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的需求量也非常可觀。

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）。可見，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。

結語

全球CIS市場在2019年高漲，在2020年出現了短期的低迷，進入2021年，該市場又恢復了往日的生機，無論是需求、產能，還是技術創新，都備受關注。CIS的未來更加值得期待。

編輯：jq