國產CIS，進入2億像素新時代_風聞
半导体行业观察-半导体行业观察官方账号-专注观察全球半导体最新资讯、技术前沿、发展趋势。2022-08-26 19:46
今年國產CIS廠商可謂是風光無限，前有後起之秀思特威科創板上市，後有領先玩家豪威科技推出超小型2億像素傳感器。8月15日，豪威科技宣佈推出像素大小僅為 0.56 µm的超小型2億像素圖像傳感器OVB0A ，專為高端智能手機的後置（廣角）主攝像頭而設計。
據介紹，OVB0A採用豪威科技PureCel Plus‑S 堆疊芯片技術，能夠在更小的 0.56 µm 像素尺寸中保持極高的分辨率，將 2 億像素封裝到 1/1.4 英寸的光學外形中。需要注意的是，這並不是豪威科技推出的第一款2億像素的CIS，早在今年年初CES 2022展會上，豪威科技就曾宣佈推出0.61μm像素尺寸的2億分辨率的圖像傳感器OVB0B。僅過了半年時間，豪威科技就再次實現像素尺寸的突破。
毫無疑問，接連兩款高像素圖像傳感器的推出，在某種程度上意味着國產CIS開始向2億像素時代邁進。
CIS，邁向2億像素
CIS芯片是如何一步步走到今天的2億像素？這個問題或許要從下游終端市場中去找答案，畢竟“有需求才有市場”，這是亙古不變的道理。手機作為最大的 CIS 終端市場，市場研究機構Counterpoint預測，2022年全球CIS市場銷售規模將達到219億美元，其中手機市場預計將在 2022 年貢獻整個市場總收入的 71.4%。
近些年，隨着手機成為人們日常生活中不可或缺的一部分，功能越來越多，人們對它的要求也越來越高，手機上的攝像頭也在人們所需的高畫質、高像素、適應不同場景、能夠自拍和視頻通話、能拍的更遠更廣等一系列要求下，逐漸從原先的一個手機配件，發展成為手機廠商們的必爭之地。
而CIS作為手機拍照系統的核心，決定了照片像素數的多少和圖像效果的好壞，高端CIS可以顯著提升照片質量，在消費者需求和終端廠商創新共振下，高端CIS迅速滲透。此外，對於CIS廠商來説，僅從產品效益來看，分辨率越高的CIS芯片，其價值也越高，
在市場和效益的雙重驅動下，CIS芯片分辨率的內卷就此展開。一般來説，CIS 的分辨率等於CIS的面積除以單個像素點的面積，也就是與面積成正比，與單個像素點面積成反比。因此，想要提升CIS分辨率，只有兩個方法，第一是提升CIS 尺寸，第二就是縮小每個像素的尺寸，這也是頂級旗艦機型攝像頭配置追求的兩大方向。隨着CIS尺寸的增大和每個像素尺寸的縮小，手機後置主攝的分辨率也在不斷變大，從開始的2M、5M、8M到 24M、32M、48M、64M，甚至到了如今的100M、200M。
那麼，高像素到底能給手機拍照帶來哪些優勢？資深產業分析師黃燁鋒曾在《小米1億像素拍照手機是噱頭嗎？高像素技術探秘》一文中指出，最直觀的就是高像素能夠加強照片的解析力，光照充足的環境下讓拍攝對象更清晰；同時，成像設備解析力加強最大的價值在於，照片放大或者截取其中一部分之後，畫面仍有較高的可用性；此外，同等尺寸的CIS，高像素和低像素相較，通過超採樣可以實現更高的信噪比和畫面更高的鋭度。
但由於手機內部空間有限，一味提升CIS 尺寸顯然不可取，研究機構TechInsights統計了近20年手機/小DC的圖像傳感器像素尺寸趨勢，可以發現像素正變得越來越小。這也是豪威科技不滿足於0.61μm像素尺寸的OVB0B，進而再次推出0.56 µm 像素尺寸的OVB0A的原因，雖然同樣是2億分辨率，但像素尺寸越小，意味着CIS尺寸也就越小，留給手機內部的空間也就越多。
