国产CIS，进入2亿像素新时代

Posted 2022-09-06 上下求索.

CIS，迈向2亿像素

        CIS芯片是如何一步步走到今天的2亿像素？这个问题或许要从下游终端市场中去找答案，毕竟“有需求才有市场”，这是亘古不变的道理。手机作为最大的 CIS 终端市场，市场研究机构Counterpoint预测，2022年全球CIS市场销售规模将达到219亿美元，其中手机市场预计将在 2022 年贡献整个市场总收入的 71.4%。

        近些年，随着手机成为人们日常生活中不可或缺的一部分，功能越来越多，人们对它的要求也越来越高，手机上的摄像头也在人们所需的高画质、高像素、适应不同场景、能够自拍和视频通话、能拍的更远更广等一系列要求下，逐渐从原先的一个手机配件，发展成为手机厂商们的必争之地。

        而CIS作为手机拍照系统的核心，决定了照片像素数的多少和图像效果的好坏，高端CIS可以显著提升照片质量，在消费者需求和终端厂商创新共振下，高端CIS迅速渗透。此外，对于CIS厂商来说，仅从产品效益来看，分辨率越高的CIS芯片，其价值也越高，

        在市场和效益的双重驱动下，CIS芯片分辨率的内卷就此展开。一般来说，CIS 的分辨率等于CIS的面积除以单个像素点的面积，也就是与面积成正比，与单个像素点面积成反比。因此，想要提升CIS分辨率，只有两个方法，第一是提升CIS 尺寸，第二就是缩小每个像素的尺寸，这也是顶级旗舰机型摄像头配置追求的两大方向。随着CIS尺寸的增大和每个像素尺寸的缩小，手机后置主摄的分辨率也在不断变大，从开始的2M、5M、8M到 24M、32M、48M、64M，甚至到了如今的100M、200M。

        那么，高像素到底能给手机拍照带来哪些优势？资深产业分析师黄烨锋曾在《小米1亿像素拍照手机是噱头吗？高像素技术探秘》一文中指出，最直观的就是高像素能够加强照片的解析力，光照充足的环境下让拍摄对象更清晰；同时，成像设备解析力加强最大的价值在于，照片放大或者截取其中一部分之后，画面仍有较高的可用性；此外，同等尺寸的CIS，高像素和低像素相较，通过超采样可以实现更高的信噪比和画面更高的锐度。

        但由于手机内部空间有限，一味提升CIS 尺寸显然不可取，研究机构TechInsights统计了近20年手机/小DC的图像传感器像素尺寸趋势，可以发现像素正变得越来越小。这也是豪威科技不满足于0.61μm像素尺寸的OVB0B，进而再次推出0.56 µm 像素尺寸的OVB0A的原因，虽然同样是2亿分辨率，但像素尺寸越小，意味着CIS尺寸也就越小，留给手机内部的空间也就越多。

图源：TechInsights

        不过与工艺节点越小，性能越好的数字芯片不同，图像传感器发展不遵从摩尔定律，很多情况下，越小的工艺节点带来的性能表现却是愈糟糕。原因在于，像素是用来感光的，它收集的光子越多，拍照效果才会越好。换句话说，像素越小，则其感光能力越差。

        因此在CIS像素内卷的过程中甚至还出现过“高像素无用论”，不过在知乎“为什么手机高像素被认为是无用的”的问题中，不少答题者指出高像素并非无用，他们表示，“底大一级压死人，至少在同样CMOS制造技术水平的前提下是绝对成立的。”况且从市场卖点来看，应该也没有人可以拒绝“2亿像素”所带来的吸引力，所以CIS芯片向2亿高像素迈进，可以说是必然的发展趋势。

巨头们的攻防战

        当前，在智能手机用CIS市场中，日本索尼和韩国三星两家独大。市调机构Strategy Analytics报告显示，2021年全球智能手机图像传感器的市场营收为151亿美元，索尼以45%的收入份额居首，三星则占26%，位居其次。

图源：Strategy Analytics

        其中，三星更是在高像素图像传感器领域一路狂奔在前。2019年，三星电子图像传感器直接从6400万像素“大跃进”至1.08亿像素，开创了业界首个1亿像素图像传感器时代；2021年9月，三星电子则推出了全球首款2亿像素移动图像传感器“ISO Cell HP1”，并在今年5月通过巨幅广告来展示2亿像素拥有前所未有的解析力。

        而到了今年6月，三星电子再次公开了像素尺寸仅为0．56μm的2亿像素图像传感器“ISO Cell HP3”。三星电子方面透露，与上一代0.64μm像素相比，ISO CELL HP3的像素尺寸缩小12%，在1/1.4英寸光学格式中包含2亿像素，这意味着ISOCELL HP3可以减少20%摄像头模组面积，使智能手机厂商可以确保其高端产品机身的轻薄，并计划ISO Cell HP3于今年内量产。

                但三星对于高像素的追求似乎远远不止于2亿像素，早在 2020 年，三星就讨论了如何生产600 MP相机传感器是其目标之一。而在去年9月，网络上又流传出了一张三星机密幻灯片，据了解，该幻灯片是三星高级副总裁兼汽车传感器负责人 Haechang Lee 在去年SEMI组织的系统峰会上展示的576 MP 传感器计划，描绘了三星从 2000 年到 2021 年的传感器分辨率进展，从幻灯片也可以看出，三星预计在 2025 年实现人眼跳动的5亿像素传感器。

