NFC在移動和卡應(yīng)用中有哪些優(yōu)勢和技術(shù)挑戰(zhàn)

支付領(lǐng)域正經(jīng)歷顛覆性的變革，非接觸支付出現(xiàn)在手機(jī)、卡類的應(yīng)用中，NFC、二維碼、雙界面卡、指紋識別……，它們需要哪些芯片及解決方案？近日，意法半導(dǎo)體（ST）安全微控制器事業(yè)部市場應(yīng)用總監(jiān)Jerome JUVIN向電子產(chǎn)品世界記者介紹了其市場和技術(shù)走向。

1   安全支付的演變

銀行卡和移動支付的演變本質(zhì)變上是卡外觀和用戶體驗(yàn)的變遷。

磁條卡在銀行業(yè)已經(jīng)使用很長時間了。不過，近20 年來，為了防范金融詐騙，銀行一直在推廣部署芯片卡。但進(jìn)展較為緩慢，因?yàn)樾枰笮突A(chǔ)設(shè)施。這為NFC/非接觸式支付技術(shù)的應(yīng)用鋪平了道路。

而且隨著智能手機(jī)的盛行，NFC也蔓延到手機(jī)等移動設(shè)備中。

ST安全微控制器事業(yè)部市場應(yīng)用總監(jiān)Jerome JUVIN

NFC非接觸式支付技術(shù)具有很強(qiáng)的開創(chuàng)性。①從技術(shù)角度，這是第1次整合RF（射頻）通信技術(shù)與安全芯片。②為用戶帶來了一種非接觸的支付體驗(yàn)。③銀行卡可以有新的外觀尺寸——因?yàn)槟K更小，更容易集成到尺寸更小的產(chǎn)品中，諸如智能手環(huán)、智能手表。④指紋識別在智能手機(jī)中的應(yīng)用非常廣泛，使銀行卡可以為用戶帶來更高的支付安全性和更好的支付體驗(yàn)。

如上圖，智能設(shè)備中的安全模塊可以帶來額外的應(yīng)用和技術(shù)，NFC的出現(xiàn)也是將NFC控制器和安全模塊集成到嵌入式 SIM（eSIM）等應(yīng)用中的絕佳機(jī)會。因?yàn)槿缃馿SIM 使用與NFC相同類型的安全模塊。

至于這兩年興起的UWB應(yīng)用，UWB是一種無線載波通信標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在比較熱門的是用于開發(fā)新型的數(shù)字車鑰匙應(yīng)用。UWB 是一種射頻技術(shù)，也有安全性要求，這是 NFC 安全模塊子系統(tǒng)集成這類技術(shù)的絕佳機(jī)會。

2   為何NFC移動支付會興起

1） 世界、亞太及中國市場

當(dāng)前，消費(fèi)者接受新技術(shù)和新支付方式的速度正在加快。移動支付帶來了智能手機(jī)和穿戴設(shè)備數(shù)量達(dá)到13億臺的龐大市場，其中大多數(shù)產(chǎn)品都將加持 NFC 技術(shù)。迄今，全球大約 55% 的智能手機(jī)有 NFC技術(shù)和安全模塊，90%的高端智能手機(jī)都配備NFC技術(shù)。

NFC技術(shù)在中端手機(jī)市場的份額越來越大，尤其是在中國。在中國以外的智能手機(jī)市場，NFC 技術(shù)的增長驅(qū)動力始于 ApplePay、SamsungPay 和 GooglePay等移動支付。在中國，像華為支付、OPPOPay和小米支付這樣的OEM支付應(yīng)用也非常成功，尤其是在公交應(yīng)用的推動下，現(xiàn)在超過 125個中國城市接受手機(jī)錢包刷卡乘坐公交。

亞太區(qū)約有6.5億部智能手機(jī)，占全球市場的50%，因此非常重要。其中，中國、日本和韓國是重要的區(qū)域市場，因?yàn)檫@是 NFC 和非接觸式技術(shù)部署最多的地方，而且擁有亞洲最大的智能手機(jī)制造商。

中國手機(jī)市場成熟度和滲透率已經(jīng)達(dá)到了一定的水平，因此，中國手機(jī)制造商們正在尋求在國外擴(kuò)大市場份額，關(guān)注國外移動支付的市場發(fā)展態(tài)勢。

在中國，公交卡是NFC應(yīng)用的重要增長點(diǎn)，幾乎可用于所有NFC智能手機(jī)中。公交卡是增長最快的智能手機(jī)應(yīng)用。

增長第二快的應(yīng)用是NFC支付。在國外，例如，歐洲和北美地區(qū)，NFC支付已經(jīng)通過ApplePay、SamsungPay和GooglePay得到廣泛應(yīng)用。此外，東南亞部分地區(qū)也開始使用支付。

公交卡和移動支付的迅速發(fā)展在很大程度上受到新冠疫情的影響，緊隨其后的是門禁，例如，中國市場的家用門禁。預(yù)計2022年，汽車門禁會廣泛采用NFC技術(shù)。

