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擋不住的CIS,小憩之后再發威

放大字體??縮小字體 時間:2021-05-21 16:46  ??來源:艾兒柏塔電子煙  熱度:35
CMOS圖像傳感器(CIS)經歷了2019年的火爆之后,2020年的增長明顯受到了抑制,主要原。。。
 

CMOS圖像傳感器(CIS)經歷了2019年的火爆之后,2020年的增長明顯受到了抑制,主要原因自然是疫情,但進入2020年后半段,以及2021開年以來,全球CIS市場快速升溫,呈現出2019年的發展勢頭,甚至有過之。

本周,IC Insights發布統計和預測報告,數據顯示,2021年,全球CIS營收將恢復強勁的高增長勢頭,漲幅達到19%,至228億美元,這將是自2010年以來全球銷售額連續第十次創歷史新高。

2020年第二季度,疫情肆虐全球,以CIS龍頭索尼為代表的相關廠商業務出現下滑,這主要是由全球智能手機出貨量下降導致的。但下半年出現反轉,到2020年底,索尼CIS的銷售額微幅增長0.3%。自從2006年以來,2020年是索尼CIS增長最糟糕的一年。

隨著全球經濟的復蘇,IC Insights認為,到2021年,CIS市場的復合年增長率(CAGR)將達到12.0%,到2025年,其市場規模將達到336億美元,預計總出貨量將以14.9%的復合年增長率增長。汽車將成為未來五年CIS增長最快的應用領域,到2025年,車用CIS的復合年增長率將達到33.8%,至51億美元。

輝煌的2019

手機攝像頭數量的增加,使得CIS在2019年出現了爆發式的增長,短時間內,產能難以跟上應用需求,使得CIS成為2019年最為炙手可熱的芯片品類。與此同時,汽車和安防市場發展迅速,這兩個應用領域對于CIS的需求量也非??捎^。

作為全球CIS的霸主,在火爆的行情下,索尼自家的產能已經應接不暇,于是,該公司決定將旗下高端CIS交由臺積電代工,這是索尼首度外放高端芯片訂單。為了這筆大單,臺積電專門訂購了設備,并做好相關生產驗證作業。

索尼放出的CIS訂單,是在臺積電南科14a廠導入40nm制程生產,初期月產能2萬片,并于2021年第1季度量產,后續很可能會擴大產能,索尼更高端的CIS芯片有望導入臺積電的28nm制程。

除了交由臺積電代工之外,索尼也在日本國內積極擴產,該公司計劃在3年內投資7000億日元,用于擴建新廠房。

三星是全球第二大CIS廠商,2018年12月,該公司設備解決方案部門通過重組,在系統LSI部門下建立了一個“傳感器業務團隊”,負責LSI事業部內的CIS產品規劃和銷售,工藝研發由設備解決方案部門的代工部門完成。

近幾年,三星一直在CIS技術上尋求突破,并于2018年6月推出了ISOCELL Plus技術。在推出新技術的同時,三星也在提升CIS生產能力,2017年,三星就開始擴充12英寸CIS產能,并于2017年開始改造12英寸DRAM產線FAB 11,用于生產CIS,2018年底完成改造;同時對FAB 13進行改造,FAB 11和FAB 13的原有產能為每月7萬片。

三星原本擁有1條CIS芯片專用產線,名稱為S4-Line,當時,該公司產能約為4.5萬片/月,隨著FAB 11和FAB 13線轉為CIS專用線,三星的產能將擴充到12萬片/月。

轉折

進入2020年以后,突如其來的疫情對全球半導體業造成很大沖擊,CIS自然也不例外。進入3月,情況愈加惡化,在這樣的背景下,索尼發表聲明,稱關閉了部分工廠和辦公室,主要在歐洲和美國。索尼還關閉了其在馬來西亞(吉隆坡和檳城)的兩座工廠,以及南威爾士的工廠。

對此,索尼公司表示:CIS的生產沒有受到實質影響,包括對原材料采購的影響。然而,索尼該業務的主要客戶是智能手機制造商,他們主要依靠中國的供應鏈,盡管當時銷售逐漸恢復到了正常水平,但智能手機市場的放緩依然影響了該業務的營收。

在全球疫情難以控制的情況下,即便是最為火爆的CIS市場,也出現了難以預料的隱憂。而實際情況就像前文IC Insights統計的那樣,2020年,全球CIS市場增長率大幅下降。

反彈伴隨著分化

進入2021年以后,全球第二大CIS廠商三星將其CIS的價格提升了40%,而其他CIS供應商的價格也提升了20%左右(這里主要涉及的是應用在中低端手機的500萬和800萬像素CIS)。顯然,CIS市場反彈明顯。

與此同時,CIS市場也出現了分化的情況,那就是在中高端市場。據日經新聞報道,2021年1-3月,用于智能手機的1300萬像素CMOS圖像傳感器批發價格為每個1.55美元左右、較前一季度(2020年10-12月)下滑3%,連續第3季度呈現下滑態勢。

