2020年，全球的神經都因新型冠狀病毒緊繃，原本低迷的經濟形式近乎進入萬劫不復的境地。
儘管如此，中國半導體行業卻逆流直上，成為經濟下行期少見的上漲焦點。半導體產品，半導體芯片及相關設計，相關元器件，照明相關，封裝，材料，設備，分立器件相關，功率半導體等行業相繼斬獲重磅融資。
以長江小米基金為例，從2020年1月21日電機驅動控制芯片研發商Fortior、射頻芯片研發商芯百特微電子完成融資開始，半導體大賽道包括速通半導體、昂瑞微電子、翱捷科技、靈動微電子和瀚昕微電子相繼完成長江小米基金的投資，投資領域覆蓋芯片製造、芯片供應、無晶圓半導體研發和MCU產品與應用方案提供等多個行業多個領域，其大主題均為半導體大背景下的國產化替代，整個賽道幾乎沒有受到經濟下行和一級市場投融資困難的影響。
伴隨半導體高速發展的是多項高精尖技術逐步進入傳統大產業鏈，智能手機產業鏈便是其中翹楚。中國海量人口基數決定了智能手機的海量需求，而日新月異的科技帶來的智能手機周邊軟件算法和硬件組件的頻繁更新，為整個半導體產業鏈帶來了巨大的市場想象空間和技術商業化可能性。
由此切入市場，企業寄希望於影響未來智能手機發展的各個技術路徑，窺探大規模運算、軟件虛擬化和光學元器件等高科技對智能手機更新換代的影響，尤其現今各家均以超高清鏡頭攝影搭建產品生態，部分頂部玩家更是將AR、VR等未來技術嵌入硬件解決方案，通過對元器件的未來佈局和理解搭建智能手機生態，在智能手機從大增量向小增量大存量進化時期中分得一杯紅利。
在這個時間節點上，3D Sensing向高端甚至中端手機機型過渡的方案已經開啟，其前置技術TOF和結構光相關的產業也早在3年前便進入資本視野。市場的發展出現過兩次標誌性事件：
2018年8月，OPPO發佈首部搭載TOF攝像頭的智能手機OPPO R17 Pro，這是國內真正意義上的第一次手機搭載TOF模組的案例；
2020年3月，蘋果公司最新版iPad Pro搭載DTOF技術的深度相機方案推出，3D視覺在消費場景的應用進入全新階段，而蘋果公司DTOF佈局AR生態的野心已經昭然若揭，該領域戰國割據格局早已形成，vivo、華為、三星、LG和蘋果等公司均具備各自的技術優勢和市場盤面，對TOF的佈局也將從技術商的戰術試探真正進入戰略攻堅階段。
由此，凡卓資本通過對3D Sensing領域衍射的TOF、結構光和其他賽道的情況，做出以下幾個基本判斷：
智能手機的3D感知，TOF+結構光是兩大主流方案，TOF有望最終成功突圍。智能手機仍將是TOF和3D結構光的主要落地場景，3D結構光覆蓋短距離高精度場景，尤其是前置3D結構光，工程交付能力在眾多方案中長期處於領先，故被其他方案替代的可能性短期不具備；TOF覆蓋AR應用，手勢識別等長距離低精度的場景。隨著蘋果iPad Pro後置DTOF入場，相關的安卓廠商會加速滲透佈局，據The Elec報道，華為、三星均會滲透前後TOF模組進入產業鏈，預計總量不會低於1億個。
AR生態會由於TOF的快速佈局而提前到來，談AR落地場景不再是完全的空中樓閣。TOF的成本由於蘋果iPad Pro後置DTOF的隆重登場而帶來的蝴蝶效應會加速下降，而其優質的實時感知能力將成為主流的3D Sensing方案嵌入到除智能手機以外的其他市場中，例如ADAS、機器人、智能家居等，而VR/AR這種對三維感知能力要求極高的場景，將會因TOF的大規模應用而進入普適使用的階段。
