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關于Camera sensor產業性能分析介紹

lC49_半導體 ? 來源:djl ? 2019-09-04 11:24 ? 次閱讀

現在智能手機的亮點越來越少,八核,FHD+的全面屏,AMOLED,大容量內存,大家千篇一律。最大的亮點和變數都在拍照里了。

最強拍照手機之爭

最近發布的幾款手機被關注最多的焦點就在拍照上了。首先是Google最新親兒子Google Pixel 2在DxOMark手機相機評分榜上碾壓iPhone 8和Galaxy Note 8,拿下史上總分最高分:98。緊接著華為Mate 10 Pro和Apple的iPhone X則在這個榜單上拿下了總分97分 第二好的成績。

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而在拍照(Photo)方面,華為Mate 10 Pro 的100分剛超過Pixel 2的99分沒多久,就被iPhone X的101分反超。

從DxO的評測標準可以看出,拍照時無論是曝光,對比度,色彩,紋理,自動對焦,還是閃光燈方面都是Pixel 2表現最好。而Mate 10強在去噪和色彩能力上。而iPhone之所以排名第一,主要是其支持光學變焦,景深做的好,偽像處理最好,從而在拍照時總分第一。

不過一臺手機的Camera性能取決于多個方面,比如Camera sensor的選型,模組的制作,平臺選擇,ISP選擇,后期ISP處理能力,主客觀調試等等。而今天我們重點談談Camera sensor的供應商。

Camera sensor供應商

1. Sony

憑借在數碼相機,單反相機領域的多年沉浸,Sony毫無懸念是camera sensor供應商里的第一名。Sony也是Apple這幾年在Camera sensor上唯一供應商。

由于有自己的Fab,Sony不僅有超強的設計能力,其sensor的工藝能力也為其性能帶來了強勁的支撐。這也使得其他家很難超越Sony。

而憑借其霸主地位,Sony在Sensor定價方面很有說話權,也是為數不多會發生缺貨漲價的Sensor。為了避免缺貨,Sony一方面積極增加產線,另一個面也通過收購Toshiba增加其生產能力。

當然Sony也并非沒有犯過錯誤,早些年推出的RGBW sensor就在華為某旗艦機上的某些場景下會出現摩爾紋。

另外Sony相對來說過于保守,不愿意第一個吃螃蟹。這也是為什么最早Apple iPhone用的Sensor都是OV的,而此次結構光上用到的IR sensor也沒有看到Sony的身影。

2, Samsung

這兩年Samsung奮起直追,并在Samsung mobile上被廣泛應用。

Samsung最大的優勢就是有自己的Fab廠。并且由于Camera sensor不需要最新的生產工藝,Samsung甚至會采用被Memory淘汰下來的舊工藝Fab先來生產camera sensor。由于這樣的產線折舊費早已抵消,使得其生產成本非常低廉。

Samsung目前策略就是減少Sensor型號,主攻大客戶來迅速占領市場。很多品牌客戶擔心被Samsung卡住脖子,所以使用都會很很謹慎。不過AMOLED和Memory是Samsung的兩大法寶,通過與這兩個產品的配合,很多品牌客戶也不得不選擇采用一定的Samsung Camera。

3. OV

這兩年OV也成為中國資本市場上變化最大的公司。先是被中國財團收購,從美國納斯達克下市。然后又被北京君正收購,以失敗告終。再后來上海韋爾半導體也來收購OV,最終因大股東反對,也以失敗告終。但由于上海韋爾半導體已經收購大多數股票,韋爾股份董事長虞仁榮也順勢出任北京豪威的董事長。至于收購OV事宜則暫時告一段落。

在2011年以前,OV無疑是手機Camera sensor的市場老大,并且也是Apple的供應商。但隨著Sony,Samsung進入手機Camera sensor領域后,OV在13M以上的高端市場上無法競爭過對手。而在2M以內的低端市場上,Galaxycore和Superpix咄咄逼人,使得其目前主要市場都在5M/8M/13M市場上。不過,通過跟SuperPix的深度合作,相信OV也會在低端去和Galaxycore較量。