在全球范圍內,中高端CIS市場主要掌握在索尼手中,無論是其自家工廠生產的產品,還是交由臺積電代工的,都是以中高端CIS為主。

據悉,在2020年10-12月,索尼的CIS產量為11.7萬片(以12吋硅晶圓換算),高于原先預估的11萬片,預估2021年1-3月的產量將增至12.7萬片。該公司自家工廠產能全開。

2月初,索尼在其法說會上表示,因為該公司大客戶華為受到美國制裁,索尼在2020年9月停止了供貨CIS給華為,不過之后已于2020年11月下旬重啟部分產品的出貨。但這一制裁事件對索尼的中高端CIS出貨產生了較大影響,加上該公司在過去一年多時間里擴充了產能,此消彼長,在2020年末到2021年初的這段時間里,全球中高端CIS出貨開始出現供應量上漲,但市場需求量較之前出現萎縮的現象。這就導致了前文所說的中高端CIS連續第3季度呈現下滑的態勢。

據悉,在2020年第四季度,索尼的CIS銷售額同比下滑了13%,該公司將2021年度(2020年4月-2021年3月)的CIS銷售額目標定為8700億日元(上年度為9302億日元)??梢?,索尼的營收同比在下降,之所以如此,除了中高端產品銷售下降之外,最大的競爭對手三星對其市場份額的蠶食愈加猛烈。

在強勁發展勢頭和全球缺貨的大背景下,三星一直在擴產,進一步擴充CIS產能成為三星爭奪這一市場的最直接方法,按照計劃,該公司將在2021年把一座DRAM廠房轉換成CIS產線,從而實現增產20%的目標。三星原計劃2021年新增內存產能4萬片晶圓/月,現在決定將產能投資減少到3萬片晶圓/月,這部分產能將轉向CIS芯片。

技術革新

CIS產能上量的同時,各大廠商在技術創新方面也在與時俱進,特別是像索尼、三星和安森美這樣的頭部廠商,必須依靠擴充產能和技術創新兩條腿走路,才能在市場競爭中立于不敗之地。

AI在手機中的應用越來越多,大都是與AP(應用處理器)整合在一起的協處理器。而面對安防和工業應用,索尼將CIS和AI處理單元整合在了一起,創新力十足。

索尼的這款芯片就是IMX500(未封裝版本)和IMX501(采用LGA封裝),它們不僅包括支持4K分辨率視頻的1230萬像素CMOS,還包括可以進行機器學習工作的專用AI處理器。

從芯片結構上來看,IMX500的像素芯片堆疊在邏輯芯片的頂部,而邏輯芯片不僅執行常規的圖像傳感器操作,還具有用于圖像信號處理的ISP和專用于AI信號處理的DSP,并且還有專門供AI模型使用的內存。這種配置消除了對高性能處理器和外部存儲器的需求。

To B應用的CIS設備多數都要與數據中心或云聯網,而終端的數據量與日俱增,這就帶來了一個問題,即數據和指令在終端和云之間的頻繁傳輸,會帶來延遲和信息的安全性問題,而且隨著應用的逐步落地和數據量的暴增,這種問題愈加突出。而為了應對這一挑戰,一些傳統網絡處理器、網絡存儲和通信芯片提供商,會提供用于邊緣側計算的協處理器,這樣就可以縮短數據通信距離和延時,不過,由于是分立的,這些問題并沒有徹底解決。而索尼的方案在攝像頭內集成了AI協處理功能,意圖徹底解決與云的通信和延時問題。

該方案處理信息的過程是:像素芯片獲取的信號通過傳感器上的AI處理,傳感器輸出元數據(屬于圖像數據的語義信息)而不是圖像信息,從而減少了數據量并解決了隱私問題。

在構造和工藝方面,索尼采用了堆疊式CMOS圖像傳感器技術,并使用Cu-Cu連接和Prophesee的metavision Event技術來實現小像素尺寸和出色的低光性能。

當堆疊背照式CMOS圖像傳感器(上部芯片)和邏輯電路(下部芯片)時,Cu-Cu連接技術通過連接的Cu(銅)焊盤提供電連續性。與硅通孔(TSV)布線相比,該方法通過在像素區域周圍穿透電極來實現連接,與TSV相比,該方法在設計上具有更大的自由度,提高了生產率,允許更緊湊的尺寸并提高了性能。

在這種堆疊配置下,上下兩個單獨芯片的每個像素都通過Cu-Cu進行電連接;另外,該傳感器采用了40nm邏輯工藝。

將AI融入CIS的想法不止索尼一家有,市場上主要的幾家CIS廠商,如三星、豪威、安森美、SK海力士和意法半導體等,也有正在這方面進行研發的。

以安森美為例,該公司在全球CIS市場排在前五,但就汽車應用來說,安森美處于領頭羊位置。

安森美開發了一個和AI有關的深度感知應用,具體來說就是門禁閘口的人臉識別與防偽。該用例中,用相機同時提供彩色圖像和深度圖像,2D相片識別后出來效果沒有深度數據,是平面的。所以,該方案通過CNN(卷積神經網絡)深度學習提高了感知的可靠性。

不過,總體來看,安森美的圖像感知+AI方案還處于開發和嘗試階段,應用普及還需要一段時間。

而其它幾家也有進行CIS+AI應用研究的,不過現階段的公開信息較少。

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