不過與工藝節點越小，性能越好的數字芯片不同，圖像傳感器發展不遵從摩爾定律，很多情況下，越小的工藝節點帶來的性能表現卻是愈糟糕。原因在於，像素是用來感光的，它收集的光子越多，拍照效果才會越好。換句話説，像素越小，則其感光能力越差。
因此在CIS像素內卷的過程中甚至還出現過“高像素無用論”，不過在知乎“為什麼手機高像素被認為是無用的”的問題中，不少答題者指出高像素並非無用，他們表示，“底大一級壓死人，至少在同樣CMOS製造技術水平的前提下是絕對成立的。”況且從市場賣點來看，應該也沒有人可以拒絕“2億像素”所帶來的吸引力，所以CIS芯片向2億高像素邁進，可以説是必然的發展趨勢。
巨頭們的攻防戰
當前，在智能手機用CIS市場中，日本索尼和韓國三星兩家獨大。市調機構Strategy Analytics報告顯示，2021年全球智能手機圖像傳感器的市場營收為151億美元，索尼以45%的收入份額居首，三星則佔26%，位居其次。
其中，三星更是在高像素圖像傳感器領域一路狂奔在前。2019年，三星電子圖像傳感器直接從6400萬像素“大躍進”至1.08億像素，開創了業界首個1億像素圖像傳感器時代；2021年9月，三星電子則推出了全球首款2億像素移動圖像傳感器“ISO Cell HP1”，並在今年5月通過巨幅廣告來展示2億像素擁有前所未有的解析力。
而到了今年6月，三星電子再次公開了像素尺寸僅為0．56μm的2億像素圖像傳感器“ISO Cell HP3”。三星電子方面透露，與上一代0.64μm像素相比，ISO CELL HP3的像素尺寸縮小12%，在1/1.4英寸光學格式中包含2億像素，這意味着ISOCELL HP3可以減少20%攝像頭模組面積，使智能手機廠商可以確保其高端產品機身的輕薄，並計劃ISO Cell HP3於今年內量產。
但三星對於高像素的追求似乎遠遠不止於2億像素，早在 2020 年，三星就討論瞭如何生產600 MP相機傳感器是其目標之一。而在去年9月，網絡上又流傳出了一張三星機密幻燈片，據瞭解，該幻燈片是三星高級副總裁兼汽車傳感器負責人 Haechang Lee 在去年SEMI組織的系統峯會上展示的576 MP 傳感器計劃，描繪了三星從 2000 年到 2021 年的傳感器分辨率進展，從幻燈片也可以看出，三星預計在 2025 年實現人眼跳動的5億像素傳感器。
三星在高像素領域的激烈進攻給索尼也帶來了不小的壓力，但相比三星的風風火火，索尼在過億像素領域卻遲遲沒有動作，其產品主流參數仍都在5000萬像素，網絡上《索尼為什麼還不出1億像素CIS？華為該着急了！》、《索尼為什麼不出1億像素》等相關文章不斷。當然，索尼並不是沒有推出過1億像素CIS，早在2016年的時候，索尼就與飛思聯手推出了1億像素中畫幅相機XF100MP,其中1億像素CIS就是索尼生產的，但是這種單反或微單級別的CIS並不是手機這種小身板設備可以塞得下的，因而也不可同日而語。
不過在今年6月，“數碼閒聊站”博主爆料稱，索尼IMX8系一億像素傳感器已經在路上，定位是中款機搭載，IMX9系列還有超級大底。截止發稿前，這款一億像素傳感器仍只存在於爆料中，並未真實推出，但索尼的CIS新技術近兩年卻動態不斷。
去年12月，索尼半導體解決方案宣佈其已成功開發出全球首個雙層晶體管像素堆疊式 CIS 技術。新技術不僅使得獨立優化光電二極管和像素晶體管架構成為了可能，從而使飽和信號量相較傳統圖像傳感器增加約一倍，同時還能增加放大晶體管的尺寸，可以大幅降低在昏暗場景下的噪點問題。
