图像传感器 国产 国产图像传感器疾行：追赶索尼，三星 惠及晶圆厂
国产图像传感器疾行：追赶索尼、三星 惠及晶圆厂
受益于手机市场的复苏，2024年全球CIS规模将高速增长。国产CIS厂凭借高规格的CIS产品与索尼、三星等海外厂商全面竞争。大陆晶圆代工厂重点布局CIS领域，与芯片设计企业协同发展。
2024年全球图像传感器（下称“CIS”）市场规模预计为214亿美元，有望于2029年接近300亿美元。维尔股份下属的豪威、格科微、思特威等国产厂商不断研发高端CIS产品，缩短与索尼、三星等海外厂商的差距，中端市场主打性价比，在安卓手机、安防与车载领域取得一定的市场份额。
2024年一季度，国产CIS厂商业绩增长强劲，大陆晶圆代工厂加大供应力度，与海外厂商的竞争仍将激烈。
手机CIS性能角逐
图像传感器是将光信号转化为电信号的装置，分为CCD和CMOS两大类。相比于CCD，CMOS耗电量少、体积小、重量轻、集成度高，被普遍应用于手机摄像头，手机用CIS占据了图像传感器市场约70%的份额。2016年是手机双摄像头的元年，2019年三摄成为主流旗舰机型标配，四摄、多摄亦接踵而至，多摄一般是在三摄的基础上增加微距、虚化或3D等功能摄像头。
堆栈结构的CMOS在传统的感光层与底部电路之间增加了一层DRAM动态存储器，从而让感光元件具备短时间拍摄数据量大的影像。索尼十年前推出的第二代堆栈式CMOS IMX214助力其占领了高端手机CMOS市场。手机摄像头过去以像素升级为主，受CMOS尺寸限制，手机摄像开始注重变焦能力。
索尼于2017年宣布推出业内首个配备DRAM的三层堆叠式CIS。通过使用堆叠技术，像素层的面积占比能提升至90%。随着像素层面积占比的提升，CIS 芯片的物理尺寸大幅下降。
2018年索尼、三星和豪威分别推出了自己的新款高端CIS，索尼的CIS像素最高，IMX586的像素达到了4800万（下称“48mp”）。三星的特点是在支持超高速自动对焦CIS上集成了内存芯片，它先将采集到的大量帧存储到传感器内，从而实现高清慢动作的拍摄。2019年，豪威实现对0.8um 48mp CIS的量产。2019年起手机市场主流摄像头均采用5000万像素级别的硬件配置，亿级像素虽然陆续上市，但并非堆砌硬件，更多取决于所采用的技术方案。
在手机有限的空间内，各终端厂商不断技术创新，谋求后摄主摄CIS尺寸越做越大，高端手机CIS呈现出大底趋势，未来不仅局限于大底主摄，副摄的传感器尺寸也将不断提升。三星CIS尺寸从1/3.4英寸一直增大到1/1.33英寸，华为P70 Pro采用1/1.3英寸索尼传感器IMX989。
OV50H采用1/1.3英寸，提供旗舰级弱光性能和自动对焦性能，是豪威首款具有水平/垂直四相位检测功能的传感器。安卓中高端市场的国产替代正在加速进行，豪威OV50H传感器自2023年四季度以来已经商用于国内大部分智能手机的高端旗舰主摄，产品线已基本覆盖荣耀中高端系列机型。2023年，思特威推出数颗用于旗舰机主摄、包括长焦和广角的辅摄系列高端产品。
智能手机CIS未来的升级方向将聚焦在CIS 结构设计的优化，通过改进感光元件的结构和材料，进一步提升感光元件的性能，以及优化和升级影像处理算法，通过AI算法突破硬件限制，进一步提升图像的清晰度、动态范围，并减少噪点，提高成像质量。
方正证券认为，面对豪威在产品性能和价格上的优势，索尼在安卓中高端市场上失利。索尼对CIS的资本开支首度下滑，未来将更多聚焦投资效率的优化和盈利能力的提升，其图像传感器业务2024-2026财年的资本开支计划仅为2021-2023财年的70%左右，三年计划投资首次出现下滑。
韦尔股份图像传感器业务2023年实现营业收入55.36亿元，占主营业务收入的比例约为74%，较上年增加13.61%。其中，来源于智能手机市场的收入上升至77.79亿元，约占公司图像传感器业务的50%，较2022年增长超44%。
格科微2023年手机图像传感器的收入为22.42亿元，3200万像素产品采用了单芯片集成工艺，显著提高了晶圆面积利用率，并可兼容1/3.1英寸的摄像头模组尺寸，满足5G手机紧凑的ID设计需求。
安防与车载CIS蓝海
中国本土安防监控产业链的优势显著，带动安防类CMOS传感器市场的快速扩张。安防CIS市场竞争格局分散，据预测，2025年出货量和销售额将分别达到8.0亿颗和20.1亿美元，占CMOS图像传感器的市场份额占比将分别上升至6.9%和6.1%，年复合增长率将达到13.75%和18.23%。
2022年7月，索尼发布一款用于安防摄像机的1/3英寸CMOS图像传感器IMX675，约512万像素，可同时实现捕捉整体图像的全像素输出以及特定区域的高速输出，专有的堆栈结构功耗比传统型号IMX335约低30%。
