十週年 iPhone 8 即將到來,各路黑科技傳說總整理

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Photo credit: iFanr
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原文刊登於 愛範兒 ,INSIDE 獲授權轉載。

在談 iPhone 8 之前,我們先把時間撥回到 2010 年。

蘋果設計靈魂人物強納生艾夫帶著自己的核心團隊人員來到康寧公司,在康寧小鎮的工廠裡和工人們一起燒制玻璃。當時,還沒有像今天這麼赫赫有名的康寧,正在研發一種更為結實的玻璃,如今這個名字家喻戶曉:大猩猩玻璃 Gorilla。雖然這種玻璃在上世紀 60 年代就已經出現,但用在手機上卻只是最近這幾年的事情。

和蘋果等手機公司的合作讓康寧這家百年老廠重新煥發生機,上一個和康寧玻璃有關的重要發明是燈泡:1879 年,湯瑪士 · 愛迪生發明燈泡的時候,找到了康寧公司,希望找到一種穩定安全的玻璃燈罩。

和蘋果開啓合作的康寧希望,有一天能夠做出夠堅韌的玻璃和陶瓷用在 iPhone 上,這樣 iPhone 就不需要使用金屬外框了。某種程度上說,蘋果和康寧相互成就,當時康寧的 CEO 威克斯說:

賈伯斯和蘋果讓我們更優秀,我們所有人都對自己的產品非常狂熱。

7 年時間彈指一揮,一款神秘手機躺在了蘋果不為外人所知的實驗室裡接受全年無休的測試。這一次,輪到蘋果幫助康寧實現自己當年的希望:沒有金屬外框,整個機身全部由玻璃覆蓋的 iPhone。

蘋果夢寐以求的 iPhone

這不是異想天開,《賈伯斯傳》記錄了康寧的夢想,而偶爾露面的蘋果專利申請也僅僅是掀開這款手機的一角供人想像。這款 iPhone 機身沒有任何的開口,包括 SIM 卡開口,耳機接口,聽筒接口以及音量鍵電源鍵的開口,甚至連充電開口都沒有。

是的,一款天衣無縫,真正渾然一體的全玻璃機身手機,有金屬中框在玻璃機身之內,但你看不到摸不著。

事實上,蘋果對一體化有著一種執念。蘋果首席設計師兼首席聲優強納生艾夫在 iPhone 7 的工藝影片強調過:

再精簡,再精進,始終是我們所執著的方向,都是為了將一體化和高效率融入設計之中,為了打造出真正渾然一體的外形,我們研發出一整套新的工序。

iPhone 一定不會做成專利申請文件中的醜樣子,但是這幾張抽象的圖片說明了蘋果將如何實現全玻璃機身包覆:主機板螢幕等等組件像信紙一樣塞進玻璃信封,然後封口。

那麼這樣沒有開口的機器是如何實現的呢?以現在固有的觀念看來,SIM 卡插槽,揚聲器,充電接口,按鍵開口,聽筒開口,少了哪一個都不是完整的手機。就連取消 3.5mm 接口都引來這麼多的吐槽。

不過既然蘋果已經搞定了 3.5mm 耳機插孔,那時候蘋果把這個插孔稱之為「老舊、討厭又充滿氣泡的小孔」,而自己的行動是出於「我們的勇氣」,那麼剩下的開孔們似乎也危險了。

接下來,讓我們一一梳理蘋果將如何幹掉手機上的開口們。

在發佈 Retina 版 MacBook Pro 的時候,蘋果還藏了一門手藝:在舊款的 MacBook Pro 上,你看不到蘋果在鋁質機身的開孔,但是呼吸燈依然存在。蘋果總是對於這種不需要時隱形,需要時又確實存在的小設計如此著迷。

當蘋果決心再次拿出這門手藝的時候,也是這門手藝升級的時候,當初蘋果在加工相對容易的鋁合金上用雷射雕琢出肉眼不可見但光線和空氣能通過的極細小孔,在這款 iPhone 上,蘋果是用雷射在外玻璃表面雕琢出肉眼不可見的小孔,這些小孔集中起來就是聽筒。

▲索尼在 CES 上已經展示了 OLED 螢幕發聲電視,技術名為 Acoustic Surface,平面聲場,photo credit: Sony BRAVIA。

