[原创] CIS的黄金十年回顾
2020-06-15
14:14:23
来源: Sophie
日前，ICinsights发布的最新报告显示，受到新冠病毒疫情的影响，CMOS图像传感器营收结束了其九年连续增长的势头，出现了十年来的首次下滑。
该报告中显示，在手机和新的嵌入式应用迅速普及的推动下，在2010年至2019年间，CMOS图像传感器的销售额增长了三倍，成为了过去十年中增长最快的半导体产品类别，2019年CIS的销售额达到了184亿美元，创下了在过去九年中的历史新高。但在2019年激增30％之后，受到今年疫情的影响，CMOS图像传感器的销售额将降至178亿美元。
在CMOS图像传感器在市面上流行之前，CCD是图像市场的技术。CCD开发战争始于1986年，当时NEC的CCD用于JVC相机。据相关报道显示，日本CCD技术非常成熟，当时95%的CCD都出自日本。那时，CCD的市场主要由索尼、夏普、Sanyo、Matsushita与Fuji等厂商所掌控。
当时间进入到21世纪后，CMOS技术开始在市场中初露头角，因为CMOS在功耗、数据吞吐速度以及价格方面的优势，让很多厂商注意到了CMOS图像传感器的发展。据相关报道显示，当时，美国有30多家，欧洲7家，日本约8家，韩国1家，台湾有8家企业都投入到了CMOS图像传感器的研发中来。CMOS开始与CCD抢夺市场份额。
（2005-2015 年 CCD 与 CMOS 所占市场份额的变化，来源：ICinsights）
就当时CMOS图像传感器市场情况来看，居全球翘楚地位的厂商是Agilent(HP)，其市场占有率51%、ST(VLSI Vision)占16%、Omni Vision占13%、现代占8%、Photobit约占5%，这五家合计市占率达93%。
在2003年中，拍照手机刚开始应用时，在使用CMOS技术的厂商中 Omni Vision产品最具影响力。据相关报道显示，当时全球三分之一的手机摄像头采用Omni Vision，在 2011 年之前，他也一直引领这图像传感器的发展。
除此之外，在CMOS图像传感器竞争初期，Micron、英特尔、柯达和MagnaChip等公司，也在CMOS图像传感器方面拥有专利。其中，Micron通过2002年收购Photobit进入了CMOS图像传感器领域，基于此，Micron弥补了他们在基础IP方面较晚进入CMOS图像传感器市场的不利因素；此外，英特尔在2000年退出该领域之前，也申请了大量了IP，据相关报道显示，英特尔当时拥有与CMOS图像传感器直接相关的专利数量最多。
在2000年到2010年间，CMOS图像传感器市场的市场竞争十分激烈。根据ICinsights早先发布的报告显示，到2006年，由于爆炸性的增长吸引了众多供应商和制造商的业务，CMOS图像传感器（尤其是那些针对照相手机的图像传感器）的供过于求也使市场陷入困境。当时，American Technology调研公司的分析师Doug Freedman表示，由于该市场竞争激烈，而且CIS产品平均销售价格(ASP)不断下滑，不是所有的厂商都能取得成功或者求得生存。因此，这也导致了在这十年间，出现了大量的并购。除了上文提到的Micron收购Photobit之外，国家半导体也把图像芯片部门出售给了柯达，赛普拉斯收购了SMaL Camera。
此时，三星和索尼的进入的CMOS图像传感器领域的时间还相对较短。但当时有分析师表示，考虑到这两家厂商各自在消费电子产业中的主导地位，它们可能在CIS领域具有固有优势。
在进入到2010年后，由于CMOS成像技术不断提升，消费型数字相机以及数字中片幅产品都广泛采用CMOS，这些新的应用开始推动CIS的增长，领先的CMOS图像传感器供应商之间的激烈竞争再次上升。在这十年当中，受惠于智能手机的风潮，CIS领域在次发生了翻天覆地的变化。
这也让索尼有了发展的机会。（据相关报道记载，2010年索尼的图像传感器业务还默默无闻，市场份额仅为7%排行第六）。在这2010中，索尼宣布计划在索尼半导体九州公司的熊本技术中心投入400亿日元，为“Exmor”和“Exmor R”CMOS图像传感器扩增产量。这两款产品为索尼抢占CMOS图像传感器市场打下了良好的基础。相比于以往的CIS产品，前照式Exmor最大的变化是内置了ADC，该设计有效地减少了噪声，降低了功耗，引领了行业将ADC集成到CMOS图像传感器中的风潮。Exmor R则是背照式CIS，这也是世界上第一个可量产的背照式传感器。他极大地提升了夜拍效果，而后iPhone 4S采用了索尼的这种产品。
2011年中，除了苹果以外，还有大量高端旗舰手机转投索尼的怀抱，从 2011 年后索尼传感器就一路高歌猛进。根据ICinsights的报告显示，在2011年中，索尼CMOS图像传感器销售中排名第三。2012年中，索尼在图像传感器上实现了一次技术飞跃，其推出的第一个堆叠式CMOS图像传感器能够将两颗芯片堆叠在一起，采用这种方式让智能手机制造商可以生产出比此前设备更薄的机型。而后，索尼在CIS领域中的市场份额不断提升，甚至在 2014 年开始出现了供不应求的情况。2015年，索尼以1.55亿美元收购东芝图像传感器业务，至此，索尼在CIS的霸主地位就成型了，并涉及了汽车、安防、工业等众多高端领域应用。在2015年当中，索尼CMOS 图像传感器销售收入达到 36.45 亿美金，占据了35%的市场份额。