据调研，豪威的Nyxel技术延长了像素单位的路径，使图像传感器能探测到更多光子，从而提高整体性能，可以实现在完全黑暗环境中使用低功率红外照明，从而能降低约3倍的功耗。2023年，思特威智慧安防行业收入为16.71亿元，占主营收入的比例为58.49%。在2023年推出了首颗1/1.2"8MP 图像传感器产品。
车载摄像头目前基本在中高端车型上成为标配，主要应用于倒车影像系统中。未来随着高级驾驶辅助系统（下称“ADAS”）的需要，智能汽车如果需要实现自动紧急刹车、自适应巡航、疲劳监测、车道偏离辅助、360 度环视等功能，则需要在车辆上配置6-8个摄像头。ADAS视觉系统使用摄像头采集图像信息，通过算法分析出图像中的道路环境，摄像头及其CMOS图像传感器是ADAS的核心组成部分。据预测，汽车电子CMOS图像传感器出货量和销售额将在2025年达到9.5亿颗和53.3亿美元，占CMOS图像传感器的市场份额占比将分别上升至8.2%和16.1%，预期年复合增长率将达到18.89%和21.42%。
2023年，韦尔股份来源于汽车市场的CIS收入提升至45.47亿元，约占公司图像传感器业务的30%，较上年增长超过25%。格科威非手机CMOS图像传感器的收入为12.10亿元，同比增长13.43%。
与晶圆厂协同
主流CMOS设计厂商都采用了多像素合一技术，硬件像素重排需要CIS内部有图像信号处理功能，其结构需要双层堆叠，消耗两倍的晶圆。例如，华为P40 Pro搭载索尼IMX 700传感器有效像素为5200万，但最高支持16像素合成1个大像素；三星Galaxy S20 Ultra搭载的ISOCELL HP2传感器亦可实现16合1。豪威于2022年研发出2亿像素图像传感器OVB0B，该传感器16合1以后可输出1250万像素。
2020年至2023年CIS制程集中在180nm至22nm，且像素越高所需制程越先进，ISP图像信号处理器通过各类算法对图像信号进行处理和改善，制程要求可达到12nm。像素的增加意味着芯片面积的增加，原本12寸晶圆切割1.3微米1200万像素的产品可以切割2500颗左右，而主流0.8 微米4800 像素的产品只能切割1200颗左右，像素越高消耗的晶圆厂的产能越大，供需缺口增加，对晶圆代工厂的响应能力带来挑战。
索尼受限于自身的晶圆厂的产能与良率，转向与台积电合作。三星在小像素产品上具备一定优势，HM和HP系列是其重点推广的亿级像素产品，曾在2021年提高CIS产能，而如今面对AI产业对存储芯片的高需求，其战略重心转向提高HBM的良率，CIS的战略优先级下降。
与索尼和三星的IDM模式不同，豪威、思特威和格科微采用Fabless模式，具有更加灵活的产能调配能力。中国大陆晶圆厂的业绩已经在CIS的带动下持续改善，华虹公司CIS产品需求自2023年四季度起便十分强劲，2024年一季度该公司逻辑平台的增长主要来自于CIS。中芯国际2023年四季度起CIS及ISP收入环比增长超过六成，产能供不应求，CIS系该公司2024年重点布局的领域。
2024年一季度，伴随着韦尔股份在高端智能手机市场的产品导入及汽车市场自动驾驶应用的持续渗透，该公司营业收入同比增长30.18%；格科威和思特威的营业收入分别同比增长51.13%和84.31%，净利润扭亏为盈，格科威高像素单芯片产品出货量增加，思特威智慧安防及手机高阶像素产品出货上升。
本文源自证券市场周刊
国产再进步，思特威发布新款背照式手机图像传感器
尽管传感器厂商在手机市场已经生产了多年的背照式甚至堆栈式传感器，但对于国产厂商来说，技术领域的追赶仍需继续进步。在 3 月，思特威就又带来了一款 1600 万像素的图像传感器，名为 SC1620CS。
这款传感器拥有 1600 万的有效像素，是一款背照式传感器，其单像素尺寸可以达到 1.0μm，基于思特威 SmartClarity®-3 技术打造，搭载思特威先进的 SFCPixel-SL® 技术。
根据思特威的官方说法， 其通过创新的像素内双转换增益设计，可以获得更高的动态范围和更优秀的暗场噪声性能，跟“行业同规格”产品对比，它的读取噪声和固定噪声分别降低约 38% 和 55% 以上，满阱电子提升约 17%，动态范围也提升了约 5dB。
背照式设计还使它集合了感度、色彩和高温画质三方面的升级，相比前代技术产品的提升也相当显著。
当然，需要注意的是，这款手机图像传感器的配置相对而言偏向入门，光学尺寸仅有 1/3.09 型的水平，最大的图像传输速率也仅有 60fps。不过考虑到目前入门级手机市场搭载的传感器无外乎也就是这类规格的产品，其应用市场还是相当可观的。
思特威官方表示，SC1620CS 目前已接受送样，预计将于 2024 年 Q2 实现量产。正如此前报道的新品一样，我们也期待这款思特威传感器可以早日在量产产品上与我们见面。
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