同時,蘋果利用 OLED 螢幕發聲技術,能將機身共振減到最小,OLED 螢幕結構可以聲音定點勻向傳到耳朵裡。這種發聲技術比骨傳導和懸臂結構更為優秀,也更難被察覺到。

至於側邊的音量加減鍵,則用了雷射微雕,眼睛依舊看不出來,但靈敏手指的觸覺不會騙人,它摸起來按起來依舊存在。這種轉變也不是沒有預兆,現在的 iPhone 7 Home 鍵完全不需要下壓就可以實現所有功能,線性馬達能夠模擬出以假亂真的各種物理觸感。蘋果讓 iPhone 7 的 Home 鍵下陷只是妥協於用戶習慣。

和 Macbook 類似,這款 iPhone 也希望人們淡忘開機和關機的概念。MacBook 可以透過開合螢幕來亮屏鎖屏,而整合了更多感應器的 iPhone 完全可以做到更智慧的感測。Siri 能夠實現關機(但感應器還在運作),不斷電的感應器又能透過監測用戶行為開機。因此,電源鍵最後也消失了。在 MacBook 上關機,下次開機的時候,關機前的部分任務進程其實沒有殺掉,也就是說,部分元器件的微供電同樣也可以在 iPhone 上實現。

最容易理解的其實是充電接口,我想你已經猜到了,無線充電可以解決這個問題。Energous 是一家研發長距離無線充電的企業,他們研發的無線充電技術預計會在今年商業化,並且它們的 CEO Steve Rizzone 還在剛剛結束的 CES 2017 上表示已經和「世界上最大的消費電子企業」簽署了合約。如無意外,這家企業就是蘋果。

Energous 無線充電技術分為三種,分別是遠場、中場和近場。以最科幻的遠場為例,在客廳電視下放置 Wattup 無線充電送電器,那麼整個客廳的對應設備都可以進行充電。

Photo credit: Energous。

而在微型化方面,Energous 已經可以把無線電接收晶片做到只有 3mm 見方。Energous 的技術能讓能量精確地引導到接收晶片,並將 RF 信號轉換為直流電流,對電池充電。

事實上這一次 iPhone 7 砍掉 3.5mm 耳機接口,以及 AirPods 的問世暗示了很多蘋果的想法。強納生艾夫在 Airpods 的宣傳影片中,說了這麼一句話:

我們相信,未來將是一個無線的世界。這,只是我們邁向真正無線未來的一小步。

AirPods 的存在,與取消 3.5mm 耳機接口是互為因果相互依存的關係,這僅僅是蘋果無線無開口計劃中的一小步而已。

Photo credit: Apple。

最後是 SIM 卡插槽,在正式幹掉這個煩人的東西之前,蘋果一直都在致力於減小 SIM 卡的體積,推廣 Nano-SIM 卡,以及虛擬 SIM 卡。

目前的技術早已能夠實現手機內不插卡使用行動網絡,比如華為的天際通國際漫遊功能,然而對於蘋果等手機廠商來說,取消 SIM 卡最大的障礙不是技術不成熟,而是電信商商體系。這可能就是為什麼 iPad 支持虛擬 SIM 卡技術,但仍然要在行動數據版本上留 SIM 卡槽的原因。因此,只要蘋果能夠搞定電信商,就能毫不費力處理掉主機板上這個最讓人討厭的位置。

越成熟的手機廠商,對產品的預見能力就越強,存在於蘋果秘密實驗室裡面的這款手機會不會面世,什麼時候面世,具體以什麼形態面世,都是疑問。但這確實是蘋果眼裡的夢想 iPhone,如無必要,拿掉所有不必要的部份,也是最接近形態極簡的 iPhone。

如果要問蘋果是什麼時候動了想要做這樣一款天衣無縫的產品,那麼答案可能是在初代 iPhone 面世之前就有了。後來蘋果和三星有官司糾紛的時候就曝光了他們 2007 年前的一款全身無任何開口和按鍵的工程機。也許,賈伯斯對產品的洞見之遠,和他的壽命之短的對比,實在讓人唏噓。

iPhone 8 全螢幕的秘密,以及,全面的秘密

以上的說的,並不是 iPhone 8。

下面要說的,才是 iPhone 8。

這就是 iPhone 8,或者 iPhone X,或者其他的名字,反正,這就是下一代 iPhone 的樣子。

 

