越近。

1．屏幕技术

智能手机的屏幕已经占据前面板的大部分空间，并向无缝边框发展，俄罗斯的YotaPhone2手机甚至使用双面屏幕。在分辨率上，2K屏将会普及，4K屏也会在高端机上得到应用。IHS预测数据显示，2K屏份额将由2015年的5%升至2020年的25%, 4K屏份额由2015年的0%（已有4K屏手机上市）缓慢升至2020年的6%。在FHD屏智能机出货量占比快速提升的同时，考虑到主流厂商在产品升级、高端产能消化与盈利水平方面的要求，以及少部分先锋用户的超高清需求，2K屏占比显著提高（通常对应5.7/6寸、450～600PPI）。与之对应的是，由于成本压力、技术难度以及大众对屏幕清晰度分辨极限的影响，预计2020年前4K屏市场发展缓慢。

灵活的可折叠屏幕也许在未来会成为现实。而屏幕可折叠之前，曲面屏幕将成为未来智能手机的热点。2013年在智能手机市场中仅占0.2%的曲面智能手机，截至2015年和2018年将分别增至12%和40%。曲面屏幕在提高智能手机可操作性的同时，更加符合人类视网膜弧度，能改善感官体验。同时，曲面屏幕厚度低，重量轻且功耗低，对智能手机继续向着更加轻、薄且提高续航能力十分有利。一些新的应用方式和内容也将逐渐只能在曲面屏幕上得到最好的体现。未来曲面智能手机的竞争将更加激烈。

柔性显示（如图1-20所示）与触控显示（如in-cell嵌入式触屏、3D压感、隔空触控等）成为屏幕技术发展的另外一个重点方向，以柔性显示为代表的深化交互性技术将触发全新的技术体系。2014年10月，日本创新高科技半导体能源实验室展示了5.9英寸柔性可折叠有机发光二极管（OLED）显示屏。这种显示屏在配备触摸传感器后可弯折10万次。三星也计划继曲面屏后，在2016年推出折叠屏手机，这标志着柔性显示有望从曲面时代进入折叠时代。但OLED柔性显示技术最大的瓶颈在于封装。柔性屏市场放量依然需要几年的时间。

2．输入技术

输入技术极大的影响着智能终端的用户体验，随着柔性屏幕显示的发展，与之配合的触控技术也随之发展。未来触摸屏的三大发展趋势为大屏、柔性和透明，ITO（铟锡氧化物）材料因其透明、导电等特性，长期以来几乎统治着整个触控行业。然而，ITO材料也有着诸多的缺点，包括阻抗高、透光性较差等问题。传统的ITO导电玻璃由于ITO的脆性，在应用中必须有玻璃作为保护层，以保护内部导体及感应器。玻璃保护层的加入，增加了工艺生产的难度（必须在真空下），也限制了触摸屏向柔性化发展的方向。为了解决这个问题，国内外众多触控面板厂商不得不将发展重点转向ITO的替代技术，包括纳米银线、金属网格、纳米碳管以及石墨烯等材料。与传统的ITO触摸屏相比，这类柔性触摸屏具有很多优点：耐冲击，抗震能力更强；重量轻、体积小，携带更加方便；采用卷到卷（roll-to-roll）印刷工艺，成本更加低廉等。在多种新材料中，以纳米银线和金属网格的发展较为成熟。

Metal-Mesh（金属网格）是一种全新的ITO替代工艺，形状有点像把用极细的金属线所组成的烤肉架，做在触控感应器上，其优势在于阻抗低（小于10欧姆）、资本支出非常低、制造成本比ITO稍低、透明度比ITO佳、可挠度高，有望成为一种工业化生产技术，从根本上开辟了各种纳米器件生产的广阔前景。不过，Metal Mesh存在三个问题：一是Metal Mesh良率不稳定；二是有能力量产Metal Mesh触控面板的企业较少；三是采用Metal Mesh方案与LCD面板搭配时成本会有所增加。

