CMOS：這是最好的時(shí)代還是最壞的時(shí)代？

近日，業(yè)內(nèi)傳出，圖像傳感器大廠(chǎng)豪威集團(tuán)發(fā)布內(nèi)部信，宣布進(jìn)行成本控制，目標(biāo)是2023年成本減少20%。降本的措施包括：停止所有招聘、全集團(tuán)所有地區(qū)春節(jié)期間都停工；停發(fā)季度獎(jiǎng)金和其他任何形式獎(jiǎng)金；嚴(yán)格控制支出；一些研發(fā)項(xiàng)目減少NRE支出。消息一出，引發(fā)業(yè)內(nèi)討論，國(guó)內(nèi)最大的CMOS企業(yè)開(kāi)始過(guò)“苦日子”了？

CMOS最壞的時(shí)代

在過(guò)去20年的時(shí)間中，CMOS圖像傳感器（CIS）一直保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

2019年時(shí)，因?yàn)槭謾C(jī)市場(chǎng)需求大規(guī)模爆發(fā)，在CIS市場(chǎng)，以2M/5M/VGA為主的低像素CIS嚴(yán)重缺貨，同時(shí)中高像素的產(chǎn)能也越發(fā)緊張。豪威科技曾一度調(diào)高高端消費(fèi)用CIS元件報(bào)價(jià)，幅度高達(dá)10至20%。

隨著新冠爆發(fā)的刺激，加上智能汽車(chē)和安防的需求增多，2021年的CIS市場(chǎng)更是得到了飛速發(fā)展，全球CIS總銷(xiāo)售額將增長(zhǎng)19%，達(dá)到228億美元，這將是自2010年以來(lái)全球銷(xiāo)售額連續(xù)第十次創(chuàng)歷史新高。

今年CMOS圖像傳感器市場(chǎng)情況似乎發(fā)生了變化。IC Insights預(yù)測(cè)，2022年CIS市場(chǎng)將出現(xiàn)13年來(lái)的首次下降11%至61億顆，同時(shí)銷(xiāo)售額也將下降7%至186億美元。

CIS的下滑已經(jīng)反映在CIS的廠(chǎng)商身上。CMOS圖像傳感器市場(chǎng)的龍頭老大索尼在2021年占全球CMOS圖像傳感器銷(xiāo)售額的43%左右，這家公司公布的報(bào)告顯示，截至2022年6月，其圖像傳感器的美元銷(xiāo)量收入環(huán)比下降12.4%。

國(guó)內(nèi)CIS廠(chǎng)商也不好過(guò)，上文提到的豪威集團(tuán)除了近日發(fā)布內(nèi)部郵件外，在今年第三季的業(yè)績(jī)發(fā)布會(huì)上就已經(jīng)表示，公司出于謹(jǐn)慎角度考慮，并基于當(dāng)前可獲取信息進(jìn)行了評(píng)估，公司對(duì)6400萬(wàn)像素圖像傳感器產(chǎn)品以及部分庫(kù)齡較長(zhǎng)的產(chǎn)品等存在減值跡象的資產(chǎn)計(jì)提存貨跌價(jià)準(zhǔn)備。

頭頂國(guó)產(chǎn)CMOS之光的格科微今年一改去年的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，進(jìn)入業(yè)績(jī)下滑通道。格科微前三季度實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)總收入45.71億元，同比下降13%；實(shí)現(xiàn)歸母凈利潤(rùn)5.55億元，同比下降40.5%。

主營(yíng)業(yè)務(wù)為CMOS圖像傳感器的思特威同樣表示，今年前三季度，公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入16.54億元，同比減少19.00%；歸屬于上市公司股東的凈利潤(rùn)為-4165.90萬(wàn)元，同比減少113.00%。

CMOS市場(chǎng)的變化，似乎打了許多廠(chǎng)家一個(gè)措手不及。部分業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，從市場(chǎng)需求來(lái)看，一直到2023年上半年需求都可能無(wú)法回升，最好的情況是在明年下半年恢復(fù)。

