2021年，CIS市場觸底反彈，同比增長2.8%，達(dá)到213億美元，開啟新的增長周期。這是十年來最慢的同比增長，繼 2019 年的 24.8% 和 2020 年的 7.3% 之后。在美國對中國主要公司的制裁導(dǎo)致CIS庫存造成泡沫之后，市場現(xiàn)在已經(jīng)穩(wěn)定下來。由于第四季度是CIS生產(chǎn)有史以來最好的季度，2021 年全年收入達(dá)到 213 億美元。
在移動和其他市場（如汽車和安全成像）的機(jī)遇的支持下，現(xiàn)在預(yù)計CIS會出現(xiàn)一個新的增長周期。Yole 集團(tuán)旗下的 Yole Intelligence預(yù)計，未來幾年 CIS 行業(yè)的增長將至少與一般半導(dǎo)體的增長率相匹配，到 2027 年達(dá)到 314 億美元，復(fù)合年增長率為 6.7%。
中國玩家表現(xiàn)出色，索尼雄心勃勃
CIS生態(tài)系統(tǒng)仍然由歷史領(lǐng)導(dǎo)者主導(dǎo)。索尼、三星、Omnivision 和意法半導(dǎo)體都是移動和消費(fèi)市場的強(qiáng)大參與者。
由于 COVID-19 和美國對華為的禁令，索尼的市場份額在 2021 年步履蹣跚。這使得其競爭對手能夠提高他們份額，并在技術(shù)上迎頭趕上。然而，在 2022 年 6 月，索尼確認(rèn)了其重新奪回市場份額的雄心，目標(biāo)是到 2025 年達(dá)到 60%。這一聲明將在未來幾年加強(qiáng)產(chǎn)能和研發(fā)資本支出。
中國CIS領(lǐng)導(dǎo)者——OmniVision、GalaxyCore 和 SmartSens也在競爭中表現(xiàn)出色。作為美中貿(mào)易緊張局勢的直接后果，它們正在強(qiáng)勁增長，尤其是在移動市場。GalaxyCore 正在鞏固其第五位，收入接近 10 億美元。
技術(shù)發(fā)展將是支持CIS市場增長
及其產(chǎn)能投資的關(guān)鍵
除了成像質(zhì)量之外，技術(shù)也在不斷發(fā)展，以獲得更好的光靈敏度和數(shù)據(jù)監(jiān)控、更低的功耗和更大的緊湊性。存在將硅擴(kuò)展到短波紅外 (SWIR) 成像的趨勢?；谑录某上窦磳硪环N具有前所未有的低延遲的新范式。Quanta CIS 和單光子雪崩二極管 (SPAD) 正在不斷發(fā)展，以在低光成像方面走得更遠(yuǎn)。超表面是平面光學(xué)的終極發(fā)展，可降低相機(jī)模塊的成本、體積并帶來新的功能。
除了小像素的競爭之外，一個新的趨勢正在以更大的像素和傳感器的形式出現(xiàn)，有利于圖像質(zhì)量和高級功能。兩者都需要向 28 和 22 納米發(fā)展進(jìn)一步的邏輯技術(shù)節(jié)點(diǎn)。
最需要的制造能力之一是像素內(nèi)混合堆疊，目前主要用于移動應(yīng)用。有一種趨勢是在傳感器中堆疊更多的智能，旨在使內(nèi)存、處理和計算盡可能接近傳感部分。下一個技術(shù)挑戰(zhàn)應(yīng)該是在傳感器附近或內(nèi)部集成人工智能 (AI)。
索尼三星爭霸圖像傳感器
豪威穩(wěn)居第三
圖像傳感器市場競爭激烈，索尼努力保持領(lǐng)先地位，三星尋求擴(kuò)大近期收益，Omnivision 確立了自己的第三強(qiáng)地位，佳能推出了令人印象深刻的新技術(shù)。
當(dāng)美國高科技民族主義者擔(dān)心亞洲在市場上的壓倒性存在時，消費(fèi)者應(yīng)該會受益。
多年來主導(dǎo)圖像傳感器市場的索尼根據(jù)自己的計算，已經(jīng)失去了 10 個百分點(diǎn)的市場份額，過去兩年從 53% 下降到 43%。
為了扭轉(zhuǎn)這一下降趨勢，索尼發(fā)起了一場積極的運(yùn)動，以擴(kuò)大產(chǎn)能、升級技術(shù)，并從智能手機(jī)向汽車、虛擬現(xiàn)實和其他應(yīng)用多元化發(fā)展。
根據(jù)各市場研究機(jī)構(gòu)發(fā)布的估計，在其自身手機(jī)業(yè)務(wù)、產(chǎn)能擴(kuò)張和新客戶的推動下，三星的市場份額已從 18% 上升至至少 22%。它在智能手機(jī)市場的份額可能高達(dá) 26%。與索尼一樣，它在輔助駕駛方面看到了光明的未來。