与Metal Mesh相比，纳米银线被认为是最有可能替代ITO的材料之一。目前，已经有大量的研究证明银纳米线可用于制备触摸屏、弯曲有机发光二极管（OLED）、可穿戴电子设备、电子皮肤和弯曲太阳能电池等透明电极中，弯折1000次后性能仍然很稳定，另外，在智能家具的触控屏、新型LOW-E玻璃中都有良好的应用前景。纳米银线生产工艺简单、良率高。由于线宽较小，纳米银线技术制成的导电薄膜相比于金属网格技术制成的薄膜可以达到更高的透光率。相比于金属网格薄膜，纳米银线薄膜具有较小的弯曲半径，且在弯曲时电阻变化率较小，应用在具有曲面显示的设备，例如智能手表、手环等上的时候，更具有优势。纳米银线除具有银优良的导电性之外，由于纳米级别的尺寸效应，还具有优异的透光性、耐曲挠性。纳米银线的大长径比效应，使其在导电胶、导热胶等方面的应用中也具有突出的优势。

石墨烯目前仍处于研发阶段，距离量产还有很远的距离。纳米碳管工业化量产技术尚未完善，其制成的薄膜产品导电性还不能达到普通ITO薄膜的水平。从技术与市场化来说，金属网格与纳米银线技术将是新兴屏幕触控技术的两大主角。

此外，未来的输入技术的发展方向主要有：

手势控制技术：随着2006年任天堂（Nintendo）Wii的出现，大众开始了解到手势感测控制技术，但当时需要配合手持控制器、而不是徒手进行。现在将近十年过去了，手势感测控制有机会继触控面板之后，成为另一个智能设备上重要的人机交互接口。不过在这之前，手势感测控制技术还需要在组件、算法等方面进一步的完善，同时在实时性、正确性与便利性上，满足用户对人机交互接口的期待。另外，软件应用端的创意开发、多样性也将左右手势感测控制人机交互接口未来的渗透速度。

手势控制技术在可穿戴设备上的应用将尤为重要。可穿戴设备比起移动设备更讲究穿戴的舒适性，即使可以作曲面屏幕，智能手表的操作比起手机来说还是相当不方便，这时手势操控跟触控屏幕彼此间就可以搭配、成为相辅相成的角色。Google在2015年为Android Wear发表了Wrist Gestures，正是利用内建的惯性MEMS传感器，让使用者可以转动手腕的简单方式来操作智能手表。手势控制目前主要有基于屏幕的触控手势（如写C进入CAMERA，双击进入系统），还有基于动作传感器的动作手势，如基于Gyro的画8字解锁等，基于环境光传感器的动作手势。

另一个手势控制的例子是Google的Soli项目，Soli可以通过雷达使设备在短距离上获取人的手势活动。雷达可以极高的频率检测双手的活动，然后通过“a pipeline”技术对捕捉到的手势进行解读。该产品适用于可穿戴设备，满足操作可穿戴设备屏幕较小的要求。例如，我们可以通过两个手指之间的捏合来执行点击操作，通过拇指与中指的摩擦滑动来进行选项的滚动和调整。

语音控制技术：按照仿生学的观点，触控是人手操作的一个方式，而语音是更高级的输入方式，当然视觉会更高一个层级。语音控制分为三个层次的应用技术：首先是语音控制指令；其次是声纹解锁技术，可以根据个人的声音特性，形成用户的ID识别而解锁，类似于指纹技术；再次是语义识别技术，苹果的SIRI将这个技术带到了一定的高度，但是仍然未达到成熟的程度。语音技术，目前在单独的指令学习以及简单语句识别方面已经获得了很大的进展，未来前景可期。Gartner公司预测到2020年，30%的Web浏览将不再依赖屏幕。未来的Web浏览将通过亚马孙Alexa或苹果Siri等语音助手进行，它们理解自然语言的能力将大幅提升。

视觉识别技术：这个是更高层级的仿生技术，未来可以模仿人眼进行动作及身份ID的识别。其中，使用Camera进行人脸识别或者眼睛特征的识别会成为近期的研究方向。人脸识别由于不用特殊Camera模组，软件实现相对方便，不过识别精度不会很高，作为解锁勉强可以，但是很难作为安全支付技术。而虹膜识别和眼纹识别，由于具有活体识别特性，安全性会高很多。虹膜识别由于要红外摄像头，要么外加一个单独摄像头，要么采用高价格的可切换镜头，应用场景会比较有限。而基于眼睛的眼纹识别，可能会有一定的应用空间。

