今年國產(chǎn)CIS廠商可謂是風光無限,，前有后起之秀思特威科創(chuàng)板上市,，后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,，豪威科技宣布推出像素大小僅為 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后置（廣角）主攝像頭而設計,。
據(jù)介紹，OVB0A采用豪威科技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,，這并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,，豪威科技就曾宣布推出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(xiàn)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，在某種程度上意味著國產(chǎn)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(gòu)Counterpoint預測,，2022年全球CIS市場銷售規(guī)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,，隨著手機成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?，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(zhì),、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(fā)展成為手機廠商們的必爭之地,。
而CIS作為手機拍照系統(tǒng)的核心，決定了照片像素數(shù)的多少和圖像效果的好壞,，高端CIS可以顯著提升照片質(zhì)量,，在消費者需求和終端廠商創(chuàng)新共振下，高端CIS迅速滲透,。此外,，對于CIS廠商來說，僅從產(chǎn)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(qū)動下,，CIS芯片分辨率的內(nèi)卷就此展開,。一般來說，CIS 的分辨率等于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。隨著CIS尺寸的增大和每個像素尺寸的縮小,，手機后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。
那么,，高像素到底能給手機拍照帶來哪些優(yōu)勢,？資深產(chǎn)業(yè)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(huán)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于,，照片放大或者截取其中一部分之后，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,，通過超采樣可以實現(xiàn)更高的信噪比和畫面更高的銳度,。
但由于手機內(nèi)部空間有限，一味提升CIS 尺寸顯然不可取,，研究機構(gòu)TechInsights統(tǒng)計了近20年手機/小DC的圖像傳感器像素尺寸趨勢,，可以發(fā)現(xiàn)像素正變得越來越小。這也是豪威科技不滿足于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,，意味著CIS尺寸也就越小，留給手機內(nèi)部的空間也就越多,。
圖源：TechInsights
不過與工藝節(jié)點越小,，性能越好的數(shù)字芯片不同，圖像傳感器發(fā)展不遵從摩爾定律,，很多情況下,，越小的工藝節(jié)點帶來的性能表現(xiàn)卻是愈糟糕。原因在于,，像素是用來感光的,，它收集的光子越多，拍照效果才會越好。換句話說,，像素越小,，則其感光能力越差。
因此在CIS像素內(nèi)卷的過程中甚至還出現(xiàn)過“高像素無用論”,，不過在知乎“為什么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并非無用，他們表示,，“底大一級壓死人,，至少在同樣CMOS制造技術水平的前提下是絕對成立的?！睕r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,，可以說是必然的發(fā)展趨勢,。
巨頭們的攻防戰(zhàn)
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(diào)機構(gòu)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,，三星則占26%，位居其次,。
圖源：Strategy Analytics
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(chuàng)了業(yè)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”,，并在今年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，這意味著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(chǎn)品機身的輕薄,，并計劃ISO Cell HP3于今年內(nèi)量產(chǎn)。
但三星對于高像素的追求似乎遠遠不止于2億像素，早在 2020 年,，三星就討論了如何生產(chǎn)600 MP相機傳感器是其目標之一,。而在去年9月，網(wǎng)絡上又流傳出了一張三星機密幻燈片,，據(jù)了解,，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(tǒng)峰會上展示的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(xiàn)人眼跳動的5億像素傳感器。
圖源：notebookcheck
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(chǎn)品主流參數(shù)仍都在5000萬像素,，網(wǎng)絡上《索尼為什么還不出1億像素CIS,？華為該著急了！》,、《索尼為什么不出1億像素》等相關文章不斷,。當然，索尼并不是沒有推出過1億像素CIS,，早在2016年的時候,，索尼就與飛思聯(lián)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(chǎn)的，但是這種單反或微單級別的CIS并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(shù)碼閑聊站”博主爆料稱,，索尼IMX8系一億像素傳感器已經(jīng)在路上,，定位是中款機搭載，IMX9系列還有超級大底,。截止發(fā)稿前,，這款一億像素傳感器仍只存在于爆料中，并未真實推出,，但索尼的CIS新技術近兩年卻動態(tài)不斷,。
圖源：數(shù)碼閑聊站
去年12月，索尼半導體解決方案宣布其已成功開發(fā)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(yōu)化光電二極管和像素晶體管架構(gòu)成為了可能,，從而使飽和信號量相較傳統(tǒng)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。
圖源：索尼
此外，關于移動成像技術的發(fā)展方向,，索尼預計在未來幾年內(nèi),，靜止圖像的圖像質(zhì)量將超過單反相機的圖像質(zhì)量，2030 年靜態(tài)圖像的超級 HDR（高動態(tài)范圍）和變焦功能,、電影的高質(zhì)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(zhí)行官 Terushi Shimizu表示,，移動影像繼續(xù)被定位為技術驅(qū)動力,，是技術演進的主要預測領域，索尼將繼續(xù)進行中長期開發(fā),。
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(chǎn)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(chǎn)CIS廠商正在崛起
從當下國內(nèi)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(xù)四年穩(wěn)居安防市場榜首，并在 2020 年實現(xiàn) 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(chǎn)品研發(fā),，導入市場。
目前,，思特威針對汽車應用領域已經(jīng)發(fā)布并量產(chǎn)了6款車規(guī)級的高性能CIS產(chǎn)品,，與主流車廠已有深入合作，并展開了新一代的車載CIS產(chǎn)品的全面規(guī)劃,，覆蓋包括車載影像類應用,、ADAS應用以及艙內(nèi)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(jù)介紹,，SC550XS采用先進的22nm HKMG Stack工藝制程，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(xiàn)100%全像素對焦,，并配備了MIPI C-PHY 3.0Gsps高速數(shù)據(jù)傳輸接口,。產(chǎn)品在夜視全彩成像、高動態(tài)范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,。
格科微于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(jù)格科微此前財報消息可知,，其1600萬像素產(chǎn)品已通過手機品牌客戶驗證,，2022年下半年有望取得客戶訂單；3200萬及以上像素CMOS圖像傳感器則已邁入工程樣片內(nèi)部驗證階段,。
而就在日前,，格科微宣布已于近期發(fā)布全球首款單芯片3200萬像素CMOS圖像傳感器——GC32E1。據(jù)了解,，相比于市場上同規(guī)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(fā)熱帶來的像素熱噪聲,，顯著提高了晶圓面積利用率,，并可兼容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已在首批品牌客戶送測,，預計2022年底投入量產(chǎn)。
此外,，比亞迪半導體CMOS圖像傳感器,，從手機消費電子、安防監(jiān)控類產(chǎn)品入手,，向車規(guī)級拓展,。目前，比亞迪半導體已成功研發(fā)和量產(chǎn)8萬像素,、30萬像素,、高清960P,、1080P、200萬像素,、500萬像素、安防監(jiān)控,、線陣系列 CIS 產(chǎn)品,。據(jù)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(yī)療設備等多元化領域,，在穿戴市場份額達 85%,。
寫在最后
豪威科技超小型圖像傳感器的推出意味著國產(chǎn)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(xù)續(xù)向著2億像素靠近,，而他們的崛起也將扛起我們“芯”未來。
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