由于新產(chǎn)品的開發(fā)和在中國的機(jī)遇，被韋爾收購的豪威科技的市場份額從不到 10% 增加到了 14%。一家在歐洲和亞洲都有業(yè)務(wù)的美國公司，現(xiàn)在歸中國威爾半導(dǎo)體所有。
其他幾家圖像傳感器制造商擁有個位數(shù)的市場份額，包括 ST Micro（法國）、OnSemi（美國）、SK hynix（韓國）、GalaxyCore 和 Smartsens（中國），以及松下和佳能（日本）。
索尼預(yù)計，在高端智能手機(jī)、高級駕駛輔助系統(tǒng)、工業(yè)應(yīng)用和安全性的推動下，到 2030 年，圖像傳感器市場的年復(fù)合增長率約為 9%。
將此增長率應(yīng)用于當(dāng)前 200 億美元的市值表明有很多業(yè)務(wù)需要爭取。
6 月 17 日，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省 (METI) 宣布計劃向臺積電、索尼和豐田集團(tuán)電裝公司的合資企業(yè)日本先進(jìn)半導(dǎo)體制造 (JASM) 提供高達(dá) 4760 億日元（35 億美元）的補(bǔ)貼。以支持其在九州島的半導(dǎo)體制造項目。
該工廠位于索尼自己的圖像傳感器生產(chǎn)設(shè)施附近，于 4 月開始建設(shè)。日本政府將承擔(dān)該項目總成本的約 40%，估計為 1.16 萬億日元（86 億美元）。
產(chǎn)品可能包括圖像傳感器數(shù)據(jù)信號處理器、汽車IC和其他邏輯器件，優(yōu)先供應(yīng)給索尼和其他日本客戶。運(yùn)營計劃于 2024 年 12 月開始。
據(jù)兩家公司稱，索尼將擁有 JASM 不到 20% 的股份；電裝不超過 10%。這將使臺積電擁有超過三分之二的所有權(quán)，這基本上是一家專業(yè)代工廠。
與此同時，索尼本身計劃在截至 2024 年 3 月的三年內(nèi)，與圖像傳感器相關(guān)的資本支出為 9000 億日元（合 67 億美元），比前三年增長 55%。這包括擴(kuò)建長崎的 Fab 5，該工廠一年多前開始運(yùn)營。
由此產(chǎn)生的產(chǎn)量增長預(yù)計將有助于本財年索尼成像和傳感解決方案業(yè)務(wù)的銷售額增長 37%。這應(yīng)該會將其在圖像傳感器市場的份額提高到 49%，這是朝著管理層在截至 2026 年 3 月的一年中達(dá)到 60% 的目標(biāo)邁出的第一步。
為實現(xiàn)這一目標(biāo)，索尼正在為更復(fù)雜的智能手機(jī)相機(jī)、可更換鏡頭相機(jī)、高級駕駛輔助系統(tǒng)以及最終的自動駕駛、工業(yè)應(yīng)用、增強(qiáng)現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實開發(fā)成像技術(shù)。
不斷發(fā)展的高端智能手機(jī)相機(jī)將需要更高的分辨率、更高的速度來支持視頻和更高的放大倍率。
先進(jìn)的駕駛員輔助系統(tǒng)包括每輛車六到八個前視、環(huán)繞和后視攝像頭。自動駕駛服務(wù)車輛將需要 16 到 20 個攝像頭，每個攝像頭具有更高的分辨率并與光檢測和測距同步。
工業(yè)應(yīng)用包括生產(chǎn)線監(jiān)控、產(chǎn)品檢測、物流基地分揀、回收材料分揀和預(yù)測性維護(hù)。
增強(qiáng)現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實應(yīng)用包括頭戴式顯示器、AR 眼鏡、虹膜識別、凝視檢測、手部跟蹤、人/空間識別和 SLAM（同時定位和映射）。
包括圖像傳感和人工智能集成在內(nèi)的研發(fā)工作將在日本、中國、美國和德國進(jìn)行。
日本媒體報道稱，考慮到三星和其他競爭對手的所作所為，索尼圖像傳感器業(yè)務(wù)的經(jīng)理們感到他們受到了圍攻——他們應(yīng)該這樣做。
三星的市場份額增長可歸因于價格下降、銷量增加、技術(shù)改進(jìn)以及中國智能手機(jī)制造商 Vivo、Oppo 和小米對低端到高端產(chǎn)品系列的青睞。