脑电波控制技术：目前已经有了初步的雏形，可以检测脑电波的波动来简单操控物体。

1.4.4 传感器

温湿度、压力、运动传感器、惯性传感器、MEMS麦克风、压力和环境传感器等在智能终端中已经得到了广泛应用。智能终端的传感器将会越来越多，某些手机已集成四个MEMS麦克风，还有的手机集成六轴惯性测量单位（IMU）和加速度计。新类型的传感器也陆续出现，如3D景深传感器、红外传感器等。2015年11月，英国剑桥CMOS公司展示了世界上第一款用于智能手机的气体传感器，体积为1平方毫米且价格便宜，可以用于家具甲醛、空气质量甚至醉酒检测。传感芯片中体征识别技术也是当下的热点。这些新型的传感器和技术将极大丰富智能终端的应用领域。

MEMS（Microelectro Mechanical Systems微机电系统）传感器是智能手机传感器将来的主要发展方向。MEMS传感器将向高性能、小尺寸发展，智能手机中的传感器越来越小、越来越准确、越来越可靠，同时MEMS制造将快速向下一代晶圆尺寸转移。12英寸MEMS晶圆制造将在未来几年成为热门主题。

MEMS将逐步走向多传感器（现有的和新兴的传感器）集成，至少三大类组合传感器已有雏形：密闭封装（Closed Package）组合传感器、开放腔体（Open Cavity）组合传感器、光学窗口（Open-eyed）组合传感器。

密闭封装组合传感器发展较为成熟，如图1-21所示，其中主要是惯性传感器，如多轴加速度计、陀螺仪和磁力计。该类传感器主要感测运动，必须密闭，以避免外界环境对传感器的干扰，如湿度、颗粒物等。未来，也可能集成其他传感器。但我们认为，大多数应用将使用六轴或九轴惯性传感器，可能外加一颗加速度计，以提供电源管理，保证低功耗的永远在线（always-on）功能。对于加速度计和陀螺仪，集成是在硅片上实现的，并通过系统级封装（SiP）将专用集成电路（ASIC）和磁力计集成在一起。目前发展趋势是硅片上实现更多集成，系统级封装实现不太适合在硅片上集成（原因是成本高）的芯片。

开放腔体组合传感器需要与外界联通以感知环境信息。例如，压力传感器可以和湿度传感器、气体传感器集成。但是，如果将它们与惯性传感器集成，将会有重大挑战。因为两类传感器之间存在潜在的串扰，开放腔体造成环境湿气和颗粒物进入封装，从而引起惯性传感器工作异常。但是可以借鉴MEMS麦克风的解决方案，它既需要开孔，又需要避免外界环境对MEMS可动结构的影响。所以，MEMS麦克风将先和压力传感器、湿度传感器、气体传感器集成。这将形成一种非常重要的组合传感器，能够检测我们周围的环境状况。这些传感器的集成主要采用系统级封装，因为大部分传感器采用不同的制造工艺，在单片硅晶圆上的集成成本过高。新的技术，如Vesper的压电薄膜MEMS麦克风技术，可能被应用到压力传感器。

第三类是光学窗口组合传感器。摄像头（图像传感器）是手机中最昂贵的传感器模组。目前，摄像头主要功能是拍摄照片，但是光学感测功能潜力更大。许多波长正在被“开发利用”，以实现人脸和虹膜识别、3D地图、测距、红外和多光谱成像。手机中逐渐形成两个光学窗口组合传感器，包括前置和后置的图像传感器，也将集成现有的光学传感器，如接近传感器、环境光传感器和3D景深传感器等。光学窗口组合传感器需要将硅结构最优化，包括为应用定义合适的光电二极管。但是大多数采用系统级封装集成IC、图像感测芯片、光学器件、自动对焦和图像稳定。

