2027年的iPhone长啥样?| 半导体行业观察

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来源:本文由半导体行业观察翻译自medium,谢谢。

“每隔一段时间,就会有一个革命性的产品出现,然后改变一切。”

——史蒂夫·乔布斯

史蒂夫·乔布斯于2007年1月9日在Macworld博览会上向全世界展示了iPhone。它拥有3.5英寸屏幕和200万像素的摄像头。从此,苹果已经成为世界上最有价值的公司,iPhone开启了智能手机革命,改变了数十亿人的生活。

本月早些时候,蒂姆•库克站在新的史蒂夫•乔布斯剧院,推出了全新的iPhone X,这是自iPhone问世的10年来首次进行重大反思。之前的每一代iPhone,矩形屏幕下方都有Home键。 新的iPhone X取消了Home键,拥有圆角的OLED屏幕,为应用程序的运行提供了一种全新的导航方式。手机的顶部是先前iPhone未曾有过的新的传感器和组件,允许了更广泛的交互,包括面部识别解锁和面部表情识别。

10年后的2027年,苹果公司高管将再次优雅地向粉丝展示新款iPhone。这款iPhone将成为20周年纪念款,包含了20年的改进、完善和技术成就。

在本文中,我将阐述我预言的这款iPhone XX的样子,以及它将如何适应技术的加速发展。

首先,关于飞行汽车和全息显示

这不是科幻小说。2007年和2017年的iPhone看起来很相似,所以让我们谈谈一些疯狂的关于未来iPhone的想法,以及为什么我不相信我们会在2027年看到这些。

为什么还是矩形而不是正方形、圆形?首先,书本不是正方形或圆形,而是矩形。人类以特定的方式在页面上阅读文字,我相信至少在接下来的10年里,肖像画一样的屏幕比例将会持续存在。

为什么还会有iPhone?AR眼镜、VR眼镜和飞行汽车会如何?技术并没有人们想象的那么快。100年前,人们确信我们将生活在火星殖民地上,食物就像药丸一样。相反,我们在50年里没有把一个人送上新的星球,Soylent不仅味道糟糕,而且会让人生病。所以iPhone在2027年左右仍会存在,而且仍将类似于我们今天使用的智能手机。

这并代表VR眼镜和AR眼镜在未来10年不会存在,它们只是不会取代我们口袋里的手机。

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全息显示和手势交互会如何?2027年,我们仍将在办公桌上使用带显示屏的计算机,我们手中握着电话。真正具有未来主义风格的可以在任意方向操控、并传输数据到其他设备的手势交互10年后不会出现。

可折叠、可滚动或完全灵活的显示屏呢?我认为这是所有未来场景中最有可能的通配符。三星在近10年时间里一直致力于柔性屏幕的研发,他们的移动产品负责人表示,带有柔性屏幕的Galaxy X将在2018年推出。没有人知道是整个手机全是柔性的(需要柔性的电池和内部组件),还是只是屏幕区域是柔性的(厚重的外壳装载着坚硬的组件),但不管怎样,如果三星引入了一个开创性的柔性智能手机,那么便开启了一场军备竞赛,推动苹果走向这个方向。时间会告诉我们一切。

有了这些非同寻常的东西,让我们来看看iPhone XX的样子。

形状和显示

iPhone X显然不是手持计算设备的理想状态。屏幕顶端的大而突出的开槽被苹果用作传感器和面部跟踪技术的奇迹,仅仅因为这是苹果在2017年选择做的事情。如果他们能以某种神奇的方式将所有的传感器和摄像头都塞到屏幕下面,他们很可能会这样做。这个开槽介于B计划和E计划之间。

2027年,我相信这个开槽将会完全消失,十余个苹果专利的实现将带来未来技术,几乎所有东西都放在屏幕后面。屏幕就是手机,软件将接管整个使用电话的体验。最终会像《西部世界》中的平板电脑,或《Her》中的手机,边框将会消失,而设备只是一个明亮发光的矩形。

这显然是我们手中的交互设备的理想状态。

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为了解释我得出这个结论的原因,我们必须回顾苹果的产品营销经理Michael Uy在2004年6月提交的专利。

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专利# 7535468描述了一种奇妙的技术,成千上万个像素组成了显示屏,有成千上万的微型摄像头可以拍照,并将结果整合在一起。以下是苹果对该专利的简要描述:

“这项发明涉及一种集成的传感显示屏。集成传感显示屏包括显示元件和图像传感元件。因此,集成传感装置不仅能输出图像(例如:用作显示屏),也能输入图像(例如:用作相机)。”

当时,唯一报道了该专利的苹果新闻网站是AppleInsider,他们是这样描述的:

“本发明背后的想法是在构成显示屏的LCD单元之间嵌入成千上万个微型图像传感器。每个传感器将负责拍摄一张整体照片。这些碎片几乎可以瞬间被软件拼接起来形成完整的图像。”

2004年,这项技术并不存在,这是苹果的赌注。Michael Uy在苹果公司的任期持续了4年,在这段时间里,他是苹果公司一系列视频相关软件产品的产品经理,包括iMovie,Aperture和Final Cut Express。他只是苹果的第2任软件产品经理,因此有严重的极客范。作为专利的唯一发明人,我只能想象他在洗澡的时候突然灵光一闪想到了这个主意。

从那时起,苹果提交了许多关于复杂的显示屏下方的摄像机和传感器的专利,这一切都基于那个最初的专利。

2007年,苹果公司提交了一项专利,该专利扩大了显示屏下方的摄像机系统的概念,并详细介绍了它的工作原理,特别是在用于视频会议的笔记本电脑显示屏上:

“显示元件被配置成活跃状态(其中显示元件被照亮,以便在屏幕上的显示图像)和不活跃状态(显示元件变暗,部分透明)之间的循环。当显示元件处于非活跃状态时,图像拍摄机构被配置为通过显示屏幕和显示元件拍摄显示屏前方物体的图像。”

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三年后的2011年10月,苹果公司把所有“显示屏下方”的技术都申请了专利,具体内容是,具体列出了各种组件(摄像机,传感器,扬声器等)放置在显示屏后面如何工作。

来自AppleInsider的专利报告:

美国专利商标局颁发的具有小孔显示屏的电子设备的9,543,364号专利描述了一种方法,通过该方法可将各种部件安装在设备屏幕中的小孔之后,其尺寸小到人眼无法察觉。这种安排将允许工程师设计具有真正的全面屏或“全脸”显示屏的智能手机或平板电脑。

这一专利极大地扩展了Michael Uy的最初设想,即使在显示像素保持活跃时,显示屏像素之间的小孔也可以允许传感器数据流过屏幕。

下图来自于专利,右图所示(中心的圆圈),这些传感器在显示屏内的微小像素之间工作。这个想法非常疯狂。

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直到2017年1月,苹果才被授予专利,在获得授权之后,专家们认为这项技术将会出现10周年的iPhone中。很显然,这一技术并没有出现。于是我们看到了一个开槽。

我确信这些技术目前正在Cupertino 的一个不起眼的实验室里进行开发,他们可能已经研究了很多年了。2027年,距离Michael Uy提出这一技术最初设想已经过去了23年,距离苹果公司提出如何将这些技术运用到实际应用的详细后续档案已经过去了16年。

对于苹果真正想要打造的产品来说,开槽显然只是权宜之计。现在,距离他们的愿景实现只是时间问题而已。

既然我们已经讨论过了开槽,那么我们再来讨论一下屏幕本身。

最近推出的iPhone X拥有令人难以置信的屏幕。即便假想的iPhone XX在2027年亮相,我也不认为苹果需要在屏幕的逼真度上进一步创新。以下是iPhone X的屏幕规格:

5.8英寸OLED HDR超视网膜显示屏

分辨率2436*1125,像素密度458ppi

对比度1000000:1

P3全彩色广色域显示

最大亮度625cd/m2

OLED HDR屏幕(拥有纯黑色和令人难以置信的鲜艳色彩)显然是未来,所以除非在接下来的几年里出现了更好的屏幕技术,否则我认为这个假设很正常,即iPhone XX将拥有类似于苹果刚刚发布的iPhone X的屏幕。

至于分辨率,458ppi是苹果公司在设备中使用的最高像素密度。虽然它低于三星S8的571ppi,但仍然远远超出了苹果对“视网膜”的定义,这个像素在正常的观看距离上是不可能分辨的。跳跃到更高分辨率的屏幕(运行在4x或更高版本)即便在10年后也不是明智的决定,因为像素密度的增加无法被用户察觉。

iPhone XX屏幕上最大的不同是Pro Motion。

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iPhone X中的Super Retina HD显示屏在各方面都令人难以置信,但它缺少苹果推出的新型120Hz刷新技术Pro Motion。Pro Motion目前仅适用于新的iPad Pro,Pro Motion将显示屏的刷新频率从60Hz提高到120Hz,虽然很难用文字来描述(或用相机拍摄),但它真的是一种绝佳的使用方式。交互元件在滚动时粘在你的手指上,动画变得流畅,几乎感觉像是一个iPhone交互的CGI,而不是你正在进行交互的实时软件。给人超凡脱俗的感觉。

