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作者：熊熊
從2020年開始，計算、汽車、安防、醫(yī)療、工業(yè)等眾多領域的CIS（CMOS圖像傳感器）芯片市場增速都超過了手機領域，呈現(xiàn)出“百花齊放”的局面，CIS芯片技術和供應鏈也正悄然變化。
近日，有關于CIS芯片的消息不斷，使得CIS芯片在產業(yè)內又“小火”了一把。
5月20日，思特威(上海)電子科技股份有限公司在上海證券交易所科創(chuàng)板上市。思特威是一家專門從事CMOS圖像傳感器芯片產品研發(fā)、設計和銷售的高新技術公司；5月22日，CIS芯片龍頭韋爾股份宣布投資北京君正，據(jù)稱是看重車用MCU和存儲芯片。加上韋爾股份本身在車用CIS芯片的積累，可以預見韋爾股份已經將下一個業(yè)績增長點押注在了汽車電子上。
這僅僅是CIS芯片市場的縮影，除此之外風云變幻的CIS芯片市場，又將走向何方呢？
CIS芯片技術走向何方？
單像素尺寸不斷縮小，CIS芯片尺寸增長趨勢明顯
像素是CIS芯片中很重要的一個參數(shù)。像素數(shù)量×單像素面積＝實際感光面積。像素數(shù)量、單像素面積與實際感光面試是正相關的，在感光面積不變的前提下，增加像素數(shù)量可以讓手機圖像解析度提高。
然而，像素數(shù)量的增加會導致CIS芯片尺寸的增長。但是，CIS芯片面積越小，晶圓代工成本就越低，為了降低成本，縮小單個像素面積成了行業(yè)技術發(fā)展趨勢。
基于行業(yè)多年來的不懈投入研發(fā)，現(xiàn)在的像素尺寸已經比早年小了許多。早年前，單像素尺寸為 2.0μm，而今年2月份，國內CIS芯片廠商豪威科技正式宣布，實現(xiàn)了世界最小0.56μm像素技術。
但是，像素做得越小，同工藝下其感光能力就越差。雖然單像素尺寸在縮小，但是像素數(shù)量增加的幅度遠遠高于單像素縮小的幅度。像素做不小，整個CIS芯片自然也就做不小。
因此，CIS芯片并沒有遵循摩爾定律，越做越小。相反，CIS芯片的尺寸依舊在增長。以手機市場為例，一些品牌的高端旗艦機因為要追求成像效果，多采用高像素的方案，搭載的CIS芯片尺寸越來越大，這也導致了手機攝像頭的尺寸越來越大，甚至占滿手機背面1/3的位置。
CIS芯片也講3D堆疊
背照式結構和3D堆疊式結構的發(fā)展推動了CIS芯片的發(fā)展。
背照式的電路層位于感光二極管的后面，可以避免金屬走線、晶體管的影響，增加感光像素的進光量，就算是面對光線比較暗的場景，也能拍攝畫質高的影像。
背照式結構推動了堆疊式CIS芯片的發(fā)展，第一代堆疊式CIS芯片使用TSV工藝將傳感器芯片連接到邏輯芯片。CIS芯片的堆疊結構使得可以針對像素單元和電路單元分別構建芯片并進行技術優(yōu)化，因此像素單元可針對高畫質優(yōu)化，電路單元可針對高性能優(yōu)化。
隨著堆疊技術的進一步發(fā)展，3D堆疊也應運而生，上層為背照式CIS芯片，中層為DRAM，下層為邏輯外圍電路。DRAM用作具有高傳輸帶寬的幀存儲器和圖像數(shù)據(jù)的臨時緩存器，每一層通過TSV連接，像素輸出信號通過像素陣列外圍區(qū)域中的兩級TSV連接到邏輯電路。將數(shù)字轉換后的圖像數(shù)據(jù)從下層的邏輯電路傳輸?shù)叫酒虚g層的DRAM芯片進行存儲。DRAM層作為一個臨時儲存區(qū)，能夠加速像素讀出掃描，進一步實現(xiàn)高速拍攝。