预计未来将有四种趋势改变MEMS传感器市场格局：

• 新兴器件，如气体传感器、微镜和环境组合传感器；

• 新应用，如压力传感器应用于位置（高度）感测；

• 颠覆性技术，包括封装、新材料（如压电薄膜和300mm/12寸晶圆）；

• 新的设计，包括NEMS（纳机电系统）和光学集成技术。

1.4.5 虚拟现实和增强现实技术（VR和AR）

1.4.5.1 VR/AR渐成热点

VR（Virtual Reality）虚拟现实技术，是利用运算平台（包括智能终端）模拟产生的一种虚拟环境，用户借助特殊的输入输出设备，与虚拟世界中的物体进行交互，从而通过视觉，听觉和触觉获得与真实世界相同的感受，VR让使用者脱离现实世界，感知虚拟空间的事物，达到让使用者“身临其境”的效果。VR设备往往是浸入式的，典型的设备如oculus rift（如图1-22所示）、三星Gear VR、索尼PlayStation VR。目前的VR内容主要通过移动端、PC端或者一体机输入，智能手机可以作为VR主机的一种。

AR（Augmented Reality）增强现实技术，是通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术，将虚拟的信息应用到真实世界，并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的增强。增强现实技术，不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。AR的一种典型应用是把智能手机等平台中的三维内容投射到其他介质上，呈现出真实的人、场景与虚拟物体结合的效果，比如虚拟穿衣镜，通过镜面投影设备（镜子显示器）和计算机技术，结合激光、体重等测量参数让参与者轻松试穿各种虚拟的衣服。目前，随着智能手机和AR浏览器的兴起，消费者开始接受这种新型的人机交互（HCI）。智能手机是被认为未来AR市场中最有希望的AR智能硬件之一。典型的AR设备有谷歌眼镜、微软的HoloLens以及具备投影和相关功能的智能移动终端，如Google Project Tango。

虚拟现实技术目前的硬件形态，可分为VR头盔（+PC）、眼镜（+手机）、一体机（独立使用），因为PC端流量向移动端转移、PC产业链老化，导致PC+VR头盔的周边配件和开发资源薄弱，很难成为2C市场大规模普及的设备。同时由于智能手机性能持续快速提升，移动开发环境非常成熟和活跃，加上VR眼镜低成本带来价格优势，智能终端加眼镜也许会成为未来几年VR头戴设备的重要形态。

如图1-23所示，AR是现实世界与虚拟世界的叠加，技术实现难度要大于VR。AR除了要求解决显示技术（全息投影、透明显示等）外，还要注重感知技术。因为，AR的感知不仅仅是对人输入信息的感知，还包括对周围环境的感知。AR只有感知周围现实世界，才能将知道虚拟世界的图像应当叠加到现实世界的哪个具体位置。以微软HoloLens为例，如图1-23所示，HoloLens通过激光雷达、光学摄像头、深度摄像头、惯性传感器等各种传感器获取应用场所的视觉信息、深度信息、自身的加速度和角速度等现实数据，然后通过算法确定用户位置和路面位置，从而构建地图，并将处理的虚拟数据与探测的现实数据实时结合，形成动态“虚实结合”的画面。这里面的硬件的关键在于显示和感知，软件的关键在于算法。

VR/AR带来的是交互的跳跃，从手指触摸一下跳跃到全感官的交互，视觉从有界进入沉浸、手指从滑动上升为手势动作，未来不仅仅是手指，身体的各部分都可以参与到交互当中，在VR中走动，拿起VR世界中的物体。VR和AR将会成为PC和智能终端之后的下一个重要计算平台。新的终端形态、应用和市场终将形成，当前的许多市场将被颠覆。未来，也许VR和AR将像智能终端一样无处不在，进入传统行业的应用，重塑当前的行为方式，如买房、与医生互动和观看足球比赛等。随着技术的改进、价格的下滑、移动性的实现以及相关应用（无论是面向企业，还是个人消费者）的诞生，VR和AR的市场规模将达到数百亿美元，并有可能像PC和智能终端的出现一样成为游戏规则的颠覆者。可以作一个大胆的预言，未来VR/AR将和智能终端走向融合，甚至新的移动智能终端的“屏幕”和交互方式将会以VR/AR的形态呈现。