2）NFC與二維碼相比的優(yōu)勢

支付寶、微信支付和Paytm等掃描二維碼的點(diǎn)對點(diǎn)支付和即時支付是亞洲的一個特有現(xiàn)象，在移動支付領(lǐng)域人氣很高，中國有很多人刷二維碼乘坐公交。

與二維碼購票相比，NFC的優(yōu)勢主要有2個。①解決方案的互操作性更好，因?yàn)樗褂门c現(xiàn)有非接觸式卡相同的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，無需升級基礎(chǔ)設(shè)施，而二維碼需要升級基礎(chǔ)設(shè)施并安裝二維碼閱讀器，因而增加了成本。②刷卡時無需打開手機(jī)，且刷卡時間快。

3）ST的解決方案

ST主要提供智能設(shè)備中的NFC和安全模塊，是此市場上的兩大供應(yīng)商之一。ST的解決方案有三大支柱。

①ST54平臺。該平臺單芯片集成NFC控制器和安全模塊，安裝JavaCard 操作系統(tǒng)?，F(xiàn)已部署在大多數(shù)中國OEM產(chǎn)品上，例如中國手機(jī)廠商推出了集成 ST 技術(shù)的新型 NFC 手機(jī)。

②STPay-Mobile移動支付服務(wù)。用于提供支付、公交、門禁、數(shù)字車鑰匙等服務(wù)。手機(jī)制造商可以利用這些服務(wù)使手機(jī)錢包提供附加功能，例如，用戶可以在智能手機(jī)中模擬現(xiàn)有的非接觸式卡片。

③RF性能。是ST的一個重要價值主張，因?yàn)镾T的RF解決方案可以簡化互操作性，這對于公交和移動支付尤為重要，因?yàn)楝F(xiàn)有的非接觸式基礎(chǔ)設(shè)施往往陳舊且不合規(guī)，改造基礎(chǔ)設(shè)施非常困難。因此，當(dāng)設(shè)備制造商開發(fā) NFC 解決方案時，需要確保它可以支持各種碎片化的讀卡器，這是ST解決方案的重點(diǎn)和差異點(diǎn)之一。

4)與伙伴合作，共同開拓公交等應(yīng)用

為了開拓公交市場，ST還積極與伙伴合作，共同推出基于移動支付服務(wù)——STPay-Mobile的平臺。例如今年２月，在上海世界移動通信大會上，ST與中國公司雪球科技合作開發(fā)了一個基于云的平臺，提供了一個連接公交公司與手機(jī)廠商的手機(jī)公交卡平臺。

STPay-Mobile給手機(jī)制造商帶來的最大的好處是，ST54已經(jīng)過全面的功能驗(yàn)證。因此，一旦手機(jī)廠商開發(fā)出了新型手機(jī)并集成了ST54，就已經(jīng)通過預(yù)先驗(yàn)證，因而可以縮短開發(fā)、測試和系統(tǒng)集成的時間。雪球科技還提供虛擬公交卡生命周期管理，加快了新技術(shù)進(jìn)入智能手機(jī)的關(guān)鍵。

在推出手機(jī)公交解決方案后，ST正準(zhǔn)備推出STPay-Mobile支付解決方案，支付方式與ST和雪球科技合作開發(fā)的公交支付模式相同，即將銀行和OEM廠商連接到云平臺，首批連接的銀行卡是VISA 和萬事達(dá)卡。該解決方案的優(yōu)勢同樣是預(yù)先驗(yàn)證的（因?yàn)榧闪薙T54安全模塊），可以縮短開發(fā)時間和系統(tǒng)集成時間，縮短上市時間。

這將是幫助中國手機(jī)等制造商走出去的關(guān)鍵，因?yàn)槿缃窈Ｍ釴FC支付非常受歡迎，廣泛使用。

在推出手機(jī)公交和手機(jī)支付之后，ST還準(zhǔn)備支持其他應(yīng)用，例如門禁。在中國，智能門鎖同樣采用非接觸式通信技術(shù)，因此有很大的應(yīng)用機(jī)會。數(shù)字車鑰匙在中國也是一個越來越熱的話題，世界其他地方已經(jīng)推出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在中國出現(xiàn)了多個不同的專有的汽車藍(lán)牙數(shù)字鑰匙技術(shù)規(guī)范?，F(xiàn)在人們談?wù)摰氖歉鶕?jù)車聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的數(shù)字車鑰匙，為此，可以期待在 STPay-Mobile中增加數(shù)字車鑰匙，這是接下來將要推出的服務(wù)。

圖 移動支付的應(yīng)用領(lǐng)域

3   銀行卡支付

1)世界、亞太及中國市場

如今，銀行卡支付仍是一個巨大的市場，復(fù)合年增長率保持 1位數(shù)增長。據(jù)ST和市場調(diào)查機(jī)構(gòu)WSTS、ABI等預(yù)測，盡管在2020 年受到新冠肺炎疫情影響，市場規(guī)模略有下降，但卡發(fā)行量仍保持小幅增長，2020 年銀行卡發(fā)行量約34億張。預(yù)計市場會在疫情后復(fù)蘇，這主要得益于雙界面銀行卡的全球部署。此外，各大品牌廠商推出更多創(chuàng)新應(yīng)用，銀行卡出現(xiàn)很多新的外觀設(shè)計，諸如金屬、透明、環(huán)保、生態(tài)的卡等。值得注意的是，指紋識別技術(shù)開始在各地展開試點(diǎn)，特別是受疫情影響，試點(diǎn)過程在加速推進(jìn)。

