近兩年，隨著AI智能手機風靡市場，AI技術賦能下的各種創新應用也正迅速普及全球用戶。但要進一步提升應用水平和用戶體驗，實現軟硬件性能協同並進，強大的攝像頭硬件加持尤為關鍵，受惠於此，近年來市場對紅外、可見光以及3D等各類攝像頭模組需求量也持續攀升。作為攝像頭模組中的一大關鍵零組件，CIS（CMOS圖像傳感器）的應用及市場也迎來了新一波的“熱浪”，加速智能手機產業邁入“真AI”時代。
AI手機成攝像頭產業最大風口 CIS市場持續受益
2017年以來，在華為、蘋果等巨頭的引領下，AI智能手機市場十分火熱，各大手機品牌的蜂擁而入，形成一片百舸爭流的壯觀景象。2018年，AI手機市場依舊熱度不減，深圳市匯威智能科技有限公司總裁古勇在接受本刊採訪時就表示：“如今的智能手機市場，AI的排位戰已經打響。現在不管是手機品牌廠商還是整個供應鏈廠商，大家都意圖在AI這條路上爭奪地盤，搶佔市場先機。”
深圳市匯威智能科技有限公司總裁古勇
據業內專業機構統計，2017年，全球AI手機的出貨量超過6700萬部，滲透率達到4.4%。2018年在三星、谷歌、oppo、vivo及小米等越來越多主流大品牌的推動下，AI智能手機出貨量有望超過2.7億部，滲透率也將突破18%，2020年可望達到45%，成為智能手機市場上絕對的主流。
AI手機市場的爆發，帶動越來越多人工智能類應用普及的同時，也使得手機產業對攝像頭模組的需求快速增長。從應用端來看，當前市面上的AI手機應用主要是以攝影優化、識別、認證、社交以及AR平臺幾類為主，這些應用都需要用到手機攝像頭。典型的比如攝影優化，需要手機攝像頭輔以AI智能優化算法，實現智能美顏、濾鏡及對焦等功能；此外，在人臉識別、識圖購物等越來越多的創新應用中，手機攝像頭的功能更重要的是作為一個信息輸入的載體，比如人臉識別及AR類應用就特別需要用到3D攝像頭來進行面部特徵點識別比對，再通過圖像處理及AI算法優化，從而實現人臉識別認證、AR表情以及圖像生成等功能，這對AI手機的重要性不言而喻。因此，儘管2017年智能手機市場的增速逐步放緩，但攝像頭模組的需求卻在持續攀升，出貨量增長接近6%，且隨著雙攝手機滲透率逐漸超過20%，攝像頭市場需求也同比增長280%。
無論是3D攝像頭還是其他攝像頭成像，CIS都是起到關鍵作用的零組件，業內某資深人士告訴記者，在手機智能拍攝應用中，CIS主要提供高分辨率和高感光度，例如Dual PD、四合一像素，都是兼顧了像素高解析度和暗態高感光度的方法。還有就是提供PDAF相位快速對焦，幫助實現圖像快速對焦、校準以及OIS光學防抖穩定等，此外HDR也是CIS貢獻的一個方面，主要比對的是圖像質量參數、信噪比、暗電流、功耗以及高速輸出圖像幀率等。
深圳市盛科創新電子科技有限公司技術市場經理於皓
因此，整個2017年，CMOS圖像傳感器銷售額中有62%都是用來滿足智能手機拍照的需求，深圳市盛科創新電子科技有限公司技術市場經理於皓表示：“智能手機設備數量接近飽和的確已成為手機元器件產業鏈的一大潛在威脅，但對於CMOS圖像傳感器產業來說，移動市場仍是當前的一大關鍵市場。一方面是由於每個手機對攝像頭數量配置的增長起到了一定的補償作用，比如快速普及的雙攝以及日漸興起的三攝；而另一方面，則是因為各大AI手機及相關應用越來越多的出現，使得手機圖像傳感及處理功能的可應用範圍也越來越多，進而帶動此類應用中起到關鍵作用的3D等攝像頭產品的出貨增長。目前的解決方案中，無論是哪種方案的3D模組（結構光或ToF），其內部需要的CIS器件都比其他攝像頭模組要更多一些，比如結構光方案中一般都需要兩到三個、雙目的話一般都需要四個負責不同功能的CIS。”這也是近兩年CMOS圖像傳感器市場仍能保持著業內預估的10.5%左右的增速的重要原因。
