挡唔住嘅CIS，小憩之后再发威

转载：本文来自微信公众号“半导体行业观察”（ID:icbank），作者：畅秋，转载经授权发布。

CMOS图像传感器（CIS）经历‌2019年嘅火爆之后，2020年嘅增长明显受到‌抑制，主要原因自然是疫情，但进入2020年后半段，以及2021开年以来，全球CIS市场快速升温，呈现出2019年嘅发展势头，甚至有过之。

本周，IC Insights发布统计和预测报告，数据显示，2021年，全球CIS营收将恢复强劲嘅高增长势头，涨幅达到19％，至228亿美元，呢将是自2010年以来全球销售额连续第十次创历史新高。

2020年第二季度，疫情肆虐全球，以CIS龙头索尼为代表嘅相关厂商业务出现下滑，呢主要是由全球智能手机出货量下降导致嘅。但下半年出现反转，到2020年底，索尼CIS嘅销售额微幅增长0.3％。自从2006年以来，2020年是索尼CIS增长最糟糕嘅一年。

随住全球经济嘅复苏，IC Insights认为，到2021年，CIS市场嘅复合年增长率（CAGR）将达到12.0％，到2025年，其市场规模将达到336亿美元，预计总出货量将以14.9％嘅复合年增长率增长。汽车将成为未来五年CIS增长最快嘅应用领域，到2025年，车用CIS嘅复合年增长率将达到33.8％，至51亿美元。

辉煌嘅2019

手机摄像头数量嘅增加，令到CIS喺2019年出现咗爆发式嘅增长，短时间内，产能难以跟上应用需求，令到CIS成为2019年最为炙手可热嘅芯片品类。同样哋，汽车和安防市场发展迅速，呢两个应用领域对于CIS嘅需求量也非常可观。

作为全球CIS嘅霸主，喺火爆嘅行情下，索尼自家嘅产能已经应接唔暇，于是，该公司决定将旗下高端CIS交由台积电代工，呢是索尼首度外放高端芯片订单。为咗这笔大单，台积电专门订购‌设备，并做好相关生产验证作业。

索尼放出嘅CIS订单，系喺台积电南科14a厂导入40nm制程生产，初期月产能2万片，并于2021年第1季度量产，后续好可能会扩大产能，索尼更高端嘅CIS芯片有望导入台积电嘅28nm制程。

除咗交由台积电代工之外，索尼也喺日本国内积极扩产，该公司计划喺3年内投资7000亿日元，用于扩建新厂房。

三星是全球第二大CIS厂商，2018年12月，该公司设备解决方案部门通过重组，喺系统LSI部门下建立‌一个“传感器业务团队”，负责LSI事业部内嘅CIS产品规划和销售，工艺研发由设备解决方案部门嘅代工部门完成。

呢几年，三星一直喺CIS技术上寻求突破，并于2018年6月推出‌ISOCELL Plus技术。喺推出新技术嘅同时，三星也喺提升CIS生产能力，2017年，三星就开始扩充12英寸CIS产能，并于2017年开始改造12英寸DRAM产线FAB 11，用于生产CIS，2018年底完成改造；同时对FAB 13进行改造，FAB 11和FAB 13嘅原有产能为每月7万片。

三星原本拥有1条CIS芯片专用产线，名称为S4-Line，当时，该公司产能约为4.5万片/月，随住FAB 11和FAB 13线转为CIS专用线，三星嘅产能将扩充到12万片/月。

转折

进入2020年以后，突如其来嘅疫情对全球半导体业造成好大冲击，CIS自然也唔例外。进入3月，情况愈加恶化，喺咁样嘅背景下，索尼发表声明，称关闭‌部分工厂和办公室，主要喺欧洲和美国。索尼还关闭‌其喺马来西亚（吉隆坡和槟城）嘅两座工厂，以及南威尔士嘅工厂。

对此，索尼公司表示：CIS嘅生产没有受到实质影响，包括对原材料采购嘅影响。但係，索尼该业务嘅主要客户是智能手机制造商，佢哋主要依靠中国嘅供应链，虽然当时销售逐渐恢复到‌正常水平，但智能手机市场嘅放缓依然影响‌该业务嘅营收。

喺全球疫情难以控制嘅情况下，即便是最为火爆嘅CIS市场，也出现咗难以预料嘅隐忧。而实际情况好似前文IC Insights统计嘅那样，2020年，全球CIS市场增长率大幅下降。

反弹伴随住分化

进入2021年以后，全球第二大CIS厂商三星将其CIS嘅价格提升‌40%，而第啲CIS供应商嘅价格也提升‌20%左右（这里主要涉及嘅是应用喺中低端手机嘅500万和800万像素CIS）。显然，CIS市场反弹明显。