亞洲是重要的銀行卡市場，市場規(guī)模14億張，約占全球市場規(guī)模的40%。所有亞洲國家和地區(qū)都宣布了推廣雙界面銀行卡，逐步淘汰接觸式卡片，并且滲透率已達(dá)一定水平。亞洲的特點(diǎn)是雖然仍在使用 VISA、MasterCard、AMEX、Discovery 和 JCB 等傳統(tǒng)支付交易規(guī)則，但大多數(shù)國家也有各自的支付技術(shù)規(guī)范，例如東南亞，由于國家眾多，市場碎片化嚴(yán)重。

中國傳統(tǒng)銀行卡市場非常獨(dú)特，有許多本地的卡芯片供應(yīng)商，市場競爭非常激烈。

不過，對于移動支付，競爭格局就完全不同了。因?yàn)橐苿又Ц恫皇侵袊赜械?，而且在全球市場上越來越受歡迎，中國手機(jī)廠商正在關(guān)注海外市場，所以對于ST這樣的外企，有很大的機(jī)會做NFC移動支付。

2） ST的優(yōu)勢

主要有兩點(diǎn)優(yōu)勢。

①擁有豐富的NFC控制器和安全模塊開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。從技術(shù)的角度來看，開發(fā)一個兼容各種基礎(chǔ)設(shè)施的NFC和RF前端的難度很大。很多公司嘗試過開發(fā)NFC芯片，但大都失敗了，因?yàn)樾枰芏嘟?jīng)驗(yàn)積累。ST具備這些經(jīng)驗(yàn)和能力。

②ST面向的是全球市場。針對中國和世界其他碎片化地區(qū)，ST基本上都用一個產(chǎn)品戰(zhàn)略，這是一個很大的優(yōu)勢。ST已在中國和世界其他地區(qū)的各種基礎(chǔ)設(shè)施上驗(yàn)證和測試了其解決方案。

在傳統(tǒng)雙界面銀行卡解決方案方面，ST產(chǎn)品基于三個支柱。①ST31硬件平臺，②JavaCard OS操作系統(tǒng)，③STPay-Topaz的各種支付小程序，以滿足不同國家的支付交易規(guī)則要求。

●   ST31硬件平臺。迄今，ST智能卡 IC出貨量超過 50 億顆，躋身世界三大智能卡IC供應(yīng)商之列。最新的產(chǎn)品采用 40 nm技術(shù)的ST31P雙界面安全芯片，已被大量客戶采用。

●   STPay-Bio?？春弥讣y識別支付市場，ST正在利用 STPay-Topaz，在解決方案中增加MCU來處理指紋識別（即從ST知名的STM32L4 MCU中選擇型號），并與指紋傳感器廠商合作。其中，STPay-Topaz-Bio是ST提供的指紋支付整體解決方案。

ST31N 是STPay-Topaz-Bio解決方案的一個硬件平臺。該解決方案正在開發(fā)中，面向指紋銀行卡市場。據(jù)ABI預(yù)測，到2025年，指紋銀行卡發(fā)行量將達(dá)3.5億張。歐洲已經(jīng)采取多個不同的推進(jìn)計劃，在試點(diǎn)和首次部署方面處于領(lǐng)先地位。亞洲緊隨其后，其中印度已開始試點(diǎn)。如果成功，并得到各國監(jiān)管機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)，可能會在今年底或明年初看到一些商用發(fā)布。在中國，幾家不同的銀行已經(jīng)對這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了評測。不過，在成本和客戶積極性方面仍然存在一些挑戰(zhàn)。目前，ST正在開發(fā)完整的解決方案，以支持今年的試點(diǎn)和明年的商用發(fā)布。

●   ST還與一些廠商在Inlay天線和模塊上展開合作。

4   芯片是在哪里制造和封裝的

ST安全微控制器事業(yè)部的硬件核心是芯片，這些芯片大部分都是在法國的ST Crolles工廠生產(chǎn)的，使用亞洲的代工廠作為第二產(chǎn)地。封裝測試有些是在中國大陸完成的，有些是在中國臺灣完成的。

值得一提的是，ST的芯片制造策略往往是在多個地方生產(chǎn)的。首先，ST有內(nèi)部晶圓廠，所以大多數(shù)時候，ST使用自有晶圓廠開發(fā)新技術(shù)和新產(chǎn)品。當(dāng)技術(shù)成熟，有規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益時，ST與代工廠合作。通常情況下，ST提供雙貨源，以確保供應(yīng)的彈性和產(chǎn)量的提升。這種策略同樣適用于測試封裝，有些封測是在內(nèi)部完成的，有些是外包給第三方封測廠。