CMOS最好的時(shí)代

盡管CMOS圖像傳感器市場(chǎng)有所縮減，但今年CMOS廠(chǎng)商們?cè)诩夹g(shù)上的比拼十分激烈。

當(dāng)年TechInsights最早做出手機(jī)CIS像素尺寸在變小的趨勢(shì)論斷，還是讓很多技術(shù)愛(ài)好者震驚的。因?yàn)镃IS并不像數(shù)字電路的摩爾定律那樣，會(huì)受惠于更小的像素結(jié)構(gòu)；小像素也的確不利于感光。

但事實(shí)就是，這么多年來(lái)手機(jī)CIS（甚至包括微單/單反的全畫(huà)幅CIS）的像素就是在不斷變小，不管這是技術(shù)使然還是市場(chǎng)使然。畢竟此前這些年，從上至下都有著更高像素的市場(chǎng)需求，那么像素當(dāng)然要做小。

隨著手機(jī)像素卷到1億后，今年不少CIS廠(chǎng)商都推出了達(dá)2億像素的圖像傳感器。今年6月，三星推出了2億像素（200MP）的ISOCELL HP3圖像傳感器，它擁有三星最小的0.56微米（μm）像素。與上一代的三星0.64微米（μm）像素相比，ISOCELL HP3的像素尺寸縮小12%，在1/1.4英寸光學(xué)格式中包含2億像素。光學(xué)格式指的是相機(jī)鏡頭感光區(qū)域直徑。這意味著ISOCELL HP3可以減少20%攝像頭模組面積，使智能手機(jī)廠(chǎng)商可以確保其高端產(chǎn)品機(jī)身的輕薄。

在2億像素方面，國(guó)產(chǎn)廠(chǎng)商豪威科技追平三星。在今年8月，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(zhuān)為高端智能手機(jī)的后置（廣角）主攝像頭而設(shè)計(jì)。據(jù)介紹，OVB0A采用豪威科技PureCel Plus?S 堆疊芯片技術(shù)，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(xué)外形中。

值得注意的是，今年1月份豪威剛發(fā)布了全球最小的0．61μm像素尺寸的2億分辨率的圖像傳感器OVB0B。半年時(shí)間再次推新，可見(jiàn)國(guó)內(nèi)CMOS廠(chǎng)商實(shí)力不斷進(jìn)步。

盡管三星、豪威兩大企業(yè)都紛紛公布自己達(dá)到2億像素的產(chǎn)品，但卻未見(jiàn)索尼這位CIS界頂流的身影。從市場(chǎng)份額來(lái)看，2022年索尼占據(jù)全球39%的份額、三星占據(jù)24%、豪威占據(jù)12.9%的份額，索尼仍占據(jù)全球的領(lǐng)先地位。作為全球最大的CMOS圖像傳感器供應(yīng)商的索尼，其產(chǎn)品的主流參數(shù)仍在5000萬(wàn)像素。

索尼似乎并不著急。實(shí)際上，在早在2016年年初，索尼就已經(jīng)與飛思聯(lián)手推出了1億像素中畫(huà)幅相機(jī)XF100MP，其中1億像素CIS就是索尼生產(chǎn)的。并且在2021年年底，索尼宣布已成功開(kāi)發(fā)出全球首創(chuàng)的雙層晶體管像素堆疊式CMOS圖像傳感器技術(shù)。

傳統(tǒng)的堆疊式圖像傳感器（左）；采用新開(kāi)發(fā)的雙層晶體管像素技術(shù)的堆疊式CMOS圖像傳感器（右）

相比之下，在傳統(tǒng)的堆疊式CMOS圖像傳感器中，光電二極管和像素晶體管并排位于同一基片上。新的堆疊技術(shù)支持采用可以獨(dú)立優(yōu)化光電二極管和像素晶體管層的架構(gòu)，從而使飽和信號(hào)量相比于傳統(tǒng)圖像傳感器增加約一倍，進(jìn)而擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍。