CIS芯片與AI的逐步融合
Yole Développement認為CIS芯片的技術趨勢是將AI與CIS芯片集成。
行業(yè)內常見的CIS芯片+AI的模式有兩種。
第一種是將CIS芯片與AI計算相結合，CIS芯片除了可以輸出圖像，還可以直接輸出AI算法計算的結果，這種模式的特點是低功耗的人工智能分析，多應用于物聯(lián)網和可穿戴式智能設備；第二種是為AI應用專門設計的CIS芯片，此類CIS芯片輸出的內容和方式與傳統(tǒng)的CIS芯片有區(qū)別。這類CIS芯片它突破了傳統(tǒng)CIS芯片固定幀率的特性，可支撐一些重要的工業(yè)和智能車應用。
近年來，一些CIS芯片廠商為其CIS芯片產品融入AI算力，例如索尼。
2020年5月，索尼宣布發(fā)布IMX500和IMX501，據(jù)稱是世界上第一款配備AI處理功能的CIS芯片。該CIS芯片本身包含 AI 處理功能，可以實現(xiàn)高速邊緣AI處理和僅提取必要的數(shù)據(jù)，從而在使用云服務時減少數(shù)據(jù)傳輸延遲，解決隱私問題，并降低功耗和通信成本。新產品旨在用于零售和工業(yè)設備行業(yè)的各種應用，并有助于構建與云連接的最佳系統(tǒng)。
CIS芯片應用走向何方？
Counterpoint預測，受智能手機、汽車、工業(yè)和其他應用需求增長的推動，2022年全球CIS芯片市場銷售規(guī)模預計將增長7%，達到219億美元。
而針對不同細分市場的表現(xiàn)，Counterpoint表示，手機市場作為最大的CIS芯片終端市場，預計將在2022年貢獻整個市場總收入的71.4%，其次是汽車（8.6%）、監(jiān)控（ 5.6%）、數(shù)碼相機（3.1%）、PC/平板電腦（3%）和工業(yè)（2.9%）。
從手機市場來看，手機是CMOS圖像傳感器的最大應用市場，雖然手機銷售動能放緩，但手機搭載三顆以上相機的多鏡頭設計已是主流，受益于此，手機CIS芯片銷售額持續(xù)增長。據(jù)市場研究機構Strategy Analytics數(shù)據(jù)顯示，2021年全球智能手機CIS芯片市場營收為151億美元，與2020年相比增長了3%以上。
多年來，該市場由索尼領導，其次是三星和豪威。其中，索尼以45%的收入份額居首，三星占26%，豪威占11%。2021年，這前三大供應商在全球智能手機圖像傳感器市場占據(jù)了近83%的收入份額。
從汽車市場來看，隨著汽車電動化、智能化、網聯(lián)化的發(fā)展趨勢，汽車市場已經成為CIS芯片銷售的第二增長極。車載CIS芯片需求的快速增長得益于智能駕駛在汽車領域的普及，除此之外，還有車載攝像頭數(shù)量增加、標配倒車影像。
根據(jù)Yole Développement的數(shù)據(jù)，2020年全球車載CIS芯片市場的營收額達到14.4億美金，占整體CIS芯片年營收的7%，預計到2026年車載CIS芯片出貨量將達到3.64億顆。
安森美是車載CIS芯片行業(yè)的龍頭企業(yè)，市場占有率達到60%，在車載CIS芯片行業(yè)占據(jù)壓倒性地位。豪威在車載CIS芯片市場排名第二，且在2018-2019年間市場份額上升9%。除了上述兩大玩家，索尼和三星作為車載CIS芯片領域的后來者，發(fā)力較晚。索尼在2015年宣布進入車載CIS芯片市場，三星則到2021年才進軍車載CIS芯片市場。
