近幾年來,手機產業缺乏顛覆式創新,蘋果(Apple)開啟的智慧型手機軟硬體生態模式成長也已逐漸趨緩,業界迫切需要尋找新的應用來刺激消費需求。在5G商用之前,全螢幕手機,以及生物辨識技術正成為智慧型手機的創新技術點之一。

為了實現真正的全版螢幕,可以採用「瀏海」造型螢幕去掉指紋辨識模組,或是選擇螢幕下的 (Under Display)隱形指紋辨識途徑;而蘋果手機引領的臉部解鎖、三星手機的虹膜辨識…等生物辨識功能,也同樣引發其他手機製造商爭相仿效。

新功能刺激出貨量

事實上,手機產業整體出貨量已從過去的爆發性成長,開始逐漸走緩。根據IDC的統計資料顯示,2017年第四季全球智慧型手機出貨量達4.035億支,較2016年同期少了約6.3%,從全年出貨量統計來看,智慧型手機在2017年全年出貨量為14.72億支,相較2016年全年出貨量14.73億支,雖然只是略少些微,但仍是走下坡的態勢。

IDC並解釋,2017年雖有蘋果推出10周年紀念機種iPhone X,三星(Samsung)與其他Android陣營亦推出新手機,但由於消費者對這些價格令人「咋舌」旗艦機種的換機興趣不大,因此較無法在出貨量或銷售量上有較佳的表現。

但在蘋果與三星等業者將更多的生物辨識功能加入智慧型手機後,狀況可能將有所改變。TrendForce表示,蘋果iPhone X加入人臉辨識功能,將掀起生物辨識市場的新波瀾。另外,除生物辨識,擴增實境(AR)/虛擬實境(VR)相關應用、人工智慧(AI)、全螢幕、功能更強的拍照應用、螢幕下指紋辨識…等將成為未來智慧型手機的新發展方向。

Arm資深市場行銷總監Ian Smythe表示,手機市場除了2017年第四季表現較原先預期弱之外,Arm與分析師們認為在未來幾年,仍會持續成長。原因在於,接下來幾年會看到許多新的使用情境,如VR、AR和AI…等,以及全新外型設計的高階智慧型手機出現。

目前在高階手機上看到進階的顯示技術和配置將會滲透至主流裝置,推動其更新週期,在下一年,將會看到5G導入手機市場,並且隨著時間,該功能將從高階手機拓展到主流裝置上。不僅如此,AI也將會更為普及,現在已經可以看到手機擁有在終端裝置加速AI的功能,也期待看到開發者帶來全新基於AI功能的使用者情境與經驗,同時以此推動手機銷量。

生物辨識相關技術的創新能讓人們的生活變得更簡單,並帶動手機的「更新率」。Smythe指出,現在已能看到指紋解鎖的價格逐漸降低,並看到進階的臉部辨識/臉部解鎖正在崛起。未來,將可能看到其他的生物相關技術,如聲音簽名(voice signature)或是心電簽名(ECG signature)等解決方案出現。

臉部辨識成後起之秀

拓墣(TRI)預測,智慧型手機已成為指紋辨識最大的應用市場,臉部辨識可望成為下一個在智慧型手機發光發熱的生物辨識技術。

該研究單位並預估2018年智慧型手機生物辨識技術的發展趨勢。2018年可見Android陣營搭載光學指紋辨識技術的新機種,以及該陣營與高通(Qualcomm)搭配的3D感測技術,以臉部辨識取代指紋辨識的行動支付智慧型手機也將問世,此外,Android陣營也可望發佈支援光學和超聲波式的顯示區指紋辨識技術的機種;而蘋果於2018年即將推出的3支智慧型手機產品中,預期也將有兩款將以Face ID取代指紋辨識。

2018年生物辨識技術,包含指紋與臉部辨識,在智慧型手機的滲透率大約為56%。值得注意的是,2018年將是指紋辨識技術於智慧型手機市場採用率首度出現下滑的一年,不過2018~2019年整體智慧型手機上的生物辨識主流技術仍將為電容式指紋辨識,高階機種才會內建3D感測人臉辨識及顯示區內指紋辨識。

新挑戰出現

生物辨識進駐手機之後,不僅對手機設計、各部分零件的功能需求產生新的變化,也為相關元件商帶來新挑戰。

還記得蘋果發佈Face ID機種時,網友們有許多「有趣」的說法一籮筐的「倒」在網路上。例如,Face ID能否在一個人化妝前後、雙胞胎…等「特殊」狀況下正確辨識?最終的使用結果說明了,網友的想像無界限,但技術的進展也是有目共睹,得以順利解決上述「促咪」的問題。

若要提升臉部辨識的正確性,不僅演算法需要強化,也需增強現有手機相機模組的能力——3D攝影機應運而生。3D攝影機採用先進訊號處理技術,甚至能比人類更有效地解讀和詮釋3D影像,從而可實現臉部辨識功能,讓裝置的擁有者只需輕鬆地看著螢幕就能為裝置解鎖。

