1997
| 圖像傳感器的制勝關(guān)鍵
在今年的CES上，拉斯維加斯斥資23億美元建造的新地標(biāo)Sphere，受到了廣泛關(guān)注。Sphere在劇場(chǎng)內(nèi)安裝了一個(gè)世界最大的高分辨率LED屏幕，以球幕形式包圍觀眾席頂部與四周，以提供沉浸式視覺環(huán)境。
打造沉浸式視覺環(huán)境已成為下一代娛樂設(shè)施的主流趨勢(shì)。屏幕顯示技術(shù)以及各類傳感器的進(jìn)步為沉浸式視覺提供了良好的基礎(chǔ)。最新報(bào)道顯示，意法半導(dǎo)體（以下縮寫為ST）成功打造了世界上最大的圖像傳感器，為Sphere的落地提供了助力。隨著ST公布該傳感器的新細(xì)節(jié)，有關(guān)CMOS圖像傳感器（CIS：CMOS image senor）的競(jìng)爭(zhēng)也逐漸顯露。
大尺寸CIS的競(jìng)爭(zhēng)：汽車、高端手機(jī)市場(chǎng)的爭(zhēng)奪戰(zhàn)
智能手機(jī)帶給了CIS十年的黃金增長(zhǎng)期。智能手機(jī)是CIS最大的應(yīng)用領(lǐng)域（約占七成市場(chǎng)）。由于過去兩年手機(jī)市場(chǎng)低迷，導(dǎo)致該種類的CIS市場(chǎng)不景氣，直到去年年底手機(jī)CIS庫(kù)存結(jié)構(gòu)才有所好轉(zhuǎn)。雖然近期市場(chǎng)關(guān)于CIS價(jià)格上漲的消息不斷，但手機(jī)CIS市場(chǎng)已經(jīng)趨于成熟，頭部企業(yè)優(yōu)勢(shì)明顯，目前的市場(chǎng)格局很難被打破。
汽車領(lǐng)域是目前CIS廠商的必爭(zhēng)之地。目前，索尼、三星等手機(jī)CIS龍頭企業(yè)正在向車規(guī)級(jí)CIS發(fā)展，安森美等傳統(tǒng)汽車傳感器龍頭也緊盯這塊市場(chǎng)。卷技術(shù)、卷價(jià)格，已然成勢(shì)。因此，對(duì)于其他CIS廠商來說，尋找一個(gè)合適的應(yīng)用市場(chǎng)突破，是他們爭(zhēng)奪到更多市場(chǎng)份額的“捷徑”。
打造沉浸式娛樂平臺(tái)是一個(gè)契機(jī)，大尺寸CIS在其中充當(dāng)了重要的角色。CMOS底面積越大，進(jìn)光量越高、噪點(diǎn)越少、成像質(zhì)量越好。大尺寸、下一代沉浸式顯示器對(duì)視頻捕捉提出了具有挑戰(zhàn)性的要求。顯示器的尺寸和分辨率的組合需要詳細(xì)的圖像分辨率，同時(shí)也會(huì)暴露圖像中的缺陷。這需要傳感器在能夠創(chuàng)建非常高分辨率圖像的同時(shí)，保持圖像具有高質(zhì)量、低噪聲以及高動(dòng)態(tài)范圍。為解決這些挑戰(zhàn)，在與Sphere的合作中，ST在傳感器級(jí)別進(jìn)行圖像縫合，利用“拼接”技術(shù)創(chuàng)建了一個(gè)巨大的2D縫合316兆像素CMOS圖像傳感器，用以捕獲18Kx18K視頻。
顯然，ST宣布為Sphere打造出世界上最大的圖像傳感器，是向更多終端廠商展示ST在CIS領(lǐng)域，尤其是在大尺寸CIS領(lǐng)域的實(shí)力。
大尺寸CIS的應(yīng)用不僅限于打造類似于Sphere這樣的巨型屏幕，高端手機(jī)市場(chǎng)、VR/AR等消費(fèi)電子市場(chǎng)也存在對(duì)大尺寸CIS市場(chǎng)的需求。廠商在特定市場(chǎng)展示出來的實(shí)力，最終會(huì)傳導(dǎo)至通用市場(chǎng)，之后逐漸延伸進(jìn)入到各個(gè)行業(yè)中使用。目前大尺寸CIS市場(chǎng)格局還未成熟，圍繞該領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)將成為未來相關(guān)廠商的重點(diǎn)。
成熟工藝的新生命：在新興應(yīng)用中的價(jià)值
ST這枚全球最大的圖像處理器采用65nm工藝制造，是成熟工藝賦能新興市場(chǎng)應(yīng)用的又一佐證。
CIS通常采用成熟工藝。一方面是因?yàn)槌墒旃に嚱?jīng)過了長(zhǎng)時(shí)間的驗(yàn)證和改進(jìn)，更加可靠，有助于確保圖像傳感器的穩(wěn)定性和一致性。另一方面，通用圖像傳感器產(chǎn)品通常需要較高的產(chǎn)能，尤其是在應(yīng)對(duì)消費(fèi)電子市場(chǎng)的大規(guī)模需求時(shí)，成熟制程的高產(chǎn)能有助于滿足這些需求。目前，全球頭部CIS企業(yè)的主流產(chǎn)品均是成熟工藝制程。
成熟工藝在賦能新興應(yīng)用方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。對(duì)于汽車、醫(yī)療設(shè)備等需要長(zhǎng)期運(yùn)行和高一致性的應(yīng)用領(lǐng)域，成熟工藝一直是主力擔(dān)當(dāng)。通過長(zhǎng)期驗(yàn)證和優(yōu)化，成熟工藝提供了一系列優(yōu)勢(shì)，包括成本效益、高產(chǎn)能、快速上市、產(chǎn)品穩(wěn)定性和市場(chǎng)認(rèn)可度。這使得新興應(yīng)用能夠在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中更好地滿足用戶需求、提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)降低制造成本。制造商在選擇工藝時(shí)，成熟工藝的這些優(yōu)勢(shì)使其成為一種可行的、值得考慮的制造選擇，特別是在注重規(guī)?；⒊杀究刂坪褪袌?chǎng)迅速響應(yīng)的新興應(yīng)用領(lǐng)域。