同样哋，CIS市场也出现咗分化嘅情况，噉就系喺中高端市场。据日经新闻报道，2021年1-3月，用于智能手机嘅1300万像素CMOS图像传感器批发价格为每个1.55美元左右、较前一季度（2020年10-12月）下滑3%，连续第3季度呈现下滑态势。

喺全球范围内，中高端CIS市场主要掌握喺索尼手度，无论是其自家工厂生产嘅产品，仲要是交由台积电代工嘅，都系以中高端CIS为主。

据悉，喺2020年10-12月，索尼嘅CIS产量为11.7万片(以12吋硅晶圆换算)，高于原先预估嘅11万片，预估2021年1-3月嘅产量将增至12.7万片。该公司自家工厂产能全开。

2月初，索尼喺其法说会上表示，因为该公司大客户华为受到美国制裁，索尼喺2020年9月停止‌供货CIS畀华为，唔过之后已经喺2020年11月下旬重启部分产品嘅出货。但呢一制裁事件对索尼嘅中高端CIS出货产生‌较大影响，加上该公司喺过去一年多时间里扩充‌产能，此消彼长，喺2020年末到2021年初嘅这段时间里，全球中高端CIS出货开始出现供应量上涨，但市场需求量较之前出现萎缩嘅现象。噉就导致‌前文所说嘅中高端CIS连续第3季度呈现下滑嘅态势。

据悉，喺2020年第四季度，索尼嘅CIS销售额同比下滑‌13%，该公司将2021年度（2020年4月-2021年3月）嘅CIS销售额目标定为8700亿日元(上年度为9302亿日元)。可见，索尼嘅营收同比喺下降，之所以咁，除咗中高端产品销售下降之外，最大嘅竞争对手三星对其市场份额嘅蚕食愈加猛烈。

喺强劲发展势头和全球缺货嘅大背景下，三星一直喺扩产，进一步扩充CIS产能成为三星争夺呢一市场嘅最直接方法，按照计划，该公司将喺2021年将一座DRAM厂房转换成CIS产线，从而实现增产20%嘅目标。三星原计划2021年新增内存产能4万片晶圆/月，而家决定将产能投资减少到3万片晶圆/月，呢部分产能将转向CIS芯片。

技术革新

CIS产能上量嘅同时，各大厂商喺技术创新方面也同时俱进，特别是像索尼、三星和安森美咁样嘅头部厂商，必须依靠扩充产能和技术创新两条腿走路，先能喺市场竞争中立于唔败之地。

AI喺手机中嘅应用越来越多，大都系同AP（应用处理器）整合喺一齐嘅协处理器。而面对安防和工业应用，索尼将CIS和AI处理单元整合喺‌一齐，创新力十足。

索尼嘅这款芯片就是IMX500（未封装版本）和IMX501（采用LGA封装），佢们唔仅包括支持4K分辨率视频嘅1230万像素CMOS，仲要包括可以进行机器学习工作嘅专用AI处理器。

从芯片结构上来睇，IMX500嘅像素芯片堆叠喺逻辑芯片嘅顶部，而逻辑芯片唔仅执行常规嘅图像传感器操作，仲要具有用于图像信号处理嘅ISP和专用于AI信号处理嘅DSP，并且仲有专门供AI模型使用嘅内存。呢种配置消除咗对高性能处理器和外部存储器嘅需求。

To B应用嘅CIS设备多数都要同数据中心或云联网，而终端嘅数据量同日俱增，噉就带来‌一个问题，即数据和指令喺终端和云之间嘅频繁传输，会带来延迟和信息嘅安全性问题，而且随住应用嘅逐步落地和数据量嘅暴增，呢种问题愈加突出。而为咗应对呢一挑战，一啲传统网络处理器、网络存储和通信芯片提供商，会提供用于边缘侧计算嘅协处理器，咁样就可以缩短数据通信距离和延时，唔过，由于是分立嘅，呢啲问题并没有彻底解决。而索尼嘅方案喺摄像头内集成‌AI协处理功能，意图彻底解决同云嘅通信和延时问题。

该方案处理信息嘅过程是：像素芯片获取嘅信号通过传感器上嘅AI处理，传感器输出元数据（属于图像数据嘅语义信息）而唔是图像信息，从而减少‌数据量并解决‌隐私问题。

喺构造和工艺方面，索尼采用‌堆叠式CMOS图像传感器技术，并使用Cu-Cu连接和Prophesee嘅Metavision Event技术来实现小像素尺寸和出色嘅低光性能。

当堆叠背照式CMOS图像传感器（上部芯片）和逻辑电路（下部芯片）时，Cu-Cu连接技术通过连接嘅Cu（铜）焊盘提供电连续性。同硅通孔（TSV）布线相比，该方法通过喺像素区域周围穿透电极来实现连接，同TSV相比，该方法喺设计上具有更大嘅自由度，提高‌生产率，允许更紧凑嘅尺寸并提高‌性能。