▲紅線內為 5.768 英吋螢幕,上下左右邊框一致為 2.577mm,photo credit: iFanr。

需要解釋的是,關於 iPhone 8 的尺寸爆料,多集中在 4.7、5.0、5.5 和 5.8 這幾個尺寸,事實上,上一次愛範兒接到的爆料指向的是 5.0 英吋,後經猜測,可能是爆料人為了保護自己身份訊息製造的煙霧彈。

這裡的 5.5 英吋(140mm)和 5.8 英吋(147mm)很可能指的是同一個尺寸,因為為了全面螢幕的形態美感,蘋果對 OLED 螢幕進行了切割,使螢幕四角成為圓角。如果以圓角頂點計算對角線的的話,那麼尺寸就是 5.5 英吋,如果是以未經切割的正常矩形計算的話,那麼螢幕尺寸就是 5.8 英吋。

以上圖做說明,iPhone 8 的螢幕區域,玻璃覆蓋區域,以及金屬中框區域依次往外延伸,三條界線之間的距離保持連續且完全一致,包括 R 角彎曲處,2.5D 弧面的寬度也是一樣。

與 iPhone 7 的 Home 鍵類似,iPhone 8 的側邊按鍵也都是「虛有其表」,透過線性馬達提供震動回饋,而實質上並不能按下,不過蘋果依然將其做出凸起狀。並且右側的電源鍵也變得更長,上下提供了兩個金屬觸點,只是具體作用還未知。

關於 iPhone 8,目前傳得最多的,不外乎螢幕內指紋識別技術。在說這項黑科技之前,不妨再回到 2013 年,蘋果在 iPhone 5s 上開創性地使用了指紋識別技術,這並不是人類第一次在手機上使用指紋辨識ㄏ,但智慧手機的指紋時代,卻是由此開啓的,自此,智慧手機的設計,就離不開指紋了。

2012 年 7 月,蘋果收購了 AuthenTec,進而在 iPhone 5s 上實現了當時體驗領先的指紋辨識。

2014 年蘋果收購的另外一家科技公司 LuxVue,則為開創新的指紋辨識時代埋下伏筆。

▲TDDI 螢幕構造

這個伏筆的關鍵就是 TDDI(觸摸和顯示驅動一體化),以往螢幕的觸控和顯示驅動晶片是分開的,TDDI 就是讓兩種晶片合併,這種改進能讓螢幕更靈敏準確。

蘋果收購 LuxVue 獲得了稱作「整合含紅外二極管的交互式顯示面板」的專利,也就是一種 TDDI 技術。蘋果在此基礎上的 TDDI 技術包含的不僅僅是觸控和顯示驅動一體化,還有指紋識別一體化,這樣指紋識別就能和螢幕融合。

除了 TDDI 技術,LuxVue 已在 2015 年 11 月申請微型設備穩定技術專利,該專利技術含一特殊穩定層(stabilization layer),可穩固承載基板上的微型設備陣列,如微型化 LED 設備、微型晶片等。這背後,其實是 Micro LED 技術,剛好 LuxVue 擁有不少這方面的技術儲備。

▲蘋果在 2012 年就開始申請螢幕內指紋識別專利

根據蘋果採用新技術的秉性,新技術肯定會遠遠領先於舊技術,可以預期新的指紋識別會比現在 iPhone 7 的更快更準。這不是無端臆測,距離蘋果收購 LuxVue 已經三年,這三年的時間內,蘋果一直在研發螢幕內指紋技術,而 iPhone 5s 至今,蘋果的指紋識別形態一直沒怎麼變,其實就是蘋果在醖釀指紋識別的的再一次革命。即便是蘋果,這種技術變革也不是一朝一夕就能達成的,9 月 10 日發表會那個時候全球觀眾的一聲驚呼,背後是蘋果三年的努力。

當然,蘋果努力三年也足以讓現在人們認為不可能的技術,變為可能。
跟著 iOS 10 到來的抬手開螢幕功能某種程度上也為螢幕內指紋在做鋪陳:

手機螢幕亮了以後,螢幕底部會有指紋識別標示,手指放上去會有觸覺回饋,並馬上進入主頁面。

螢幕指紋解決了全面螢幕的最大問題,但是蘋果想要實現全面螢幕的話,還需要考慮前置鏡頭,光線感應器,聽筒等正面開口問題。當蘋果用三年時間讓螢幕內指紋由不可能變為可能之後,真正的難題出現了:如何讓手機頂部開口們「消失」?