我不知道Pro Motion何时会应用到iPhone中,但我怀疑它会在2027年之前到来,甚至可能在明年的iPhone X升级版中。

最后,iPhone X的亮度水平是625 cd / m2,这是iPhone显示屏中最高的亮度值。这是令人难以置信的亮度,但显示亮度肯定是可以而且应该在未来十年改善的领域,考虑到三星Galaxy Note8屏幕的亮度是其两倍,峰值达到1200 nits。 我预计iPhone XX的屏幕会比iPhone 更加明亮,但由于苹果始终意识到要节省电池的使用寿命,所以我并不期望iPhone XX的屏幕能够如此明亮,以至于手机无法持续全天的正常使用。

iPhone XX屏幕预测

圆角无开槽5.5-6.5寸OLED HDR,3x 450-550ppi,Pro Motion,亮度800-1200 cd / m2

摄像机和传感器

2007年以来,智能手机相机主要用于拍照,然后与家人和朋友分享照片。然而,自从19世纪电影摄影发明以来,这就是照相机的用途。

只要看一下Flickr上的顶级摄像机,就可以看到每台相机拍摄的照片百分比。注意,我没有说“智能手机摄像头”,因为这个图表显示了所有类型的相机,而不仅仅是智能手机。

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iPhone占据了前五名。iPhone绝对是世界上最受欢迎的相机。

随着iPhone X的推出和ARKit的到来,苹果表示,“拍照”显然只是我们所知道的相机的基本功能,也许是未来iPhone相机能够实现的最无聊的事情。

如果我们回顾苹果相机相关专利和公司的收购档案,我们会发现一些有趣的想法,将它们放在一起分析时,可以清楚地看出iPhone摄像头的发展方向。

我们还会发现为什么2015年可能会被铭记,因为苹果奠定了未来数十年中在增强现实和成像技术领域的领先地位。

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首先,让我们来看看苹果公司在2015年春天收购了以色列相机模组公司LinX。

“以色列初创公司的硬件专门针对平板电脑和智能手机,它不仅支持低光圈的背景对焦,而且还能帮助你实现更好的低光效果,非常适用于在室内或夜晚不使用闪光灯拍照。该公司表示,LinX的重要硬件功能之一是在捕捉对象后实现选择性对焦。”

LinX专门研究不同光圈和焦距的多镜头相机,以及将每个相机的数据组合成特殊的交互式照片所需的软件,这些照片可以进行一些常规照片无法进行的操作,比如在拍摄完照片后动态改变景深。

其他一些初创公司也曾试图通过多镜头相机实现无限深度的操作,其中最著名的是Lytro,它已经成为一个虚拟现实平台。最近试图做到这一点相机公司是Light和他们非常独特的L16相机。

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L16相机有16个镜头:6个150mm f / 2.4长焦镜头,5个70mm f / 2中档镜头和5个28mm f / 2广角镜头。所有这些镜头水平折叠,同时拍摄照片,然后组合起来创建一张幽灵般的50MP +图像,让用户在拍摄后改变景深,这是以前从未做过的。

我们稍后会回到L16相机和折叠镜头。

在苹果收购LinX后不到一个月,就提交了一项令人难以置信的图像传感器专利,名为“具有灵活扫描模式的飞行时间深度映射”,具体描述如下:

成像设备包括:获取场景图像的图像传感器、包含光学发射机的扫描仪……定义非矩形区域用于容纳被识别的物体,并处理光学接收器的输出,从而提取出物体的三维视图。

这清楚地描述了iPhone X的前沿技术。

相机和深度绘图传感器可以结合起来在照片中创建一个物体的3D表现(例如你的脸),这可以在软件中操作。在iOS 11中,它被用作一个玩具,用你的面部肌肉来操纵表情符号,但是从现在开始,这个技术将是iPhone未来的基础。

LinX并不是苹果公司收购的唯一一家复杂成像技术公司,事实上,它甚至不是苹果在同一年中所完成的最令人难以置信的收购。

在提交了大规模图像传感器专利后不到一周的时间,苹果收购了Metaio,这是一家增强现实软件公司,在过去的十多年里一直在建造先进的AR系统,并拥有知名的客户,比如法拉利,他委托Metaio为展厅制作虚拟的车载iPad应用程序。

回到2015年,增强现实不是苹果公开关注的一件事。ARKit尚不存在,舞台上没有AR演示,所以这是当时令人惊讶的收购。

直到那年秋天,苹果被整个电影行业震惊的时候。

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就在苹果公司出人意料地收购Metaio的几个月后,围绕着动作捕捉和CGI社区的传言四起,据传,瑞士的实时运动捕捉和图像处理软件公司Faceshif会被苹果收购。这在秋季以后得到证实,以下是TechCrunch对于这次收购的看法:

“它主要关注的是游戏和电影等领域的视觉效果。在一个动画技术成本高昂、耗时耗力的世界里,这家创业公司的主要产品被认为可以改变游戏规则:Faceshift工作室提供了面部动作捕捉软件解决方案,彻底改变了面部动画,使其成为可能。这项技术还出现在了《魔兽世界》中,并用于最新的《星球大战》电影中,让非人类角色的表情更像人类。”

为了实现精确的动作捕捉,Faceshift并未使用头戴式装置,而是开发了一种先进的无标记软件技术,可以实时分析人脸,并驱动动画人物来匹配你的面部表情。这是非常前沿的东西,在被收购的时候他们一直在和主要的电影公司合作。

下面一个视频,展示了2015年他们在被苹果公司收购之前的技术。

我之所以回顾苹果的2015年收购案和成像专利,是因为我们刚刚开始看到他们在iPhone X、TrueDepth相机和ARKit上的成果。苹果一直都在玩漫长的游戏,而且他们的产品通常在专利申请多年之后才开始使用专利技术。

如果让我们预测未来10年苹果相机的变化,那么我预测的iPhone XX上的成像硬件如下:

3+不同焦距的后置摄像头

2+不同焦距的前置摄像头,隐藏在显示屏后面

在iPhone背面的3D物体传感器

在iPhone正面的3D物体传感器,隐藏在显示屏后面

正反两面都有不同焦距的多个镜头,这样用户就可以在拍照时操纵照片的景深效果,增加后置3D物体传感器,不管物体与设备的位置如何,iPhone的软件都能捕捉到物体在三维空间中的位置。

还记得上面那个疯狂的多镜头Light L16相机吗?苹果公司在2014年初提交了专利,描述了具有折叠光学元件的水平定向的相机镜头,它可以动态移动以改变焦距,这表明苹果在这一领域努力了很长一段时间。

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随着iPhone X和苹果先进的新型TrueDepth摄像头的推出,苹果明确表示,iPhone的摄像头将不再是用来拍摄照片的简单图像输入设备。相反,我们正在沿着iPhone的路径走下去,成为一个传感对象,感知手机前方和背后发生的一切。

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现在,真正让iPhone XX独树一帜的不仅仅是先进的新相机系统和3D传感器,而是充分利用这些传感器的数据的软件。这是真正的魔法,将使2027年的iPhone具有未来感。

一些令人难以置信的软件增强的例子可以在未来的几年里找到:

通过实时的摄像头,让iPhone能够感知其周边的环境,持续扫描、映射和跟踪iPhone附近的三维空间中的物体。

眼球追踪技术,可以根据用户的目光来引导软件的界面(苹果公司在2017年早些时候收购了眼球追踪技术的世界领先者SensoMotoric Instruments)。

通过摄像头获取的用户面部数据来提取生理特征和健康信息(脉搏等)。

高级图像处理算法可以确保FaceTime电话始终显示您的眼睛在看着电话另一方

机器学习进步允许即时计算iPhone附近的物体(教室里有多少人,我和红绿灯之间有多少辆车,桌子上有多少支铅笔,我的衣柜里有多少件衬衫等)。

对物体和空间尺寸的即时测量,无需花哨的AR标尺(这道墙有多长,开口有多宽,那盏灯有多高,等等)。

但我相信,最大的进步是,拥有一个真正的全面屏和各种3D传感器,iPhone就能成为世界中的一个镜头。软件可以识别你的眼睛与屏幕的位置关系,iPhone与前方物体的位置关系,可以实时操作后置摄像头的焦距,这样把iPhone拿在你面前就会看起来电话仿佛是完全透明的,你在透过一块玻璃看世界,随着你移动手机,画面也会不断变化。。

这是增强现实的圣杯。

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一旦实现这一目标,现实就可以真正地增强,信息覆盖在屏幕上的物体之上,其精确度如此之高,仿佛它就出现在现实世界中。Magic Leap多年来一直致力于实现这一目标,但他们专注于将这项技术引入头戴式设备。苹果可以让它出现在数亿人使用的设备上。

iPhone XX相机和传感器预测

3 +不同焦距的后置摄像头,2 +不同焦距的前置摄像头(位于显示屏后面),前后3D物体传感器,先进的眼球追踪功能,未来主义软件将摄像机和传感器的数据缝合成增强现实世界,将iPhone变成无缝数码镜头。