當然OV在Camera Sensor上也是有很多創新的。比如BSI最早是OV提出的,但由于沒有自己的Fab,被擅長工藝的Sony超過。另外這兩年OV也積極布局非手機sensor,比如結構光上采用的Global shuttle sensor,視頻監控sensor,OV的占有率都是很高的。結構光的sensor 除了Apple采用ST的外,其他市場基本都是OV所占據。

沒有Fab是OV最大的軟肋,也是其被Sony和Samsung反超的主要原因之一。如何改變這個問題,就看韋爾收購后,有多大決心去做Camera sensor這個市場了。

4. Galaxycore

目前是國內sensor出貨量最大的公司,不過之前主要出貨都是低端產品。2017年由于OV開始主打8M以上的市場,Galaxycore在5M,8M上的性能也有了很大的突破,使得Galaxycore在5M,8M上取得了不小的市場份額。

Galaxycore在sensor上兩大強項:Cost down和生產工藝。所以Galaxycore最早推出了反常規的COM工藝,幫助客戶最快最短時間生產標準化的模組。 目前COM也有了一定的市場份額。

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另外一方,同樣沒有Fab的Galaxycore通過與Samsung深度合作,一方面可以降低sensor成本,另外一方面可以在工藝上與Samsung深度配合,在5M以上產品上,提高性能。

5. SK Hynix

通Samsung一樣,同樣可以利用Memory淘汰下來的Fab來降低Sensor的成本。價格和產能都是其他家沒有的優勢。

不過SK Hynix 主要聚焦做大品牌客戶,并希望在5M/8M/13M 產品上發力,所以目前在山寨市場上出現比較少。在Sensor缺貨的時候,有自己Fab的SK Hynix 的優勢就會發揮出來。

6. SuperPix

國內老牌Camera sensor供應商。在2M 市場上,還是很大的市場份額,但是5M以上的產品技術一直沒有開發出來。

通過跟OV的深度合作,獲得OV 5M/8M的技術支持,或許有機會在高性價比市場上獲得一定的翻身。不過若真想取得更多的市場份額,苦練內功才是真王道。

7. Himax

一家比較有想法的Camera sensor公司。2014年就提出類似4in1 概念,但是8M的sensor 只有2M的效果,還要8M的價格,使得并沒有客戶采用。后來Himax最早做出來RGBIr的sensor,苦于可以支持ISP太少,效果不佳無疾而終。

所以性能上不去和價格成本高一直也制約著Himax的發展。

今年Himax另辟蹊徑,與Qualcomm 深度合作,開發結構光相關的DoE,Lens等產品,再由Truly做成模組,最終為客戶提供結構光的Total solution。不過鑒于Himax之前幾年在Camera Sensor的性能表現上來看,小編對其可量產的時間表示謹慎態度。

8. BYD

在Camera sensor領域耕耘數年,目前主要的量產產品還是集中在2M以下。

9. SETi

韓國的老牌Camera sensor供應商。曾經在手機Camera sensor領域市占較高,2010年一個月出貨量也達到了10~12M每月。但由于后來技術停滯不前,導致被市場淘汰。這兩年SETi 又開始征戰Camera sensor市場,但已代理Samsung sensor為生,后續的狀況不容樂觀。

10. OnSemi (Aptina,Micron)

是一家公司名很多的sensor公司。最早是Micron旗下名為Aptina的負責CMOS sensor的業務部門,后獨立出來,再后來被OnSemi收購。

曾經在Camera sensor供應商里也是非常牛的公司,但可惜對sensor市場的變化準備不足,這些年基本沒有什么聲音了。

11. Toshiba

Toshiba曾配合Nokia,開發了手機上最大像素的Camera sensor,41M 的 sensor,用于Nokia 808項目。其面積之大讓人瞠目結舌。

不過同Aptina,ST一樣,這幾年慢慢失去了市場。2015年Sony收購了準備發力的Toshiba,從此Toshiba也退出來Camera sensor的歷史舞臺。

12. ST

曾經是Nokia首選供應商之一,長期與Nokia合作。并配合hTC,開發出了當時最大pixel 2.0um的4M sensor。在當時其他機型都在拼高像素時,這款機型帶來了不小的震撼。但由于像素太低不被市場接受。后來其他Sensor 開發了類似尺寸,但是是4in1的芯片,號稱是16M像素,而被廣泛應用于旗艦機的前攝項目里。想來ST也是很可惜。