“與去年同期比對，今年上半年我們在手機CIS業務方面的增長也比較穩定，達到了此前預期的營收水平，出貨方面主要以13/16M的產品為主，且24/32M的出貨相比去年也有了相當程度的增長。未來，隨著蘋果及三星等越來越多的廠商陸續推出三攝機型，加之手機3D成像市場的興起，相信都會推動CIS器件的需求，尤其是中高端類CIS產品。”於皓進一步補充到。
從背照式到堆棧式：手機CIS由“量”向“質”轉變
除了對“量”的需求持續高漲以外，站在產品及技術的角度來看，智能手機在應用層面上的升級，也令市場對CIS器件的高幀速率、高像素、寬動態、暗態以及功能性等“質”方面提出了更高的要求。由於從技術及性能表現方面來看，AI手機“軟實力”的升級過於迅速，以至於普通的背照式（BSI）CIS在滿足各式各樣的創新應用上有些力不從心，硬件方案亟待升級。因此，在背照式CIS的基礎上，近年來不少頭部廠商也相繼推出了堆棧式方案的產品，大力推動CIS從“量”向“質”快速轉變。
事實上，從2015年起，全球主要的CIS廠商在背照式產品上的投入比重就已開始逐年下滑，相應的產量也不斷減少。2016年，越來越多堆棧式方案的湧現，推動了背照TSV（硅通孔）堆棧及混合堆棧式CIS產量大幅增長。如今，堆棧式方案的產量及市場份額也逐年增加，以至於業內對堆棧式替代傳統背照式CIS的呼聲越來越高。
究其原因，主要是隨著應用端對畫面像素及其他性能需求的持續提升，傳感器也正逐步受限於CIS的面積與感光二極體的大小。如果仍採用單純的背照式結構，要提升CIS的畫素就需要增大器件的尺寸，但顯然成本也會成倍增加，僅僅為了提升畫素這一個性能顯得有些得不償失。因此，在不增大CIS尺寸的情況下，廠商更偏好於通過提升CIS效率（例如進光亮、光的消耗率等）以及強化CIS以外的部分，來達到強化整體的影像品質的效果。
但這種方式實際上也難以達到廠商的預期，大多數情況下還是會犧牲很多其他方面的性能，以換取某個單一性能水平的提升，於皓表示，堆棧式方案則可以很直接的解決這類問題，這種結構能夠將像素區和處理電路分別製作在兩塊晶圓上，處理電路可以移動至像素下方進行貼合，這就可以在不增加器件尺寸的情況下，使得傳感器上能集成更多的像素，進而提升畫素等相關性能。此外，由於像素區和電路區是彼此獨立的，廠商也可針對像素及電路部分分別做畫質和性能優化，在全面提升器件性能上有了更高的設計靈活度，而且之間互不干擾。比如索尼最新的CIS器件就採用了這種類似的堆棧式結構，大幅減少了市面上廣泛存在的CMOS圖像傳感器讀取時延導致的焦平面失真問題，從而具備了全局快門功能。
不過，堆棧式結構的產品在生產成本及工藝難度上相比單純的背照式要更高一些，於皓表示，比如需要更為先進的封裝和生產設備，以及在產品良率上也比較難保證，工藝控制方面也需要耗費更多的資源和成本。因此，目前市場上主要還是以背照式CIS產品為主，而堆棧式比較集中分佈於部分中高端類產品線，比如24、32M甚至更高的48M這些品類。而更多的中低端市場由於看重性價比、產量及出貨量，現階段還是以背照（非堆棧）式CIS為主，因為這類產品生產技術相對成熟、風險小且良率高，市場需求量也比較大，正好符合中低端智能手機市場的特性。但可以預見的是，未來隨著廠商在工藝和成本等方面逐步實現優化，堆棧式產品的產量及出貨量也會進一步增長，逐步向中低端應用場景下沉也是大勢所趨。
手機CIS戰場“格局初定” 低端市場成“兵家必爭之地”
因此，隨著CIS“質”與“量”的雙向升級，加之智能手機端各類創新應用的湧現，手機CIS市場的“雪球”無疑會越滾越大，這也勢必會吸引更多的廠商投入到圖像傳感器的生產、開發以及銷售隊伍中來。即便廠商無法成為技術的領頭羊，但依舊能在龐大的市場中分一杯羹。