VR/AR已成为当前的热点。很多人把2016年称为VR产业化元年，虚拟现实变得越来越炙手可热，越来越多的手机品牌也进入了VR产业。早在2014年，三星就已经推出第一代的VR眼镜——Gear VR，当时只能与Note 4搭配使用，然后经历近两年的迭代更新，2016年8月推出了第四代的Gear VR产品。乐视和小米也推出了VR产品，华为、中兴、华硕2016年也发布了各自的VR产品。谷歌在配合智能手机使用的VR盒子CardBoard之后，又发布了新一代的Daydream系统，它由VR盒子、对应的Pixel手机和附带一个控制器组成，Daydream不仅能用来看电影玩游戏，还可以用来看VR新闻和Youtube上的全景视频，甚至是用VR观光旅游，谷歌为这个VR观光设计了150多条线路。

Google在VR/AR方面正在搭建自己的生态圈。与Cardboard和Gear VR相似，谷歌新款虚拟现实头盔需要与智能手机配合使用，依赖后者的显示屏和处理能力。Google希望通过直接在Android中嵌入新模块，而非依靠传统应用来改进移动虚拟现实体验。在2016上半年的Google I/O大会上，谷歌宣布已经有多个厂商承诺将会在2016年秋发布支持Daydream的手机，这些厂商包括三星、LG、HTC、华为、小米、中兴、华硕和阿尔卡特等品牌。并且谷歌也宣布已经与许多著名内容提供商达成了合作，共同为Daydream提供VR内容，例如Netflix、HBO和Hulu等娱乐内容提供商，以及NBA和MLB，这两个体育联盟将会为Daydream提供体育VR内容。在AR方面，Google的Tango项目是一款搭载了智能视觉传感器的手机。该设备能够制作室内3D地图，感知景深，增强现实以及任何类似的工作。它能够通过复杂的计算确定自己在现实环境中的位置及运动方向。通过其传感器系统，设备可以获得6度自由（six degrees of freedom），其中3个用于确定设备姿态，3个用于确定设备运动趋势。摄像头方面，三个垂直放置的透镜用来提供颜色和景深信息，一个广角透镜为手机提供更宽广的视角，获取的信息将通过Snapdragon处理器处理，最终呈现出所在空间的3D信息。DEMO方面，最引人注目的是一款叫“Lowe's home planning”的APP。它能够将真实的房子变为游戏背景，让用户通过虚拟现实设备在真实的房子中推动虚拟的家具。Google和Lenovo宣布于2016年夏天在美国和其他地区发售一款售价在$500以内的Tango手机。

Magic Leap的主要研发方向是将图像直接投射到眼睛并直达视网膜，想象一下智能终端可以直接将内容投射到你的视网膜，屏幕将不再需要，这将完全颠覆传统的显示技术。Magic Leap在前不久发布了一段增强现实办公室的视频，在视频中，办公室里的人可以四处搬动他们的电子邮件，轻轻一挥手就可以进行删除。

微软的HoloLens在交互方面更进一步，微软强调HoloLens属于全息设备（Hologram）而非虚拟现实设备，HoloLens区别于VR设备的不同在于，VR将你带入一个完全虚拟的世界中，整体偏重视觉体验。HoloLens属于增强现实，将影像投入现实世界中，并在现实中建立一个虚拟世界。HoloLens不仅去掉了屏幕边框的概念，还可以通过手势将各种实体电子设备虚拟化，比如随手在屏幕上画出一块巨屏屏幕；随手在空中拨出电话号码；甚至可以将日历等电子化形象扩展到你的3D视觉中来；医疗健康、工程建筑等。以前只存在于电脑屏幕上的影像突破了传统的显示方式束缚，而且已经不是可视化那么简单，科幻般的操作方式已经诞生。