后來做這個sensor的***團隊都轉型做ToF,使得ST在ToF領域占有率很高。

ST目前基本已經放棄了Camera sensor領域,而轉戰做ToF,以及為Apple做結構光傳感器

從技術上來看,后續Camera sensor的主要發展方向有幾種

1. 小pixel

做小pixel,有幾個原因:

一方面,Camera sensor 在往高像素發展的時候,最大的瓶頸就是尺寸過大。而減小尺寸的方法則是將pixel 做小。目前常規的pixel 都是1.12um,到了16M的時候,開始出現了1.0um。而Sony,Samsung,OV在做24M時,都選擇了0.9um pixel。

另一方面,Dual PD的工藝要求Sensor供應商要將一個1.4um或者1.28um pixel 一分為二,成為0.7umx1.4um或者0.64umx1.28um的pixel。

所以小pixel的研發很重要。但做小pixel 后,由于進光量會變小,所以暗光效果會差一些。目前Sensor供應商的做法都是將pixel做深,通過深度換取更多的進光量,從而彌補進光量不足的問題。

2. Dual PD

Dual PD價格昂貴,之前主要是Samsung mobile在采用。今年有兩款機型也采用了Dual PD,值得關注。一個就是Google Pixel 2后置Dual PD,另外一個就是VIVO X20 前置Dual PD。Google Pixel 2 用 Dual PD 實現了雙Camera才有的景深虛化溝通,而VIVO X20 則用Dual PD實現了人臉解鎖功能。之所以可以這樣做,得益于Dual PD技術是將一個Pixel 一分為二,相當于每個像素都是一對雙攝。Dual PD可以輸出一個正常的圖加每個像素點的相位差,通過相位差可以計算出一個簡單的景深圖(depth map)。所以VIVO X20 通過depth map,可以防止照片的欺騙。而Gogle Pixel則利用這個景深圖實現了虛化功能。

不過由于Dual PD技術是一個pixel 一分為二得來的景深,比Dual Camera的兩個camera的間距小很多,所以景深信息不如Dual Camera 準確,尤其是大于70cm時,景深效果會變得很差。

3. 2x1 OCL(on chip lens)

是一種有機會取代PDAF的技術。一般的PDAF是將某個區域內的兩個pixel各遮擋一半,來判斷這個區域的距離,從而進行快速對焦。而2x1 OCL技術是將兩個相鄰的pixel 的chip lens共用,將光線同時打到相鄰的photo diode(成像二極管)上,最后計算出距離實現快速對焦。

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根據Sony的數據,2x1 OCL技術可以在更暗的光線下實現對焦,對焦速度快于PDAF技術,而功耗則低于Dual PD。

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4. 4cell 技術

由于像素變小后,暗光效果差,所以sensor供應商在做1.0um以下sensor時,會同時推出4cell技術的版本。正常的sensor pixel 排列都是Bayer pattern(如下左圖),而4cell技術則是如下右圖。

一般使用方法就是在暗光下,將4個1.0um pixel 合并成一個2.0um pixel,16M變成4M。而在光線好的情況下,則將4 cell pattern通過轉化,輸出正常的16M bayer pattern的圖像。

這樣的camera senosr 目前主要用于前置Camera。

總結

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通過上圖的對比可以看出國內供應商與國外供應商的差距:

首先國內供應商都是與fab廠配合開發sensor,沒有自己的fab。而排名第一,第二個Sony和Samsung都是自己的Fab。

目前高端的,大于13M以上的sensor,主要還是有Sony和Samsung供貨,當然由于雙攝的帶動,今年OV在13M以上也獲得了不少市場份額。

而在小Pixel的開發上,國內OV開發到了0.9um,Galaxycore則開發到了1.12um。而SuperPix和BYD與韓國Dongbu合作,只開發出了1.4um的工藝,所以無法開發出需要用1.12um pixel的8M以上產品。

小Pixel工藝的開發需要Sensor廠和Fab廠的深度合作,國內sensor供應商沒有自己的Fab則是硬傷。而且有自己的Fab,產品價格和供貨都有得天獨厚的優勢。國內的Sensor公司OV和Galaxycore后續發展,Fab的選擇甚至自己建Fab都會變得很重要。

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