芯片卡的江湖故事

传感器技术 2020-07-11

在半导体领域,美国有没有一直处于劣势的门类呢?


这就是本文主角:年发售100亿张的芯片卡(Chip Card或IC卡)


什么是芯片卡呢?


各种银行卡、身份证、手机SIM卡、交通卡、门禁卡和NFC等等等等都是。


厂商们更喜欢把它叫智能卡(Smart Card),这个词应该是从智慧城市(Smart City)来的。智慧的意思可能是你不管在哪儿,总有人知道。


目前主流的芯片卡是CPU卡:这里面有CPU、内存(RAM)、"硬盘"(ROM)还有操作系统(Card OS或COS)...


一张小小的卡片就是一个完整的计算机。


一、



上图是芯片卡半导体五强:恩智浦、英飞凌、三星、意法和华大。华大主要由华虹代工。


为什么没看到美国厂商呢?


因为美国人数学不好。


哈,开个玩笑。我只是感觉有点巧合。


普通美国人不会理财,去年信用卡债务高达1万亿美元,有一半的人在愚蠢地使用各种分期延期高利贷。


美国人还死活不爱用芯片卡,超爱刷磁条。


那么,世界上哪里的人数学最好呢?


肯定是说法语或德语的:拉格朗日、拉普拉斯、伽罗华、庞加莱、高斯、莱布尼茨、希尔伯特、欧拉...


芯片卡的基础是数学,主要是密码学。


也许不是巧合,法国和德国在芯片卡领域一直遥遥领先,除了近些年被德语系的荷兰和奥地利逆袭。


二、


芯片卡除了半导体厂提供晶圆外,还有一些模组厂制造成品卡。这有点像内存条或手机的相机模组。


这样的模组厂非常非常多,他们同时提供COS软件和客户定制服务。其中遥遥领先的大厂是Gemalto(现法国泰勒斯旗下)和G+D(德国捷德)。


Gemalto的故事源远流长。


1968年两位德国发明家申请了塑料卡片塑封芯片的专利,1970年日本有村博士注册了IC卡的概念,但两者都没有产业化。


直到1974年,法国人 Roland Moreno申请了电子付款芯片卡的专利,这时人们才明白芯片卡应该是用来支付用的。


(Moreno的原型卡是焊在一枚戒指上的,这个插拔的体验确实天马行空)


接下来,一堆法国公司开始设计标准并推出产品。其中的先驱包括布尔公司、SGS Thomson和斯伦贝谢。


1979年布尔CP8公司的Michel Hugon开发出第一个带处理器的芯片卡。


80年代的芯片卡主要应用领域是电话卡还有一些银行卡,Gemplus开始就是SGS Thomson的几个员工出来创办的电话卡公司。


以油田服务闻名的斯伦贝谢和芯片卡的关系也是环环相扣。简单说,斯伦贝谢的卡分部收购了布尔后来独立成Axelto,然后再和Gemplus合并成为世界第一的模组公司:Gemalto,然后再被法国军工巨头泰勒斯收购。


三、


90年代开始芯片卡的主力变成了手机SIM卡。CPU卡的增长率开始超过Memory卡,这时拥有强大微处理器和单片机的半导体厂商意法半导体、英飞凌和摩托罗拉(后卖给Atmel)占据了主导地位。


我2000年代初进英飞凌的时候它的中文名字还叫“亿恒科技”,是Infinity的意译。


当时英飞凌的芯片卡如日中天,按出货数量高达全球的一半。不过,同事们都感受到一家强大对手的气场:飞利浦(后来的NXP)。


英飞凌在内存领域力抗Micron的时候,飞利浦则靠另一家发音一样的公司Mikron开始了逆袭。


奥地利公司Mikron的Mifare非接触芯片卡技术堪称独孤九剑,一出江湖便独步天下。飞利浦、西门子(英飞凌)和Atmel纷纷买了经典秘籍(Classic版)苦练。


眼光毒辣的飞利浦为了独占后面的秘籍,果断收购了Mikron。


2000年代,非接触式银行卡大幅度增加,各种交通卡、门禁卡等也如雨后春笋。2010年代,NFC更是大行其道。


飞利浦压中了金元宝,天上狂掉馅饼。


(非接触式卡的内藏天线)


索尼的Felica技术其实不相上下,很多人都用过香港八达通,但因为成本相对较高生态圈较小难以和飞利浦抗衡。飞利浦甚至授权Mifare给日立在索尼老家搅局。


在国内,飞利浦独揽很多银行的业务,不少英飞凌同事也跳槽去了飞利浦(NXP)。屋漏偏逢连夜雨,英飞凌还爆出几次安全漏洞,市场份额大跌。


四、


提到安全,我想提一下另一个产品:TPM。


如果说IC卡身份证是人的证明文件,那TPM就是机器(主要是电脑)的IC身份证。TPM的原理和芯片卡是非常类似的。


通过TPM,一个企业可以确保没有公司外的电脑可以登录本公司的域。TPM还可以加密整个硬盘,让你拆走硬盘也无法读出数据。


我当年做了国内第一个TPM的项目。但后来,TCG1.2标准因不符合密码条例被官方否决,只出了几K货就终止了。


(TCG组织囊括了世界IT业顶尖巨头,但TPM推行十几年仍旧不温不火。各国对安全的政策也是让人一言难尽)


英飞凌积极参与的二代身份证项目,同样因素竹篮打水。二代证通过CPU卡实现了防复制,但是没有注销功能成为一个很大的bug,失窃的身份证也被犯罪分子拿来利用。


安全总是双刃剑。


四、


芯片卡的技术仍在不断进步中。


除了不断引入更高等级的加解密技术和规范,容量也在增加。比如电子护照芯片里可以存高清照片和指纹等大量信息。新的5G SIM卡还有高达64G的,这么大容量的存储如何加密倒是个很困难的问题。


(图:泰勒斯)


芯片卡的存储逐步从EEPROM转到先进的Flash,在此过程中韩国三星电子成为另一个逆袭者。


毋庸置疑,三星的微处理器和Flash技术是第一流的,生产技术更是藐视群雄。因此三星成为新时代的大黑马。


最后再八卦一下吧。


不同模组厂的芯片图案经常是不一样的,有的图案能看出厂商。



总觉得这些设计越来越丑,直到苹果Apple Card横空出世:

不说钛金属的卡本身,连触点都能做成完美的圆角矩形,这就是无畏者的创新吧。


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