這項(xiàng)新技術(shù)使動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大并降低了噪點(diǎn)，將避免在有明暗差（例如背光設(shè)置）的場(chǎng)景下曝光不足和過(guò)度曝光的問(wèn)題，即使在光線(xiàn)不充足（例如室內(nèi)、夜間）的場(chǎng)景下也能拍攝高質(zhì)量低噪點(diǎn)的圖像。索尼將通過(guò)雙層晶體管像素技術(shù)致力于實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的成像，例如智能手機(jī)拍攝等。實(shí)際上，CIS除了像素堆砌外，仍有不少值得挖掘的技術(shù)創(chuàng)新，可對(duì)最終成像做出更多的優(yōu)化。

索尼半導(dǎo)體CEO清水照士接受專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)表示，即使智能手機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)見(jiàn)頂，每年的銷(xiāo)量也有12億-13億部，以平均3-4個(gè)CIS來(lái)算，智能手機(jī)CIS每年有50億顆左右的市場(chǎng)。其還透露，索尼位于長(zhǎng)崎的工廠(chǎng)目前正在進(jìn)行第二次擴(kuò)建，以滿(mǎn)足高端智能手機(jī)對(duì)CIS的需求。

今年國(guó)內(nèi)CIS廠(chǎng)商也頻頻傳來(lái)好消息。

除了豪威集團(tuán)推出的2億像素外，以量取勝的格科微也沒(méi)有閑著。在最近的業(yè)績(jī)發(fā)布會(huì)上，格科微首席運(yùn)營(yíng)官李文強(qiáng)表示：“CMOS 圖像傳感器，我們需要承認(rèn)海外是有一定程度上的領(lǐng)先，我們更需要建設(shè)好臨港工廠(chǎng)，加快研發(fā)速度。事實(shí)上，我們采用了新的機(jī)器設(shè)備、在自有工廠(chǎng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，研發(fā)效率有了倍速提升。”

從CMOS圖像傳感器的進(jìn)度來(lái)看，目前格科微已經(jīng)完成了 3200 萬(wàn)像素的技術(shù)研發(fā)，后續(xù)將向 5000 萬(wàn)像素乃至 1 億像素拓展。格科微表示，希望通過(guò)差異化技術(shù)，給出不同的解決方案，快速進(jìn)入安卓市場(chǎng)高端芯片的陣營(yíng)。

思特威是安防監(jiān)控CIS領(lǐng)域的主要玩家，近年來(lái)也開(kāi)始往多領(lǐng)域進(jìn)攻。今年12月，思特威還推出了首顆LA（Linear）線(xiàn)陣系列4K分辨率高速工業(yè)CMOS圖像傳感器——SC430LA。據(jù)了解，該款新品擁有4K分辨率，采用BSI工藝，在500nm波段下有高達(dá)77%的量子效率(QE)，相較業(yè)內(nèi)同規(guī)格工業(yè)產(chǎn)品提升10%，在工業(yè)低照環(huán)境下提供更多真實(shí)有效的影像信息，實(shí)現(xiàn)4K分辨率。

結(jié)語(yǔ)

CMOS圖像傳感器的更新?lián)Q代和新應(yīng)用場(chǎng)景層出不窮，廠(chǎng)商必須保持持續(xù)的研發(fā)創(chuàng)新，根據(jù)最新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和市場(chǎng)需求持續(xù)進(jìn)行產(chǎn)品迭代；此外，廠(chǎng)商也必須對(duì)主流技術(shù)迭代趨勢(shì)和場(chǎng)景應(yīng)用的市場(chǎng)空間保持較高的敏感度，才能及時(shí)把握技術(shù)發(fā)展的大方向。無(wú)論是國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商還是國(guó)外廠(chǎng)商，技術(shù)迭代與全面布局是都是需要考慮的問(wèn)題。

這是CMOS最壞的時(shí)代，CMOS迎來(lái)了下降，CMOS相關(guān)廠(chǎng)商日子都不好過(guò)；這也是CMOS最好的時(shí)代，廠(chǎng)商仍舊在用自己最高的技術(shù)水平，持續(xù)推動(dòng)著CMOS的發(fā)展和迭代。