三星在CIS领域也在这十年当中得到了快速发展。2013年，三星所发布了具有里程碑意义的ISOCELL技术。相比于BSI技术，ISOCELL技术能够减少30%的像素串扰，在设计集成化方面，ISOCELL还能够进一步缩小相机模块，让手机和平板电脑变得更加轻薄。
近些年来，三星为了减轻对存储产品的依赖，他也开始将CIS视为突破点。2018年12月，三星电子设备解决方案部门通过重组，在系统LSI部门下建立了一个“传感器业务团队”，负责LSI事业部内的CIS产品规划和销售，工艺研发由设备解决方案部门的代工部门完成。在CIS领域，三星也开始试图挑战索尼的地位，并开始向安防、汽车的等多个领域发力。为了加强其在CIS领域的竞争力，三星电子在图像传感器市场采用了两项策略，包括采用更先进制程技术，以及更具竞争力的订价策略。根据IHS Market在2019年发布的报告显示，三星在CIS领域已占有19.8%的市场份额，仅次于索尼之下。
在2010年到2020年的十年里，在CIS领域中，除了索尼和三星的逆袭外，也有一些国产厂商在这十年内得到了快速发展，包括格科微、比亚迪微电子、思特威等企业。国内CIS企业的发展，得益于近些年来中国市场对智能手机和安防方面的需求。尤其是在一些细分领域市场中，这些国内CIS企业也取得了令人瞩目的成绩。
除此之外，在这十年当中，CIS领域也发生了一起重大并购——2019年，韦尔股份并购豪威科技完成，成为全球第三，国内第一的CMOS光学传感芯片设计领域领先企业。此外，韦尔股份还持有思比科的股份。“韦尔+豪威+思比科”的效应，使得其在CIS领域的动作受到业界的关注。
受惠于智能手机三摄、四摄的趋势，CMOS图像传感器又迎来了供不应求的情况。由此，国内外的CIS企业也开始为抢占市场而进行扩产。扩产也成为了CIS厂商当下正在进行中的故事。
据《日本经济新闻》于去年10月的报道称，索尼将投入1000亿日元（约合人民币65亿元）在日本长崎建设用于智能手机摄像头等的半导体图像传感器新工厂，最早在2021年度投入运行。此外，索尼还在去年底宣布，公司决定将旗下高端CIS首度交由台积电代工。
韩国三星和SK海力士则通过将其原有的DRAM产线转为CIS产线，来扩大CIS的生产。
在国内方面，格科微与上海自由贸易试验区临港新片区管委会签订了合作协议，格科微拟在临港新片区投资建设“12英寸CIS集成电路特色工艺研发与产业化项目”，该项目将于2021年建成首期，项目全面建成后预计年产值将达到110亿元人民币。
此外，思特威也于今年与合晶签订了CIS代工合约，与合晶的合作可作为思特威的新代工产能来源，可让公司在CIS 领域的营运成长无后顾之忧。
在国内外厂商积极扩产CIS的同时，我们也应看到，在这场扩产狂欢背后的隐忧。
根据外媒报道称，由于受到COVID-19大流行的影响，韩国CMOS图像传感器公司PixelPlus面临从韩国二级交易所KOSDAQ退市的可能性。PixelPlus的首度崛起是因为手机的发展，但由于索尼和三星的强势进入，迫使PixelPlus美国交易所退市。而后，PixelPlus又凭借用于安防摄像机的图像传感器获得了回报，并于2015年成功在KOSDAQ上市。但由于中国CIS厂商能够提供性价比更高的产品，PixelPlus再次陷入了亏损的旋涡。
PixelPlus正在经历的事情，不仅为业界展现了CIS领域激烈的竞争，更是为业界展现出了CIS竞争中残酷的一面。在CIS扩产消息的背后，我们应该清楚地认识到，这些能够进行扩产的企业，都是在CIS领域中的佼佼者，或在某些细分领域占有龙头地位的企业。同时，我们也应该警惕，如果扩产会带来供过于求的情况，CIS厂商需要思考的是，如何在寒冬下赢得市场的青睐。
布局未来，是CIS厂商抢占市场的要素之一。从CIS市场发展情况来看，根据Yuanta Research在2019年发布的报告显示，2017年，智能手机应用占CMOS图像传感器销售额的62%，达 77.5 亿美元，但手机市场逐渐进入到相对饱和期，未来三五年，市场份额预计将在2022年降至45%。而在未来几年，汽车、安防监控、医疗、玩具/电玩与工业等将成为带动CMOS图像传感器高速发展的主要动力。
而无论是汽车、安防还是医疗等领域都在向智能化靠拢，因而，将AI功能赋予CMOS图像传感器或将成为下一个技术变革的关键。
在这个方面，索尼又为业界做出了表率。前不久，索尼宣布即将发布两个智能图像传感器，据说这是世界上第一个配备AI处理功能的图像传感器。在图像传感器本身上包括AI处理功能，可以实现高速边缘AI处理和仅提取必要的数据，这在使用云服务时，减少了数据传输延迟，解决了隐私问题，并降低了功耗和通信成本。新产品针对零售和工业设备行业中的各种应用，并有助于构建与云链接的最佳系统。
此外，由于人脸识别等功能的出现，3D感测在智能手机中的应用越来越被重视，其中，ToF的到来也促生了CIS的需求。Yole分析师Richard Liu表示：“由于使用了BSI技术，ToF传感器现在有了很大的改进。在成熟的生态系统中，它们还获得了成本优势。这就是ToF赢得Android手机制造商青睐的主要原因。”
用于消费电子的CIS产品为相关厂商带来了逆袭的机会，但由于消费产品的更新换代的速度较快，这也促使相关CIS厂商能够时刻保持警惕，及时升级其产品，避免被市场淘汰。同时，伴随着人工智能浪潮的到来，这场变革或许会促生其他领域对CIS产品的需求有所改变，而这改变，也许会影响某些细分CIS市场再次发生变化。
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