現代大型數據中心的兩級脊葉式結構會帶來25G VCSEL光模塊的爆發，但光通信所要求的工藝極高，信號調製穩定性是關鍵的關鍵。該模組的使用會帶來大量短距光纖連接的爆發式需求，10G光模塊使用的VCSEL方案呈現的紅海格局，將由於數據機房光模塊升級到25G方案而存在增量釋放，釋放量級將達到十億量級。釋放該量級並非意味著這些量級都能被國產化消化，突破測試優化的超長週期，解決信號調製穩定性的工藝問題，對創業團隊提出巨大的挑戰，團隊不具備10年以上工藝經驗，不具備大廠從業經驗（例如Lumentum，Ⅱ-Ⅵ等），實現穩定性大規模量產幾乎不可能。
VCSEL25G光模塊的爆發受外延片市場的牽連極大，如何破除IQE公司的壟斷使得下游拿到低價貨源無比關鍵。 三安光電是國內唯一具備6英寸VCSEL外延片產線自建能力的國內長江，另外唐晶量子，全磊光電，新亮智能具備一定能力，但距離實際需求相去甚遠。
與半導體其餘產業部分相比，國產化替代主體在該行業機會更大。TOF產業鏈由方案、算法、發射端泛光照明器和接收端近紅外攝像頭構成，四個產業部分中，方案部分由國外大廠完全統治，包括pmd，AMS, ST, TI, Melexis，Sony，Panasonic等，但泛光照明器領域（VCSEL），國內廠商在10G及以下版本中已達到市場充分競爭，25G也實現小規模量產，部分有實現國產化替代的可能性。材料和外延片方面，在上游的砷化鎵，IC涉及到的晶圓代工，雖然大部分仍然由國外大廠完全佔據，但部分國內廠商已經進入市場視野。近紅外攝像頭方面，例如CMOS傳感器，除索尼三星外，國內廠商在部分產品型號中具備一定優勢。
凡卓認為，上市公司方面：全產業鏈部分，由於已成功進入全球第三代半導體產業鏈，並擁有多款核心技術壁壘極高的器件產品，三安光電處於全方面領先的位置，其餘還有水晶光電，聯創電子。
光學鏡頭方面，推薦舜宇光學，窄帶濾光片環節，推薦水晶光電，
光學模組方面，首推歐菲光；創業公司方面，在VCSEL+激光器芯片領域，博升光電，瑞識科技，檸檬光子，華芯半導體，度亙激光，艾銳光電，武漢光迅，華工科技和唐晶量子均有各自的技術優勢，VCSEL賽道方面，創業公司中縱慧芯光消費領域一路領先，通信方面長瑞光電較為領先，武漢敏芯，睿熙光電，太平洋光電也有各自特色。TOF整體解決方案方面，推薦艾芯智能。
追根溯源：3D Sensing如何選擇TOF與結構光？
1.TOF —— 汽車安檢衍生出的3D感知前沿應用
TOF自2006年從CSEM的MESA Imaging孵化並推出TOF商用產品SwissRanger後，便將相關的技術方案（軟件+硬件）都用在了汽車的被動安全檢測方面。而後MESA進入Heptagon的懷抱，Heptagon又進入了AMS的戰略版圖，將TOF升格到了AMS的應用高度。
2013年，Kinect V2.0也開始使用TOF技術，採用3DV Systems的TOF技術，這套DepthSense TOF的感測系統發佈了全球最小的TOF模組受到市場關注。
TOF於2016年進入智能手機，Phab2 Pro的出現掀開了TOF進入智能手機的路徑，pmd+英飛凌的方案得到採用，可以在手機上使用部分的AR應用，但由於穩定性和基礎性都較差，該應用並未在市場上引起大的反響。
2017年，華碩發佈Zenfone，其搭載的REAL3 TOF成為了業界翹楚，pmd的TOF像素矩陣+英飛凌的SoC基本在業界處於王牌地位。2018年，OPPO在發佈TOF相關的OPPO R17 Pro，採用了Sony的方案，vivo發佈榮耀V20，採用了同樣的TOF方案。自此至今，三星、LG、聯想和華為紛紛在主力機型中部署TOF，TOF成為基礎標配。
iPhone搭載DTOF
2020年，蘋果公司最新的iPad Pro和兩款iPhone搭載DTOF，前置人臉識別攝像頭則還是沿用3D結構光的技術，藉助定製版的CMOS模擬人臉功能，實現AR實景導航應用。蘋果的強勢入局引起蝴蝶效應，DTOF相關的定位模組2020年面臨一定規模的放量將被期待，華為和三星等也會因此次衝擊在2020年後陸續在高端機上滲透TOF模組，預計將從5700萬部直接上升到1.83億部。
