CIS芯片市場(chǎng)風(fēng)云再起：三星計劃挑戰索尼地位

圖像傳感器分為CCD傳感器和CIS傳感器兩大類(lèi)別，CCD傳感器主要應用于單反相機、工業(yè)應用等場(chǎng)景。CIS傳感器由于體積更小、成本更低等優(yōu)勢廣泛的應用于手機、汽車(chē)、安防、醫療等場(chǎng)景。

CIS芯片市場(chǎng)

在全球手機市場(chǎng)增長(cháng)放緩的背景下，手機攝像頭出貨逆勢增長(cháng)屢創(chuàng )新高。隨著(zhù)5G商業(yè)應用的到來(lái)，5G手機也必將迎來(lái)新一次換機潮流，相信攝像頭也將迎來(lái)新一輪爆發(fā)。根據調查研究，在軟硬件配置和操作體驗兩大維度中，攝像頭像素和拍照效果分別成為消費者選擇智能手機的第一要素。

智能手機發(fā)展的下半場(chǎng)，各廠(chǎng)商不約而同的選擇在拍照功能上進(jìn)行角逐 ——— 2016年為雙攝像頭爆發(fā)的元年，2019年則成為手機三攝像頭普及的大年。三攝配置在提升場(chǎng)景化適應能力上有著(zhù)質(zhì)的飛躍，面對遠距離拍攝場(chǎng)景，傳統的單個(gè)攝像頭方案拍照呈現效果較差，主攝+長(cháng)焦鏡頭相互配合能夠明顯改善用戶(hù)體驗。

某些CIS器件用于記錄可見(jiàn)光線(xiàn)，其他一些則屬于紅外（IR） 或近紅外（NIR）相機元件，記錄可見(jiàn)光的設備可提供識別周?chē)h(huán)境和物體的視頻流。而紅外CIS就包括最近越來(lái)越流行的面部識別相機，它們可以利用結構光在黑暗條件下識別人臉。

在目前的智能手機應用中，攝像頭模組占據了整個(gè)BOM成本的榜首位置。而在攝像頭模組中，CIS芯片又占據了成本的大頭，占比高達52%，屬于最貴的組件。（當然，CIS成本也要根據元器件的成像效果、像素、尺寸的不同，數據上會(huì )有一定差異。）作為攝像頭模組中最昂貴的零部件，CIS芯片的市場(chǎng)前景巨大。

CIS主要應用于圖像和視頻采集場(chǎng)所，集成于攝像頭模組之中。也就是說(shuō)，所有需要圖像采集的設備，都需要用到CIS芯片。典型的如手機攝像頭、安防攝像頭、汽車(chē)ADAS的視覺(jué)輔助攝像頭、醫療行業(yè)的X-Ray以及內窺鏡、甚至于指紋識別的圖像識別芯片等等，都需要用到CIS芯片。

從目前的CIS行業(yè)應用來(lái)看，手機領(lǐng)域的CIS應用占據了半壁江山，特別是手機逐步由單攝、雙攝，演進(jìn)到三攝、四攝，以及TOF面部識別、屏下指紋等新的功能，都刺激了CIS芯片的需求；同時(shí)，隨著(zhù)對攝像頭圖像精度要求的提升，分辨率和像素大幅躍進(jìn)，手機攝像頭演進(jìn)到了億級像素，對CIS芯片的性能要求也不斷提升。

其次為單反、汽車(chē)、工業(yè)、安防、電腦、醫療等領(lǐng)域應用廣泛，隨著(zhù)下游行業(yè)快速發(fā)展壯大，全球CIS市場(chǎng)需求持續增長(cháng)行業(yè)發(fā)展勢頭強勁。

未來(lái)幾年，隨著(zhù)車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智能汽車(chē)、機器人的應用普及，在車(chē)體或機器人的四周加裝4-8個(gè)CIS實(shí)現360度全景成像、線(xiàn)路檢測、障礙物檢測、防撞、自動(dòng)駕駛等功能的應用市場(chǎng)將快速發(fā)展。到2022年，汽車(chē)攝像頭用量將超過(guò)3.7億顆。預計到2021年，汽車(chē)在CIS芯片的市場(chǎng)占比將從目前不足5％提升至14％。

安防CIS芯片用量在2016年為1億顆，到2022年預計將增長(cháng)至3.2億顆以上，復合增速達21％。安防領(lǐng)域攝像頭目前1080P已經(jīng)成為主流，逐步向2K/4K發(fā)展，人臉識別及物體識別的需求興起，高分辨率成為發(fā)展的必然趨勢。

在手機多攝、車(chē)載、安防三駕馬車(chē)的拉動(dòng)下，CIS將保持高速增長(cháng)態(tài)勢，根據Yole Developpement的預測，2016至2022年間，CIS市場(chǎng)規模年復合增長(cháng)率高達10.5%。

CIS芯片原理

上圖中RGB紅綠藍的示意圖，就是CMOS圖像傳感器的位置。CIS芯片通過(guò)其上面的感光單元（感光二極管，Photodiode）接受光信號，每個(gè)感光單元對應一個(gè)像素單元。

CIS將接收到的光信號轉變成電信號，電信號的強度體現了不同光照的強度，以此原理，最終構成一幅色彩斑斕的畫(huà)面。

CIS的分辨率等于CIS的面積除以單個(gè)像素點(diǎn)的面積，手機內部空間是有限的，要想提升CIS的分辨率，一方面是提升CIS尺寸，另一方面是縮小每個(gè)像素的尺寸，這也是頂級旗艦機型的攝像頭配置追求的兩大方向。