說到頂部開口,就不得不提經常被拿來吐槽的這個反面典型:

Photo credit: Motorola

Moto X Style 正面頂部密密麻麻毫無美感的開口其實說明了一個問題,頂部感應器和鏡頭要想做得整合化、微型化、協同化、嵌入一體、隱藏不可見極為困難。畢竟 Moto 並不是一家美感泯滅的企業,Moto X Style 做成這樣,其實就是因為設計屈從了功能需要。

那麼再想一想,蘋果之所以卓越,正是能夠盡量讓設計不屈從於功能需要。這一次,iPhone 8 能夠實現全面螢幕,並體現設計和功能統一能力的地方,不在指紋,而在於 Moto 等絕大多數 Android 廠商沒能做好的地方。

因為,從視覺上,iPhone 8 看上去是下面這樣的:除了聽筒部分,正面沒有一個可見的開口。別擔心,蘋果不會閹割掉前置鏡頭,讓愛自拍的姑娘們失望。不僅不會閹割,這一次蘋果還會大幅加強前置鏡頭,並加入其他領先的新功能。

Photo credit: 設計師白小白渲染

根據上面的剪影定妝照以及相應的尺寸圖,我們可以渲染出假想圖,甚至做一個紙模出來。

這麼多張圖片都意圖說明:iPhone 8 正面除了聽筒開口之外,沒有其他任何的開孔了,看不到前置鏡頭,看不到光線感應器。但事實上,在聽筒左右另有玄機。

一體式不鏽鋼中框延伸出來的頂部結構組件內是高度整合的頂部嵌入式空間,蘋果在裡面喪心病狂地放下了 6 個開孔(或者更多)。這些開孔是為了放下嵌入式集合協同處理感應器和鏡頭,從左到右依次是:1,雙鏡頭模組整合 3D 面部測繪掃描儀;2,螢幕調光色彩補償儀;3,聽筒;4,紅外發射接收探測器;5,3D 雷射調光測距儀。

在聽筒左側,蘋果在前置也用上了 3D 雙鏡頭,這還不夠,在兩個鏡頭中間還有螢幕調光色彩補償儀。在聽筒右側是 3D 雷射調光測距儀以及紅外發射接收探測器。

2013 年的時候,蘋果就收購了以色列科技公司 PrimeSense,微軟著名的 Kinect 初代就是用了他們家的 3D 成像技術。如今四年過去了,3D 前置雙攝(3D 面部測繪掃描儀)也是時候派上用途了,跟螢幕內指紋技術類似,蘋果的新功能從來只是看起來是神來之筆,但實際上是伏筆許久。

Photo credit: PrimeSense

而在 2015 年,蘋果收購了另外一家鏡頭技術公司 LinX,這家公司不僅提供了畫質增強的技術,還有基於單張照片的部分 3D 建模和景深映射。到了今年年初,蘋果又收購了面部識別技術公司 RealFace,簡言之,這一切,都和臉有關,和 3D 有關。

除了 3D 雙鏡頭之外,3D 雷射調光測距儀的作用是分析周圍的光線環境,通過人臉陰影的變化測繪掃描距離,它能夠和 3D 雙鏡頭協同工作。
還在協同工作的還有紅外發射接收探測器,它的作用是感知活體,這些元器件協同工作的時候,哪怕沒有亮屏,iPhone 8 就已經知道你在看著它,並能在亮屏前完成 3D 掃描渲染。

也許你要問,那光線感應器去哪裡了?如果你還記得先於 iPhone 7 發佈的 iPad Pro 那個 True Tone 螢幕變色特性的話,就可能知道它背後的四通道環境光感知器。正是這個四通道環境光感知器能夠讓 iPad Pro 知道外界光線變化,並將螢幕調節到適合當時環境光下閱讀的顏色。很遺憾 iPhone 7 並沒有用上這個技術,不過它在 iPhone 8 上不會遲到。在聽筒開口的上方內部,其實還有個和聽筒形狀一致,但略微大一些的開口,這裡就整合了光線感應器,四通道環境光感知器和光線補償修正儀。

iPhone 8 的金屬中框在頂部有部分往下延伸,固定這幾個開口所承載的感應器鏡頭等,這部分的整合度有多高呢?這麼多元器件放在一起所佔到的面積,大概是目前 iPhone 7 聽筒以上部分的一半。要知道英特爾的 RealSense 雙鏡頭花了這麼多年才剛剛能做到手機後置。