此外，關於移動成像技術的發展方向，索尼預計在未來幾年內，靜止圖像的圖像質量將超過單反相機的圖像質量，2030 年靜態圖像的超級 HDR（高動態範圍）和變焦功能、電影的高質量視頻和 8K 的高速讀取，以及如何拍好照片等方面的功能將也進化。索尼半導體解決方案總裁兼首席執行官 Terushi Shimizu表示，移動影像繼續被定位為技術驅動力，是技術演進的主要預測領域，索尼將繼續進行中長期開發。
總而言之，雖然索尼還未出手1億像素的CIS，但是可以確信的是，三星強勁的攻勢必然對索尼產生影響，相信在不遠的未來，手機圖像傳感器市場上的競爭只會更加白熱化，
國產CIS廠商正在崛起
從當下國內廠商來看，除了豪威，思特威、格科微、比亞迪半導體等其他本土廠商也在CIS細分領域取得了不小的成就。
其中，安防CIS龍頭思特威，從2017年起連續四年穩居安防市場榜首，並在 2020 年實現 1.46 億顆出貨，位列全球第一。從2020年起，思特威開始進入消費類應用領域，2021年開始投入車載領域全系列產品研發，導入市場。
目前，思特威針對汽車應用領域已經發布並量產了6款車規級的高性能CIS產品，與主流車廠已有深入合作，並展開了新一代的車載CIS產品的全面規劃，覆蓋包括車載影像類應用、ADAS應用以及艙內DMS及 OMS應用等。
而在智能手機領域，思特威則在今年3月推出了其首顆50MP超高分辨率1.0μm像素尺寸圖像傳感器新品SC550XS。據介紹，SC550XS採用先進的22nm HKMG Stack工藝製程，搭載SmartClarity-2成像技術，以及SFCPixel與PixGain HDR專利技術，擁有出色的成像性能。此外通過AllPix ADAF技術加持可實現100%全像素對焦，並配備了MIPI C-PHY 3.0Gsps高速數據傳輸接口。產品在夜視全綵成像、高動態範圍以及低功耗性能上均可滿足旗艦級智能手機主攝的需求。
格科微於2021年8月上市，其CMOS芯片覆蓋8萬—1300萬像素，應用終端包括三星、小米、OPPO、vivo、傳音、諾基亞等主流品牌商的終端機型。根據格科微此前財報消息可知，其1600萬像素產品已通過手機品牌客户驗證，2022年下半年有望取得客户訂單；3200萬及以上像素CMOS圖像傳感器則已邁入工程樣片內部驗證階段。
而就在日前，格科微宣佈已於近期發佈全球首款單芯片3200萬像素CMOS圖像傳感器——GC32E1。據瞭解，相比於市場上同規格雙片堆疊式3200萬圖像傳感器，GC32E1面積僅增大約8%，消除了下層堆棧的邏輯芯片發熱帶來的像素熱噪聲，顯著提高了晶圓面積利用率，並可兼容1/3.1英寸的攝像頭模組尺寸，滿足5G手機緊湊的ID設計需求。目前GC32E1已在首批品牌客户送測，預計2022年底投入量產。
此外，比亞迪半導體CMOS圖像傳感器，從手機消費電子、安防監控類產品入手，向車規級拓展。目前，比亞迪半導體已成功研發和量產8萬像素、30萬像素、高清960P、1080P、200萬像素、500萬像素、安防監控、線陣系列 CIS 產品。據比亞迪半導體去年年底官方消息，其旗下 BF30A2 CMOS 傳感器自 2020 年 4 月推出以來銷售量已遙遙領先，廣泛覆蓋手機、智能穿戴、醫療設備等多元化領域，在穿戴市場份額達 85%。
寫在最後
豪威科技超小型圖像傳感器的推出意味着國產CIS 2億像素的第一槍已打響，相信在不遠的未來，本土CIS廠商也將陸陸續續向着2億像素靠近，而他們的崛起也將扛起我們“芯”未來。