從滲透率看，2020年蘋果、華為和三星的後置TOF滲透率預計分別為21%、20%和5%，出貨量分別是4500萬、9700萬和3500萬。其餘廠家，包括小米，OPPO，vivo在內分享了剩餘的存量，但對總量衝擊不大。
2.結構光 —— 智能手機拯救結構光前景，模組搭建直指VR/AR生態
3D結構光在消費領域的商業模式最早可追溯到2009年。以色列PrimeSense搭載3D結構光模組的體感設備Kinect V1.0，該產品上市後迅速引起了市場的強烈反響，儘管準確度、圖像分辨率和響應速度均沒有達到真正意義的商用級水準，但無礙於3D感測通過結構光的方式進入大家視野。
PrimeSense的研發能力顯然跟不上大廠對於3D感測的佈局速度，2009年3DV Systems和Canesta紛紛進入微軟的戰略視野，最終完成收購，並在2013年解除了和一代廠商PrimeSense的產品合作，自研了Kinect V2.0，但仍然無法從根本解決準確度，圖像分辨率的水平，導致技術衍生的產品應用並不能很好的解決場景出現的問題，特別是和微軟遊戲開發團隊和硬件團隊的技術脫節，導致2017年Kinect徹底下線，3D感測的結構光軟硬件耦合方案，出師不利。
Kinect for Windows v2
但智能手機的出現可謂是一物解百憂，尤其智能手機大廠競爭日益白熱化，導致各個大廠都希望在自己的下一代產品上添加所有可行的前沿科技與前言應用，3D感測是AR/VR的必經路徑，如何在智能手機上提前佈局和嵌入硬件模塊，成為了大廠爭先競爭的關鍵。但半導體工藝的技術限制導致3D感測很難在小體積和低功耗的手機中成熟應用，大廠的整體解決方案需要有人先吃螃蟹。
率先吃螃蟹的是蘋果。2017年Mac World公佈全新iPhoneX，蘋果第一次將3D結構光模組嵌入終端，將實現3D人臉識別技術作為iPhone下一步的重大戰略點，這一標誌性事件使得其它智能手機大廠也必須進入佈局階段，以免被iphone甩得太遠。
而萬物必有因，3D結構光模組核心技術方案來源於Kinect V1.0的PrimeSense，2013年蘋果3.6億美元收購該標的，其後的iPhone XR和iPhone XS全部搭載更新版的結構光模組。國內部分，華為和奧比中光紛紛提出自己的方案，時至今日，小米、華為和OPPO都發布了各自的3D結構光模組智能手機版本。
手機3D結構光
其中，華為宣佈全產自研Mate20 Pro。OPPO運用奧比中光的方案FindX，並將奧比中光推向了百億人民幣市值的獨角獸地位。小米則採用了Mantis Vision的解決方案。但從DigiTimes的數據來看，iPhone X、iPhone XR、iPhone XS和iPhone 11的結構光模組出貨量達到了總量的88%，仍然處於業界的絕對領先。
3D結構光和TOF對比
簡能而任：TOF如何脫穎而出？
TOF在現有部署方面的優勢，凡卓資本認為有以下幾個方面：
1.結構光無法解決長距離精度損耗的問題是由技術方案的底層邏輯受限造成的，TOF的優化通過加裝高性能CMOS傳感器來進行提升，有技術路徑但成本較高。
結構光的最大問題是VCSEL和DOE之間裝備的誤差，比如該誤差會導致散斑投射誤差，以及DOE和鏡頭之間的裝配誤差會導致距離測試誤差。一般從近到遠的距離都能夠清晰解調必須由多個鏡頭和多個DOE解決，結構光原則上是拍照片和解調拍到的照片上的斑點信息，所以斑點信息的準確度需要高精度的點雲來解決。