再來看安防市場，根據(jù)Frost&Sullivan統(tǒng)計，2020年安防監(jiān)控領域CIS芯片的出貨量和銷售額分別為4.2億顆和8.7億美元，分別占比5.4%和4.9%。未來隨著安防監(jiān)控行業(yè)整體市場規(guī)模不斷擴大，預計2025年出貨量和銷售額將分別達到8.0億顆和20.1億美元，占比將分別上升至6.9%和6.1%，預期年均復合增長率分別為13.75%和18.23%。
2020 年國內公司思特威在安防領域CMOS圖像傳感器出貨量達到1.46億顆，出貨量位居全球第一。業(yè)績方面，2021 年公司實現(xiàn)營收26.89億元，同比增長76.10%，歸母凈利潤3.98 億元，同比增長229.23%。
CIS芯片產業(yè)鏈走向何方？
據(jù)Counterpoint數(shù)據(jù)，從頭部的CIS芯片供應商所占的營收份額來看，預計索尼將在 2022 年獲得 39.1%收入份額，排名第一；其次是三星（24.9%）、豪威科技（12.9%）、格科微（4.7%）、安森美（4.5%）、SK海力士（3.6%）、意法半導體（2.5%）和思特威（2.3%）。
與半導體產業(yè)鏈相同，CIS芯片制造產業(yè)鏈主要分為設計、代工和封裝測試三個環(huán)節(jié)，由于CIS芯片的像素層的設計工藝類似于模擬芯片，對制造工藝的要求較高，所以索尼、三星等龍頭企業(yè)采用IDM模式，其他一些企業(yè)多采用Fabless模式。
主要CIS芯片廠商對比
出貨跟上需求
半導體產業(yè)苦于產能不足久已。
索尼、三星、SK海力士這些IDM廠商都為了提高代工產能使出渾身解數(shù)。
2020年，索尼就計劃在未來3年內投資7000億日元用于擴建新廠房；三星和SK海力士則紛紛宣布挪出部分DRAM生產線來滿足CIS芯片生產需求。
除了建廠挪產線擴產外，索尼和三星也積極與代工廠合作。
今年1月份消息，索尼與臺積電擴大合作。雙方除了將在日本熊本合資設立晶圓廠，索尼在自有產能明顯不足情況下，將擴大采用臺積電產能量產CIS芯片，其中像素層芯片將首度交由臺積電生產。
三星與聯(lián)電也簽署了合作協(xié)議，將擴大生產CIS芯片，并啟動自己出資買設備、聯(lián)電提供廠房并代工運營的全新合作模式。
SK海力士采用了相同的策略，將舊的DRAM工廠轉變?yōu)镃IS芯片的產能。
CIS芯片出貨量大、行業(yè)規(guī)模壁壘較高，尤其是手機CIS芯片需要廠商先具備一定規(guī)模的供應能力才可能獲得主流品牌訂單。
而對于Fabless廠商來說，若晶圓、封裝價格大幅上漲，或由于晶圓供貨短缺、封裝產能不足等原因影響公司的產品生產，將會對公司的盈利能力、產品供應的穩(wěn)定性造成不利影響。
IDM和Fab-Lite模式將成為CIS芯片龍頭未來發(fā)展的較好選擇，擁有代工廠或者與先進代工廠深入綁定的公司更有競爭力。
技術迭代與全面布局
CIS芯片的更新?lián)Q代和新應用場景層出不窮，廠商必須保持持續(xù)的研發(fā)創(chuàng)新，根據(jù)最新技術發(fā)展趨勢和市場需求持續(xù)進行產品迭代；此外，廠商也必須對主流技術迭代趨勢和場景應用的市場空間保持較高的敏感度，才能及時把握技術發(fā)展的大方向。但如果公司在新的應用領域業(yè)務拓展速度不及預期，或者相關技術研發(fā)進度不及預期，或將會對公司經營業(yè)績增速帶來不利影響。