同時(shí)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，采用成熟工藝的芯片也可以通過堆疊等方式來提升產(chǎn)品性能，以實(shí)現(xiàn)比擬先進(jìn)工藝的性能的例子越來越多。在成本更低的優(yōu)勢(shì)下，這使得成熟工藝的應(yīng)用場(chǎng)景更加廣泛。
成熟工藝的競(jìng)賽：全球廠商競(jìng)爭(zhēng)激烈
圖像傳感器廠商在設(shè)計(jì)芯片架構(gòu)時(shí)不但需要充分考慮芯片整體性能以確保各個(gè)指標(biāo)平衡，而且需要將研發(fā)與下游代工廠的工藝特點(diǎn)結(jié)合。很多頭部圖像傳感器廠商也將芯片制造能力視為是該類芯片競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵要素之一。
打造圖像傳感器的成熟制造能力成為了業(yè)界的新焦點(diǎn)。從市場(chǎng)格局看，幾乎所有的IDM企業(yè)的產(chǎn)線均是成熟工藝。將成熟工藝運(yùn)用到爐火純青，是芯片制造企業(yè)實(shí)力的重要體現(xiàn)。尤其是在先進(jìn)工藝被少數(shù)幾家晶圓代工廠所壟斷、美國(guó)對(duì)芯片制造進(jìn)行一輪又一輪審查的情況下，全球市場(chǎng)強(qiáng)化了對(duì)成熟工藝制造能力的關(guān)注。
在各國(guó)鼓勵(lì)將芯片制造能力留在本地之時(shí)，成熟工藝的擴(kuò)建比賽開始了。龍頭晶圓代工廠在全球布局，IDM緊隨其后。ST作為歐洲半導(dǎo)體龍頭在這場(chǎng)競(jìng)賽中同樣大動(dòng)作頻出。在擴(kuò)大現(xiàn)有的法國(guó)克羅爾12英寸晶圓廠產(chǎn)能基礎(chǔ)上，2022年7月，ST聯(lián)合格芯宣布將在該工廠附近建立一個(gè)新的12英寸晶圓聯(lián)營(yíng)廠。同時(shí)，ST在意大利阿格拉特12英寸晶圓廠的投資力度仍在繼續(xù)加大。按照他們的計(jì)劃，在2022年至2025年間，公司會(huì)將12英寸晶圓的內(nèi)部制造產(chǎn)能擴(kuò)大一倍。
差異化是成熟工藝競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵點(diǎn)。在新興領(lǐng)域和終端應(yīng)用日益多樣的情況下，市場(chǎng)對(duì)差異化工藝的需求愈發(fā)旺盛，這都推動(dòng)了成熟制程工藝成為近期半導(dǎo)體市場(chǎng)的焦點(diǎn)之一，引來了行業(yè)領(lǐng)先的晶圓廠商紛紛發(fā)力布局。
CIS領(lǐng)域是成熟工藝打造差異化競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)域。目前，ST專用的CMOS成像生產(chǎn)設(shè)施正在逐步提升新產(chǎn)品的產(chǎn)能，這些產(chǎn)品具備最先進(jìn)的后端照明(BSI)技術(shù)，以及深溝槽隔離(DTI)等創(chuàng)新設(shè)計(jì)特性，解決了像素串?dāng)_等重要的技術(shù)難題。其常規(guī)的多項(xiàng)目晶圓 (MPW) 服務(wù)也有助于降低開發(fā)成本，并可將昂貴的專用掩膜組所涉及的風(fēng)險(xiǎn)降至最低。使得ST在CIS的競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。這些技術(shù)的積累，為ST能夠打造大尺寸、高分辨率的CIS打下了良好基礎(chǔ)。
ST方面也曾表示：“要打造達(dá)到Sphere采用的CIS這種尺寸、分辨率和速度的定制化傳感器，同時(shí)還要滿足低噪聲、高動(dòng)態(tài)范圍和極其苛刻的良率要求，ST法國(guó)克羅爾12英寸晶圓廠下線的第一批晶圓成功地應(yīng)對(duì)了這一挑戰(zhàn)”。不難看出，克羅爾工廠的芯片制造實(shí)力以及公司在CIS領(lǐng)域方面的Know-how積累成為了ST在成熟工藝打造差異化核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
芯片制造的未來：成熟工藝的潛力
下游應(yīng)用市場(chǎng)需求日趨多樣，在特定應(yīng)用市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)最終都會(huì)傳導(dǎo)至芯片制造端，促使差異化工藝需求不斷增加。而作為實(shí)現(xiàn)差異化的最佳選擇，成熟工藝市場(chǎng)潛力巨大，是目前全球建廠擴(kuò)產(chǎn)的主要目標(biāo)。在新興應(yīng)用不斷涌現(xiàn)的今天，利用好成熟工藝的資源將會(huì)是贏得未來市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。
成熟工藝發(fā)展依賴于全球半導(dǎo)體分工合作，無論是國(guó)際廠商還是國(guó)內(nèi)廠商都離不開全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈以及終端應(yīng)用市場(chǎng)的支持。加強(qiáng)與成熟工藝產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作，將會(huì)不斷促進(jìn)企業(yè)在全球市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。
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