相比之下，索尼遭受了華為智能手機(jī)業(yè)務(wù)的損失，而華為一直是其主要客戶。
三星迅速升級其圖像傳感器，在2019 年推出全球首款 100MP（百萬像素）智能手機(jī)攝像頭后，他們又于 2021 年推出首款 200MP 型號。200MP 型號因其在弱光環(huán)境下的性能而脫穎而出。
小型化是三星的另一個強(qiáng)項。其上個月發(fā)布的最新 200MP 圖像傳感器比其前身小 20%。
最重要的是，據(jù)報道，三星正在開發(fā)一種超過 500MP 的圖像傳感器，可以與人眼的分辨率相匹配。
在汽車市場，三星提供高清后視和環(huán)視顯示器。
豪威科技擁有更廣泛的汽車成像產(chǎn)品線，包括環(huán)視和后視顯示器和電子后視鏡，以及駕駛員監(jiān)控和其他車載監(jiān)控系統(tǒng)。外部功能包括車道識別、車輛和行人檢測以及盲點(diǎn)覆蓋。
OmniVision 還為手機(jī)、虛擬現(xiàn)實和人工現(xiàn)實、便攜式計算機(jī)、監(jiān)控、工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用設(shè)計圖像傳感器和相關(guān) IC。其產(chǎn)品線與其母公司 Will Semiconductor 的產(chǎn)品線相輔相成。
將設(shè)計用于移動通信、汽車電子、安全和其他應(yīng)用的分立半導(dǎo)體器件、電源管理和其他集成電路以及電容器和其他無源元件。
上面提到的產(chǎn)品是CMOS圖像傳感器，是現(xiàn)在生產(chǎn)的最常見的圖像傳感器類型。CMOS代表互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，它是用于制造微處理器、存儲芯片和大多數(shù)其他IC的技術(shù)。
正如東京電子在線納米技術(shù)博物館所解釋的那樣，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 圖像傳感器的每個像素都有一個光電二極管和一個 CMOS 晶體管開關(guān)，可以單獨(dú)放大像素信號。
像素（圖片元素）是（通常）由硅制成的小型光敏組件。像素網(wǎng)格通過光電效應(yīng)向圖像傳感器提供數(shù)據(jù)，其中光能導(dǎo)致硅發(fā)射電子。
但也有替代技術(shù)。
去年 12 月，日本相機(jī)制造商佳能宣布開發(fā)了一種新的單光子雪崩二極管型圖像傳感器，可以“在黑暗中看到”——可以在最黑暗的夜晚或其他弱光環(huán)境中拍攝高分辨率彩色照片其中 CMOS 圖像傳感器也無法正常工作。
正如佳能所解釋的：
SPAD 傳感器是一種設(shè)計獨(dú)特的圖像傳感器，其中每個像素都擁有一個電子元件。當(dāng)一個被稱為光子的光粒子到達(dá)一個像素時，它會被倍增——就像產(chǎn)生“雪崩”一樣——從而產(chǎn)生一個大的電脈沖。對于 CMOS 傳感器，累積電荷的讀數(shù)包含電子噪聲，這會降低圖像質(zhì)量，這是由于測量累積光的過程。
根據(jù)新聞稿，新傳感器將微型 SPAD 傳感器與專有像素架構(gòu)相結(jié)合，“能夠捕獲世界上最高分辨率的 3.2 兆像素圖像——比全高清分辨率更高”。它“可以捕獲與傳統(tǒng) CMOS 傳感器相同的圖像，而只需要十分之一的成像面積?！?/p>
佳能新型 SPAD 傳感器特別適用于安全攝像頭、自動駕駛汽車、醫(yī)療和科學(xué)儀器、低光工業(yè)應(yīng)用和增強(qiáng)現(xiàn)實。生產(chǎn)計劃于本日歷年年底開始。
自 1990 年代以來，佳能一直在與索尼在數(shù)碼相機(jī)市場上展開競爭?，F(xiàn)在，它可能會在廣泛的圖像傳感器應(yīng)用中與其競爭。
意識到這一威脅，索尼也在研究 SPAD 技術(shù)。韓國人和中國人不應(yīng)該認(rèn)為他們注定要繼承市場。
來源：本文由半導(dǎo)體行業(yè)觀察編譯自Yole。
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