為什麼蘋果能夠在如此小的空間整合這麼多東西,將現有技術往前推進一大步,做到整合化、微型化、協同化、嵌入一體、隱藏不可見,這可能又是蘋果領先業界 5 年另一種迷思了。

為了實現全螢幕的效果,除了正面的聽筒開口,其他的開孔都是內部存在,但是用戶實際上看不到的。上面所說的螢幕調光色彩補償儀,就是為了消除螢幕對鏡頭和感應器的影響,這是能夠實現全面的關鍵之一。所以,最後我們肉眼看到的效果會是下圖渲染圖的樣子,聽筒左右顯示的是電信商商和電量資訊。

作為正面面板唯一的開孔,聽筒部分自然是不能顯示圖像的,不過聽筒距離螢幕頂端其實還不到 1 毫米,而這個開口需要用極精細雷射工藝在 OLED 螢幕內切割出來。

蘋果 iPhone 內部精細的結構往往是牽一髮而動全身,在嵌入式集合協同處理感應器和前置雙鏡頭佔用了一定厚度和寬度的情況下,就和原先 iPhone 7 Plus 橫排的後置雙鏡頭方案起了衝突,所以蘋果就得把原來的鏡頭橫排變為竪排,避開機身右側的感應器。

閃光燈安放在兩個鏡頭中間則是因為這一次兩個鏡頭都有了光學防手震,需要給彼此多留些空間。讓人遺憾的是,這一次蘋果依然沒有把鏡頭抹平,凸起將成為蘋果後背新常態。當然,整合度高也是蘋果拿手本事,閃光燈和降噪麥克風也都整合在了藍寶石玻璃內。

需要指出的是,在 iPhone 8 的背部也只有雙鏡頭部分有開口,並沒有什麼其他的金屬觸點或智慧連接器。

為了支援全球最多的網路頻段,蘋果在不鏽鋼金屬中框上開了 8 個信號斷點,信號斷點切口也會延伸到玻璃面板上去。不過為了順利地用上無線充電,iPhone 8 最終採用了和 iPhone 4 類似的雙面玻璃設計,有所不同的是,iPhone 4 風格硬朗,而 iPhone 8 中框更為圓潤,和玻璃的銜接也更為平滑。

蘋果在充電方式上的保守被吐槽許久,不過隨著蘋果和無線充電新創公司 Energous 展開合作,人們就開始展望蘋果會在什麼時候用上無線充電。更確鑿的證據是,蘋果在與 Energous 達成合作之後,根據 LinkedIn 顯示的資訊,不少的蘋果員工,尤其是電池研發工程師進入到了 Energous 任職。Energous 旗下的 WattUp 技術之前被認為是唯一有望近期上市的遠距離無線充電技術,在去年的時候,他們的無線充電效率可以達到 70% 的水準。
目前還不清楚 iPhone 8 用的是遠距離還是短距離無線充電,至少蘋果兩種方案都在測試中。擺在蘋果面前的障礙可能不僅僅是技術研發的進程,據說現在 FCC 還沒發給蘋果遠距離無線充電的認證。

在 iPhone 8 長 137.54mm 寬 67.54mm 的空間中,蘋果沒有浪費哪怕一平方毫米的空間,也沒有任何存在的東西是多餘的。還記得蘋果介紹 AirPods 的那句話嗎:

感覺像放進了全世界。

如果說 AirPods 放進了全世界的話,那麼 iPhone 8 這一次的高整合度,可以說是放下了銀河系。

其實關於蘋果新產品的發展方向,以及設計理念,能在蘋果高管在不同場合的隻字片語中發現。一體化,無線化,無開口化這些理念就像蘋果產品的一條主線思路不斷傳承。

另一方面,蘋果還追求強烈的對稱感,完美的次序感。化繁為簡也深深地植根在蘋果的 DNA 裡面,從賈伯斯伊始,再到強納生艾夫。

很多人會說,如果上面都是真的,iPhone 8 技術激進得不像蘋果,不過想想初代 iPhone,想想 iPhone 4,哪一部手機不是當時最為激進,最不可思議的呢?賈伯斯不再,但賈伯斯在蘋果無處不在,今年即將啓用的蘋果新總部 Apple Park 的最高點,是以賈伯斯命名的 Steve Jobs Theater,也許蘋果將會在這裡把 iPhone 8 介紹給世人也說不定。

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