TOF精度由鏡頭的畸變率、鏡頭內部光的發射折射、VCSEL光斑均勻度和光和鏡頭的開關頻率造成。高性能的CMOS或者CCD是把QE也就是光量子效率提高，這樣可以降低VCSEL的功率，減小整個系統的功耗。其中光的開關頻率越高，得到的精度就越高，據凡卓資本瞭解，目前艾芯智能能夠控制每秒鐘3500次的開關頻率，精度應該是所有TOF方案中最高的。
2.結構光對光照較為敏感，因為採用的傳感器在850nm或940nm的波長上的QE很低，所以很容易受同波長的光干擾，圖像清晰度有限。
TOF是通過計算發射和回收時間再去打開傳感器的快門，所以相對來說信噪比會比較好，同時TOF採用了砷化鎵的工藝對芯片做了改進（2020年前後該技術逐漸成熟），使得芯片在850nm或940nm波長上有相對較高的QE（一般大於18%），所以環境光的影響比結構光小，但是強太陽光下也不行，其信噪比不高不能解調出來。
同時近距離一般採用窄帶脈衝，遠距離採用寬脈衝，脈衝寬度不是精度高低的原因。DTOF採用TDC技術，那麼對外界環境光的干擾免疫力會大幅增強。
3.結構光的算法需要額外添加處理芯片，計算流程較長，實時性無法保證，TOF通過數倉放在AP中直接調用，對手機硬件也沒有過高要求。
理論上說，前端只是數模轉換，有算力的芯片是放在傳感器裡做SOC還是外置，實質上是由芯片廠家早期開芯片的時候期望把芯片用在哪個領域來決定。
對TOF來說視場角度、測試距離遠近、幀率要求、對精度要求等都會導致處理器芯片的選擇完全不一樣。
4.結構光組裝精度要求遠超TOF，良率相對比結構光低；
5.結構光模組部署成本約為TOF的2倍，其核心問題是配件難做，精度要求高，產業鏈缺乏。當然鏡頭和高速開關控制電路也不便宜，技術含量很高，不過TOF在大批量產業化的時候會被攤低成本，整體的價格優勢仍然存在。
以蘋果結構光模組和蘋果最新發布的DTOF模組類比，結構光模組在發射端多了一個點陣投影儀，TOF模組則採用近紅外攝像頭（TOF Sensor）。
從技術路徑分析：
結構光方面，從點陣投影儀（Dot Projector）來看，該核心器件的關鍵構成由VCSEL，WLOlens和DOE構成，三個器件組成的發射特定編碼可發射構成特定的光學圖案，技術難度極大。
TOF方面，其不需要受到點陣投影儀的限制，核心器件為VCSEL的性能和功率，尤其是在溫漂問題方面，國內一部分廠商已拿出行之有效的解決方案，並部署至產品中。
其次，TOF的泛光照明器由VCSEL和Diffuser構成，TOF對VCSEL的功率要求比結構光高，其原理是向物體發射光脈衝，在白天黑夜都要連續工作。這個技術與TOF的區別在於結構光采用低功率VCSEL，而低功率是用於在光線較暗的地方為黑夜中的圖像捕捉光斑，容易形成黑夜中的完整圖像。
技術集成方面，iPhoneX現有的技術方案中，泛光照明器和TOF距離傳感一同封裝由STM供應，這是一大特色。
從性能所帶來的應用場景分析：
通常意義上，區別TOF和結構光最簡單的辦法，是通過測量距離。
結構光通常被認為測量距離較短（0.2m – 1.2m），精度較高（1280*800），以工業場景的AOI為代表，可以進行精密儀器檢測等工業外觀檢測方面機器換人的工作。TOF則距離可以輕鬆超過2m，精度集中在240*180的範圍內，如體感遊戲，導航等。
但結構光的核心問題在於，其距離受限很難在工藝上得到明確優化（散斑編碼圖案的清晰度會隨著距離增長出現模糊），深度圖的呈現無法完整導致體驗較差，從而手機後置的方案中幾乎無法考慮結構光方案。 而TOF方案的面光源在一定程度上不會輕易被長距離拖累，大範圍衰減幾乎不可能出現。
當然，TOF方案要解決遠距離精度問題，需要通過CMOS傳感器性能改善來實現，但CMOS傳感器的性能隨之而來的成本提升也相對明顯，在測量距離和視場角一定的條件下，分辨率與測量精度成正比。