過去臉部辨識驗證曾經遭受無端的批評,但必須強調的是,如今它已不再是傳統的臉部辨識技術。以數學途徑實現精確的深度感知技術意味著,無論是從使用者臉部拍攝的一張照片、視訊或甚至是面具都無法用於解鎖,只有真真實實的使用者自身才能解鎖。

這意味著,現今的3D臉部辨識技術已有能力區別真正的臉和2D影像。此外,臉部辨識認證也變得更加準確,因為不僅擁有x軸和y軸的臉部細節,還提供了深度方面的細節,供演算法進行更精確的運算。

值得注意的是,透過3D臉部辨識進行身份認證,還能讓行動裝置製造商以更多螢幕取代目前裝置中被指紋掃描儀所佔用的空間。加上認證的過程已變得更透明化,也就是說,用戶只需要像以往一樣與裝置互動,不再需要任何觸控,便利性更佳,因此也促使臉部辨識技術越來越受到手機製造商的青睞。

Smythe認為,由於技術的成熟,除指紋辨識外,臉部辨識功能正廣泛被運用在智慧型手機上,而Arm的合作夥伴在嵌入式語音及聲音辨識和認證也已推出相關產品。

安全性仍為一大重點

用自己的身體作為密碼非常安全,是嗎?的確,以每個人的身體特徵作為解開手機或是進行動支付交易的認證密碼,「理論上」不僅便利也相當安全,但是,凡事總有例外。

舉例來說,Yole Développement在生物辨識開始受到重視時,即提出了一個觀點——指紋辨識技術不可能完全取代密碼——因為全球有2%的人口沒有指紋。此外,紐約大學坦登工程學院(New York University Tandon School of Engineering,NYU Tandon)與密西根大學(Michigan State University)的研究人員也發現,只要指紋有一部份的相似性,對於智慧型手機與其他電子產品所使用的安全辨識系統來說就足以開機解鎖,也就是說,安全漏洞在於以指紋為基礎的認證系統搭配了無法擷取使用者完整指紋的小型感測器,因此不同人的部份指紋間可能存在某種相似性,足以創造出所謂的「萬能指紋」(Master Print)。

臉部、聲紋或瞳孔,抑或其他生物辨識技術也可能面臨類似的問題,並不是說和人們指紋線太淡而導致沒有指紋,或生理特徵太過相似的情況,總是會有掃不出確切生物資訊的狀況發生,甚至就如電影情節一般,透過複製生理特徵的方式來解鎖。

此時,一般人可能會認為,透過更高解析度的3D攝影機、更好的麥克風,以及更強大的演算法就可以解決問題,但現今的駭客,技術也持續「與時並進」,無論這些影像或聲紋需要透過網路傳遞到雲端做運算,還是利用手機內部強大的處理器進行辨識,駭客總是能夠找到漏洞。

有鑑於此,Arm提出生物認證需要可信任執行環境(Trusted Execution Environment,TEE)和安全執行環境(Secure Execution Environment)來強化安全性。Smythe強調,Arm藉由其許多IP技術,以及韌體,讓合作夥伴的晶片設計能夠在智慧型手機中提供TEE和SEE。除了IP之外,Arm亦發布架構規範,闡述建立基於Arm IP安全平台的最佳方式。

不只生物辨識——未來手機樣貌「超乎想像」?

生物辨識相關技術的創新能讓人們的生活變得更簡單,並帶動手機的換機率,因此該功能得以迅速被手機市場所接受。不僅如此,現在指紋解鎖的價格已經開始降低,且進階的臉部辨識/臉部解鎖功能正在萌芽。Smythe表示,其他的生物相關技術,例如聲音簽名或是心電簽名等解決方案也可能出現,目前Arm也與相關合作廠商合作,以期可為手機業者及消費者帶來嵌入式生物認證、語音及臉部辨識方案。

未來的手機除了生物辨識、AI…等新功能的進駐外,還會有什麼樣的新變化?Smythe認為,手機全新的功能與設計,將為消費者帶來更身歷其境的體驗,以及更多的行動生產力,且AI即便在沒有連線到雲端的情況下,在裝置上仍能擁有更平順自然的運作,同時將其輔助功能帶到新境界。

在手機外型方面,Smythe指出,Arm雖然期望未來手機在顯示器及安全認證上,也能和手機功能一樣有更多的創新,如可彎曲、可折疊或多螢幕顯示器設計,以及更進階的安全與認證技術,促使智慧型手機可用於更高價值的交易行為,但這些都還是需要手機製造商、半導體電子元件供應商的努力或認同,才有可能實現。

smartphone shipment Q42017

2017年第四季全球智慧型手機前五大業者出貨量、市佔率、年成長率初步統計資料。(資料來源:IDC,單位:百萬支)