硅谷创业公司VRLab则是一家专门致力于虚拟现实移动社交公司，VRLab认为当前虚拟现实技术已经达到了可以在消费市场广泛应用的阶段。VRLab提供了一个移动社交APP，可以运行在苹果iOS和安卓移动平台以及PC上，能连接多位玩家进入同一虚拟现实空间，该平台还对开发者开放。让小小的手机屏幕变成无限大的虚拟现实空间，VRLab正在创造一个虚拟现实的生态平台，这或将释放虚拟现实移动社交的潘多拉魔盒。

1.4.5.2 VR/AR面临问题但前景广阔

相对手机产业链而言，VR的生态链更长更广更深，包含系统平台、显示设备、输入设备、内容制作工具、应用开发、游戏开发、影视制作、传输技术、云服务、媒介、分发等多个环节。总体来说系统平台、硬件设备、内容是这个生态产业的三大核心。VR/AR产品目前还不够成熟，还远未给用户提供完美的体验。从平台和技术上说，VR/AR当前面临的主要问题如下。

1.VR系统平台不统一

目前智能终端的主流操作系统有iOS、Android、Windows，而VR的系统平台尚处混沌期。目前进行VR系统平台布局的主流公司有Oculus、Valve、Sony、Google，另外Apple通过收购也切入VR领域，必然会打造属于自己的VR系统平台。开放式的大型主流VR系统平台还未推出或形成，目前尚处群雄割据的阶段，这就在无形中导致了设备成本的提高，同时也导致了各系统平台分裂和兼容性差等现状。没有强大的系统平台，设备开发者会无所适从，也谈不上制作优质的内容、应用和完美的用户体验，自然就无法培育出一定量级的用户市场，更无法形成成熟的产业链。

就长远来看，基于移动智能终端扩展的手机VR，天生继承了智能手机的生态系统和用户群体，在使用和操作上更偏向于统一，同时也进一步扩展了智能终端的使用功能和产业规模，随着具有先天生态优势的Android和高通等巨头，以及Oculus和三星等更多厂商的积极加入，VR系统平台应该会趋向收敛和统一。

2016年10月，谷歌发布了Google Pixel手机和DaydreamVR系统。正如谷歌的Andriod系统对于智能手机，在智能终端为主机的VR领域，谷歌的Daydream会为终端厂商提供一套完整的交互和内容支持。谷歌Daydream平台由三部分组成：核心的Daydream-Ready手机和其操作系统，配合手机使用的头盔和控制器，以及支持Daydream平台生态的应用。Daydream不仅是手机的硬件标准，还对软件进行优化，并提出了Daydream标准设计的头盔以及控制器，其中Daydream控制器是谷歌第一次官方拿出VR交互解决方案的外设。Intel和高通也分别发布了的VR参考设计平台（Alloy和VR820）。展望未来，也许终端OEM厂商可以使用Intel或者高通提供的硬件平台解决方案，再加上谷歌Daydream的系统支持来快速地研发出VR产品，就像如今的智能手机一样，同时终端厂商可以在此基础上进一步优化，做出差异化的产品。

2.VR设备与技术还需完善

当然VR并不像智能手机一样作为单独的用户设备，想有令用户满意的VR体验，需要的是一整套的设备集群，例如VR头盔、耳机、动作捕捉类设备、空间定位装置、360全景相机、双目投射、360度音频、体感设备、反馈装置等。这其中每个设备领域都没有经历商用或大规模商用，大都处于刚有概念或研发的初级阶段，需要解决的问题都非常多。

首先，系统芯片问题是核心，目前的智能手机，加载一个APP或网页时，注重的是流畅，然后能尽快回到睡眠状态以节省电量。如果运行一个3D游戏超过几分钟，系统芯片很快就会过热。为了避免崩溃，它就会将时钟频率降下来。而在使用VR/AR时，用户是不希望发生这种状况的。VR/AR的显示都呈现在三维空间中，物体必须为左右眼分别呈现两次，这就好比设备持续地运行大型3D渲染。终端设备需要分配更多的处理能力给GPU，而普通智能手机芯片常常会更关注CPU部分。同时，在VR/AR显示里，系统芯片还需要有合理的功耗控制机制和散热设计来满足长时间运行。这些问题目前在智能手机上仍需进一步优化和革新。