就目前來看，全球範圍內索尼與三星仍然是該領域的佼佼者，2017年兩家企業分別坐擁28.3%和25.4%的市場份額，索尼穩佔高端智能手機市場，而三星憑藉自身龐大的手機出貨量加之高中低CIS產品全線覆蓋的能力，拿到了手機CIS市場老二的位置。進入2018年，兩頭部廠商的市場佔比也開始發生變化，據韓國最新的一份研究報告顯示，智能手機領域索尼目前已坐擁46%的市場份額，而三星份額則下降到了19%，業內認為主要是因其高端手機在中國這一主要市場的銷量慘淡，加之過去對中低端手機市場的不重視所致。
不過，最近三星內部正在進行組織結構調整，開始重振中低端手機業務，同時其在印度的諾伊達工廠也於7月9日剛剛落成，未來將專注於生產中低端智能手機。預計下半年，隨著三星中低端手機產量及出貨量的增加，中低端手機業務也會為該公司的CIS產品貢獻更多的市場份額，有望進一步追趕並縮減與索尼之間的差距。
國內戰場，智能手機CIS領域主要以北京豪威、格科微、思比科以及比亞迪微電子等廠商為主。但是，目前格科微做不了中高端產品，比亞迪微電子雖然佔據著優勢資源，也在持續耕耘中低端產品線，但據業內披露實際上其近兩年CIS芯片的出貨量並不大，主要是用來供應自身的ODM項目。不過，於皓強調，低端CIS市場的入局門檻相對偏低，出貨量也比較可觀，加之三星也越來越重視這塊市場，同時目前也有越來越多有資本實力的廠商及新興企業投入這一市場，該領域儼然已成為“兵家必爭之地”，競爭將會日趨白熱化。
而在高/中/低端領域，目前國內只有豪威科技能夠實現產品線全線覆蓋，並佔據相對較高的市場份額。手機產品線上，據某業內資深人士透露，豪威現正配合有優勢的國內Fab和有性價比競爭力的Fab做“16-24-32M”及“2-5-8M”的一高一低兩條線發展，新品方面也正在研發頂級的48M/0.8um像素的產品，強化高端產品線優勢。其他方面，目前豪威量產的13M及16M產品的性能指標已能夠看齊索尼的同類產品型號，出貨量也非常大，市場佔有率上除了蘋果和三星手機以外，在其他品牌的手機領域，主流的CIS尤其是13/16M的產品豪威的市佔率已做到第一。
但與索尼和三星兩大巨頭相比，國內廠商在綜合實力方面還存在一定差距。索尼在技術開發、佈局時間、Fab以及圖像平臺等綜合實力方面佔據著絕對領先優勢，除此之外也是手機大鱷蘋果以及國內華為、Oppo及Vivo旗下高端機型的CIS供應商，出貨量非常大；而三星則藉助集團產品LCD/memory以及Fab產能、價格戰略方面的強大實力，加之在全球佔優勢的智能手機業務，在CIS市場上也能穩超勝券。綜合比較之下，無論從技術、資源還是產品線等方面看，國內廠商想要與這兩大頭部玩家競爭仍存在不小難度，未來還需要在產能及產品線上打牢基礎、多下功夫。
總之，隨著AI技術向終端側快速普及，手機領域未來也將湧現出越來越多的“真”AI創新應用，這也將進一步敞開手機CIS市場的大門。編者認為，在產品及技術創新層面上，加大布局堆棧式及更多創新技術方案的產品線是眼下的重點，這對國內廠商發展更高性能及性價比產品，打入更多主流手機巨頭供應鏈贏得市場競爭優勢尤為關鍵。市場層面上，對於豪威及格科微這類深耕CIS領域多年的本土廠商來說，加速發展並壯大中高端CIS產品線十分必要，一方面能夠緊跟行業頂層技術發展步伐，保障自身在技術及產品上的核心競爭力的同時也能搶奪更多的市場話語權；另一方面，相比低端領域，中高端市場的產品利潤更為豐厚，對於廠商未來業務的可持續發展以及轉型到車載、AR及更多其他市場也是大有裨益的。
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