电池和内部组件

从许多方面来看,猜测iPhone 2027年的内部元件比根据专利文件猜测软件进步要容易得多。在本文中,唯一能够确保正确的猜测是:处理能力将会大大提高,而且iPhone XX的电池容量将会更大。为什么?因为这是技术进步的必然趋势。

让我们从电池开始讲起,苹果的目标一直是iPhone的全天候表现,他们假设你在一天中适当地使用它,在晚上充电。在iPhone的历史上,我们没有一次看到苹果为了更大的电池而牺牲了纤薄,或者宣称电池寿命超过了正常使用的1天。他们只是不认为电池寿命在iPhone中很重要,也不认为手机应该更厚以容纳更大的电池。总的来说,尽管电池容量在过去10年里稳步上升,但在iOS系统中,设备变得更薄,电源管理功能也变得更好。屏幕的像素更高,亮度更亮,处理器的速度更快,但是苹果总是设法将iPhone的电池寿命控制在1天左右。这是一个多变量方程,苹果的手机大小总是维持在容纳下支持1天使用的电池。

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如果我们绘制出所有iPhone的电池容量,便会看到这一趋势是向上的,但与Android的电池发展相比,它的斜率是温和的。现在市面上有5000mAh电池的安卓手机,还有一些Android手机在电池寿命测试中击败了iPhone,所以您可以想象,相对于较小容量的iPhone,2027年的Android手机拥有更大容量的电池。

也许,苹果实际上是在告诉用户:“想要更长的电池寿命?你还是买个充电宝吧。”

这并不是说苹果公司过去没有在电池技术上进行创新:事实上,在2010年的时候,苹果就提交了一项非矩形电池专利:

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这种堆叠和梯田式的布局的电池进入了2015年首次亮相的剃须刀薄的MacBook。以下是Wired的看法:

典型的锂离子电池“袋型电池”包括铝或铜薄片层,可以吸收锂离子的专门材料的涂层和塑料层。每一层都仅仅是微米级别的厚度。

苹果已经发现如何将这些堆叠的电极片安装到他们选择的任意尺寸的电池中。这些不同大小的电池可以叠加在一起,让他们的工程师可以在任意给定的空间里装上尽可能多的电池。

如果没有这项基础专利的创新,MacBooks目前的系列根本无法实现,因此,苹果早先发布了电池专利,并于几年后在产品中使用该技术。

2013年,苹果申请了另一个有趣的电池专利,新的层状电池系统,它提供了更快的充电速度,提高了寿命,平均温度更低。现在它本身并不是很性感,但很明显,苹果公司正试图在其便携式设备中的每毫米内挤压每一盎司的性能,这意味着在新配置中使用分层电池单元,并采用新技术,使电池更有效率。

就处理器而言,显而易见的是,苹果公司正在主导全球其他手机制造商,步伐并没有放缓。

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苹果公司的一系列处理器正在稳步取得令人难以置信的进步,现在还包括苹果设计的GPU。在接下来的10年里,我们可以预计这种趋势将会持续下去,除非英特尔奇迹般地化腐朽为神奇,否则苹果似乎不会失去其领先地位。

将搭载A11 Bionic芯片的新iPhone 8与高端安卓旗舰手机进行比较就是一个笑话。甚至全新的13英寸MacBook Pro在测试中的速度都比不上它。

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与最新iPhone中的A11 Bionic芯片相比,2027年的iPhone XX保证了处理能力的大幅提升。苹果喜欢在主题演讲中展示这张图表,所以在2027年,你可以想象出这条曲线的陡峭程度。

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电池和内部部件预测

具有非常紧凑和梯田布局的5,000-6,000 mAh层状电池;具有8 – 10个混合性能核心的~ A20CPU;比原始iPhone强大800-1000倍的性能;一旦macOS可以在ARM上运行,同样的芯片也可以在不同的mac设备上。

关于iPhone XX的最后想法

手持式移动计算设备的最纯粹的状态就是一个适合您的手的屏幕,您可以用拇指轻松地滑动。

随着智能手机的上下边框越来越小,很明显,有一天,您的手中只会有屏幕,物理设备将会消失。您在这个发光的矩形上运行的软件将是用户体验的全部。

今年2月,设计师Georgy Pashkov设计了“iPhone 8”的概念,我认为这几乎完全是我们在2027年将从苹果公司看到的东西。一个全屏幕的设备,先进的成像传感器可以理解和适应环境,使它真正感觉像一个在世界里跟着你保持前进的镜头。

一旦iPhone只是一个带有传感器和摄像头的屏幕,那么软件设计师和开发人员就可以真正建立起完美的身临其境的体验。它就要来了,而且只需要几年的时间。

原文链接:medium.com/@flyosity/ip

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