VR头显采用光学透镜放大屏幕上的内容，分辨率的高低将决定用户看到画面的清晰度，无论是自带屏幕还是利用手机作为屏幕的VR设备，分辨率目前都还是不够高的。2K屏幕的手机在VR设备中，单眼只有一半的分辨率，可清楚地看到像素点阵，纱窗效应明显，有回到看老式电视的感觉。而使用4K屏幕，功耗的增加、数据量的增大、运算性能的提高，都是需要解决的问题。从这个角度来讲，手机作为VR的屏幕，分辨率达到2K或者4K，具有阶段性意义。此外，微投技术将在AR显示上扮演重要角色，DLP和LCOS将成为增强现实两种主流微投技术。

想要带给用户极致的体验，在人机交互技术方面也必须要有大的提升。无论是VR还是AR，用户的交互性离不开传感器。传感器就是VR/AR的五官，而VR要想达到身临其境的效果，AR要想实现虚拟世界与现实世界无缝衔接，它们都对传感器提出了更高的要求。虚拟现实应用中，用户通过多种传感器（眼球识别、语音、手势乃至脑电波）与多维信息的环境交互，逐渐与真实世界中的交互趋同。在VR/AR的智能终端主机中，除了传统已经存在的加速度传感器、磁力传感器、光线传感器等普通传感器外，体感识别、激光雷达、摄像头在位置追踪中将扮演重要的角色，动作识别、手势识别、眼控技术、脑电波甚至头显集成摄像头设备等人机交互技术将成为未来的方向。

参照移动智能终端发展的趋势，VR/AR要真正大规模普及还需解决移动性的问题，即无线连接问题。更快的Wi-Fi或蜂窝技术能满足VR设备所需的大量数据传输，将成为确保VR设备大规模普及的重要保障。另一方面，新的数据压缩技术也能加快无线连接传输速度。此外，困扰智能终端的电池和续航问题在VR设备上仍然是个挑战。

乐观估计，VR/AR离真正达到人们理想中的使用体验，至少还需要数年时间。作为直观的参考：Apple iPhone 1到iPhone 4s的进化历经了三年多时间的创新演进。虽然，Oculus Rift VR终于有望在2016年来到我们身边，HTC的Vive以及索尼的Playstation VR（之前名为“Morpheus”）也极有可能在2016年内问世，但这些设备看起来很酷，售价较贵，而真正用处则十分有限（大多仅限于游戏），虚拟现实设备的春天恐怕还不会很快到来。

虽然存在以上所说的问题和挑战，但VR/AR必然是智能终端设备的重点发展领域，虚拟现实/增强现实技术是人机交互内容，交互方式的创新（如图1-24所示）, VR/AR技术将带给人们史无前例、革命性、极其震撼的视觉感受和交互方式，从这一点上看，VR/AR的未来值得期待。随着系统平台、应用内容、芯片制造的进步，VR行业在不久的将来，发展速度也许将会全面快速的提升。如同苹果推出的智能手表极大地推动了智能手表行业的发展一样，行业巨头推出的VR/AR设备也许在不远的将来有力地促进VR/AR设备的普及。英国移动咨询公司CCS Insight预测，到2016年底三星Gear VR、View-Master DLX VR等的智能手机VR头盔的销量将达到1300万个，美国科技网站Techcrunch预测，到2020年全球增强现实和虚拟现实的市场规模将达到1500亿美元。高盛发布的VR研究报告则称，基于标准预期，到2025年VR/AR市场规模将达到800亿美元。

当今时代，智能手机改变了世界。未来，移动智能终端或许与现在的智能手机在产品形态上完全不同。从第一款彩屏手机的出现到现在约有15年的历史，下一个十五年智能手机的屏幕会消失吗？人机交互又会发生怎样的变革？从三星Gear VR, Oculus Rift等虚拟现实设备到微软HoloLens，虽然它们都处于萌芽状态，但正如2001年的我们很难想象2015年的手机会成为连接人与世界最便利的工具一样，下一个革命性的平台，也许并不遥远。