图源：notebookcheck

        三星在高像素领域的激烈进攻给索尼也带来了不小的压力，但相比三星的风风火火，索尼在过亿像素领域却迟迟没有动作，其产品主流参数仍都在5000万像素，网络上《索尼为什么还不出1亿像素CIS？华为该着急了！》、《索尼为什么不出1亿像素》等相关文章不断。当然，索尼并不是没有推出过1亿像素CIS，早在2016年的时候，索尼就与飞思联手推出了1亿像素中画幅相机XF100MP,其中1亿像素CIS就是索尼生产的，但是这种单反或微单级别的CIS并不是手机这种小身板设备可以塞得下的，因而也不可同日而语。

        不过在今年6月，“数码闲聊站”博主爆料称，索尼IMX8系一亿像素传感器已经在路上，定位是中款机搭载，IMX9系列还有超级大底。截止发稿前，这款一亿像素传感器仍只存在于爆料中，并未真实推出，但索尼的CIS新技术近两年却动态不断。

图源：数码闲聊站

        去年12月，索尼半导体解决方案宣布其已成功开发出全球首个双层晶体管像素堆叠式 CIS 技术。新技术不仅使得独立优化光电二极管和像素晶体管架构成为了可能，从而使饱和信号量相较传统图像传感器增加约一倍，同时还能增加放大晶体管的尺寸，可以大幅降低在昏暗场景下的噪点问题。

图源：索尼

        此外，关于移动成像技术的发展方向，索尼预计在未来几年内，静止图像的图像质量将超过单反相机的图像质量，2030 年静态图像的超级 HDR（高动态范围）和变焦功能、电影的高质量视频和 8K 的高速读取，以及如何拍好照片等方面的功能将也进化。索尼半导体解决方案总裁兼首席执行官 Terushi Shimizu表示，移动影像继续被定位为技术驱动力，是技术演进的主要预测领域，索尼将继续进行中长期开发。

        总而言之，虽然索尼还未出手1亿像素的CIS，但是可以确信的是，三星强劲的攻势必然对索尼产生影响，相信在不远的未来，手机图像传感器市场上的竞争只会更加白热化，

国产CIS厂商正在崛起

        从当下国内厂商来看，除了豪威，思特威、格科微、比亚迪半导体等其他本土厂商也在CIS细分领域取得了不小的成就。

        其中，安防CIS龙头思特威，从2017年起连续四年稳居安防市场榜首，并在 2020 年实现 1.46 亿颗出货，位列全球第一。从2020年起，思特威开始进入消费类应用领域，2021年开始投入车载领域全系列产品研发，导入市场。

        目前，思特威针对汽车应用领域已经发布并量产了6款车规级的高性能CIS产品，与主流车厂已有深入合作，并展开了新一代的车载CIS产品的全面规划，覆盖包括车载影像类应用、ADAS应用以及舱内DMS及 OMS应用等。

        而在智能手机领域，思特威则在今年3月推出了其首颗50MP超高分辨率1.0μm像素尺寸图像传感器新品SC550XS。据介绍，SC550XS采用先进的22nm HKMG Stack工艺制程，搭载SmartClarity-2成像技术，以及SFCPixel与PixGain HDR专利技术，拥有出色的成像性能。此外通过AllPix ADAF技术加持可实现100%全像素对焦，并配备了MIPI C-PHY 3.0Gsps高速数据传输接口。产品在夜视全彩成像、高动态范围以及低功耗性能上均可满足旗舰级智能手机主摄的需求。

        格科微于2021年8月上市，其CMOS芯片覆盖8万—1300万像素，应用终端包括三星、小米、OPPO、vivo、传音、诺基亚等主流品牌商的终端机型。根据格科微此前财报消息可知，其1600万像素产品已通过手机品牌客户验证，2022年下半年有望取得客户订单；3200万及以上像素CMOS图像传感器则已迈入工程样片内部验证阶段。

        而就在日前，格科微宣布已于近期发布全球首款单芯片3200万像素CMOS图像传感器——GC32E1。据了解，相比于市场上同规格双片堆叠式3200万图像传感器，GC32E1面积仅增大约8%，消除了下层堆栈的逻辑芯片发热带来的像素热噪声，显著提高了晶圆面积利用率，并可兼容1/3.1英寸的摄像头模组尺寸，满足5G手机紧凑的ID设计需求。目前GC32E1已在首批品牌客户送测，预计2022年底投入量产。

        此外，比亚迪半导体CMOS图像传感器，从手机消费电子、安防监控类产品入手，向车规级拓展。目前，比亚迪半导体已成功研发和量产8万像素、30万像素、高清960P、1080P、200万像素、500万像素、安防监控、线阵系列 CIS 产品。据比亚迪半导体去年年底官方消息，其旗下 BF30A2 CMOS 传感器自 2020 年 4 月推出以来销售量已遥遥领先，广泛覆盖手机、智能穿戴、医疗设备等多元化领域，在穿戴市场份额达 85%。

写在最后

        豪威科技超小型图像传感器的推出意味着国产CIS 2亿像素的第一枪已打响，相信在不远的未来，本土CIS厂商也将陆陆续续向着2亿像素靠近，而他们的崛起也将扛起我们“芯”未来。