目前人臉識別應用中，要求不低於30萬像素（VGA），因此華為三星也將TOF用於前置攝像頭，用於解決前置所能覆蓋的潛在AR場景，雖然成本有所上升，但比起結構光底層技術邏輯受限造成沒有升維路徑要好很多。
其次，方案適應性方面，TOF方案可通過改變光源強度實現不同範圍的3D成像，而通過調整發射器脈衝頻率，調整相應信噪比以適應應用環境，這也體現出TOF對光照條件不敏感的特性，這一點是結構光無法具備的。
方案算法方面，結構光運算數據量相較於TOF近乎海量，需要附加額外算法處理芯片運用到手機端，通用性、實時性與TOF都無法比較。
VCSEL芯片
由大見小：VCSEL如何影響發射端佈局
從市場現有的情況反饋，單論VCSEL的市場意義並不大，從通信角度出發，據Gartner公佈的報告來看，全球VCSEL通信的供應市場,在國內的部分約2億美元左右，消費級市場約為6-8億美元，整個市場空間約為10億美元，用這個市場空間來支撐一個一級市場的賽道並不現實。
但是，VCSEL的調製相應，光束質量，效率，集成度的優勢，又決定了其對於短距場景，消費電子傳感和短距離光通信有較大優勢，基本上是市場中的首選光源，尤其對於短距離消費電子3D傳感器的需求，可以得到很好的滿足。
從短距離特性上推斷，據凡卓資本瞭解，場景方面，隨著數據機房大型化和雲計算發展的逐步演進，“東西流量”結構將成為數據中心內部和數據中心之間主要流量結構的構成。而“東西流量”的結構將促使大型數據中心採用兩級脊葉式結構，該結構對於數據交換效率的提升尤其明顯，而脊葉結構使用大量短距光纖鏈接幾乎成為技術必然，因此光芯片VCSEL的需求將會大幅上升，將原有產業規模的天花板打破。
從大型數據中心的體量來看，中國2018年數據被創建、採集和複製的總量高達7.6ZB，佔全球數據圈的23.4%，但隨著5G通信和相關雲計算技術的大規模興起，該數據將會在2025年增加至48.6ZB，該數據佔全球數據的27.8%。
而與此對應的中國大型數據中心，只有全球的8%（35個），大部分數據中心為三大電信運營商的獨佔空間，BAT等互聯網巨頭均要在未來3-5年建立屬於自己的大型數據中心，匹配海量數據。
而匹配海量數據的大型數據中心將採用光通信技術，對數據進行精準，高效的傳輸和管理。從光芯片的選擇上來看，10G光模塊技術和產業都相對成熟，但由於性能有限，加之場景有限，目前呈現相對紅海的格局。
但隨著數據流量的增加，大型數據中心的建設增加，25G模塊的使用將顯著提升，而25G模塊的使用，其技術含量和利潤空間都將為現有的數據中心帶來技術性迭代，其成長量級將不低於10億量級，而具備25G光模塊部署條件的數據中心，都將逐漸增加25G模塊的滲透率。
從消費電子方面，消費電子傳感採用VCSEL，其主要壁壘來自於外延片生長工藝，其應用領域對VCSEL的功率要求較高，而功率取決於反射鏡的層數，外延生長正式沉積製造反射鏡的工藝，其外延生長工藝決定了堆疊層數的多少，這決定了最終產品的性能。這方面具備外延設備MOCVD定製，生產工藝調試的團隊將會脫穎而出。
在凡卓資本看來，大規模陣列的外延片工藝從4英寸升級為6英寸，目前全球只有IQE和住友化學具備該工藝的生產要求。
但自2020年起，所有高端安卓手機用VCSEL的90%以上的傳感器都將使用該技術，所以該賽道現在由IQE公司獨自承包，但產能仍然跟不上急速發展的需求。渠道的限制也導致了國內廠家很難以穩定低價拿到IQE的貨源，國產化替代刻不容緩。
在這個背景下，包括唐晶量子，全磊光電，新亮智能等企業脫穎而出，寄希望於在未來幾年打破IQE和住友化學的壟斷。
