CIS的黄金十年回顾

来源:内容由半导体行业观察(ID:icbank)原创,作者:蒋思莹,谢谢。

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。

(图片来源:ICinsights)

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。

二十年前的故事

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。

这十年的故事

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。

正在进行的故事

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。

以后可能会发生的故事

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。”

结语

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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