隨著(zhù)CIS尺寸的增大和每個(gè)像素尺寸的縮小，手機后置主攝的分辨率也在不斷變大，從開(kāi)始的2M、5M、8M到12M、13M、16M、20M再到24M、32M、48M、64M。三星S20 Ultra甚至采用了108M的CIS，分辨率超過(guò)一億像素。

CIS芯片供應緊張

根據TSR的統計數據，2019年全球CIS的市場(chǎng)規模為159億美元，其中，銷(xiāo)售額口徑，索尼的市場(chǎng)占有率為 48%，排在行業(yè)第一，牢牢把握高端市場(chǎng)；三星市占率為 21%；豪威科技市占率7%；安森美、佳能等分列第四第五位。（其中豪威被國內的韋爾股份收購）

CIS產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋CIS芯片設計、制造和下游攝像頭模組三個(gè)主要環(huán)節。根據CIS芯片的設計制造模式不同，同其他芯片類(lèi)似，可分為IDM、Fabless、Fab-lite三種主要模式。

· IDM模式是指從設計到制造到封裝一體化的模式，由提供芯片產(chǎn)品的公司獨立完成，代表公司為索尼、三星、海力士等；

· Fabless模式是指純芯片設計模式，不參與芯片制造和封裝，代表公司為豪威、 格科微、思比科等；

· Fab-lite模式是指IDM+Fabless綜合，最核心或最擅長(cháng)的芯片品類(lèi)采用IDM模式，非核心或者競爭力稍差的芯片品類(lèi)采用Fabless模式，交給Foundry廠(chǎng)商來(lái)代工生產(chǎn)。代表公司為意法、安森美等。

高端CIS價(jià)值量高，是各大CIS廠(chǎng)商業(yè)務(wù)重點(diǎn)。高端、高分辨率 CIS，對廠(chǎng)商設計能力、制造能力要求很高，具有很高技術(shù)壁壘，目前只有索尼、三星、豪威具有48M以上CIS設計能力。

如今晶圓產(chǎn)能緊張，造成CIS芯片行業(yè)頻頻出現缺貨、漲價(jià)的局面?；仡?019年，受益于手機、汽車(chē)、安防監控等多領(lǐng)域需求同時(shí)爆發(fā)，CIS芯片供不應求，產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠(chǎng)商先后出現兩次大規模價(jià)格調整，漲幅一度逼近40%。

而今雖有疫情、中美貿易問(wèn)題等多方負面因素影響，卻依舊沒(méi)能打破這一局面，尤其當8英寸晶圓產(chǎn)能缺口進(jìn)一步擴大后，CIS芯片缺貨、漲價(jià)的聲音更是不絕于耳：近幾年，除了CIS芯片外，各類(lèi)中低端芯片的產(chǎn)品需求量增長(cháng)迅速，這也是8寸晶圓頻頻告急的重要原因之一。

為解決缺貨問(wèn)題，也有聲音指出可用12英寸晶圓進(jìn)行替代。然而芯片廠(chǎng)處于對產(chǎn)品利潤的考慮，中低端像素的CIS基本都是采用性?xún)r(jià)比更高的8英寸晶圓。這也表示在8英寸晶圓的新產(chǎn)能釋放前，中低端CIS芯片或許在長(cháng)時(shí)間內都處于缺貨的狀態(tài)。

晶圓緊缺導致制造成本增加，于芯片廠(chǎng)來(lái)說(shuō)基本屬于不可抗因素，另外在產(chǎn)能非常緊張的情況下，比漲價(jià)更讓大客戶(hù)在意的是能否按時(shí)交貨。

三星計劃挑戰索尼地位

在進(jìn)入到2010年后，由于CMOS成像技術(shù)不斷提升，消費型數字相機以及數字中片幅產(chǎn)品都廣泛采用CMOS，這些新的應用開(kāi)始推動(dòng)CIS的增長(cháng)，領(lǐng)先的CMOS圖像傳感器供應商之間的激烈競爭再次上升。在這十年當中，受惠于智能手機的風(fēng)潮，CIS領(lǐng)域再次發(fā)生了翻天覆地的變化。

這也讓索尼有了發(fā)展的機會(huì )。在這2010中，索尼宣布計劃投入400億日元，為“Exmor”和“Exmor R”CMOS圖像傳感器擴增產(chǎn)量。這兩款產(chǎn)品為索尼搶占CMOS圖像傳感器市場(chǎng)打下了良好的基礎。

相比于以往的CIS產(chǎn)品，前照式Exmor最大的變化是內置了ADC，該設計有效地減少了噪聲，降低了功耗，引領(lǐng)了行業(yè)將ADC集成到CMOS圖像傳感器中的風(fēng)潮。Exmor R則是背照式CIS，這也是世界上第一個(gè)可量產(chǎn)的背照式傳感器。它極大地提升了夜拍效果，而后iPhone 4S采用了索尼的這種產(chǎn)品。

2011年中，除了蘋(píng)果以外，還有大量高端旗艦手機轉投索尼的懷抱，從2011年后索尼傳感器就一路高歌猛進(jìn)。根據相關(guān)數據顯示，在2011年中，索尼CMOS圖像傳感器銷(xiāo)售中排名第三。

2012年中，索尼在圖像傳感器上實(shí)現了一次技術(shù)飛躍，其推出的第一個(gè)堆疊式CMOS圖像傳感器能夠將兩顆芯片堆疊在一起，采用這種方式讓智能手機制造商可以生產(chǎn)出比此前設備更薄的機型。而后，索尼在CIS領(lǐng)域中的市場(chǎng)份額不斷提升，甚至在2014年開(kāi)始出現了供不應求的情況。

2015年，索尼以1.55億美元收購東芝圖像傳感器業(yè)務(wù)，至此，索尼在CIS的霸主地位就成型了。

三星在CIS領(lǐng)域也在這十年當中得到了快速發(fā)展。2013年，三星所發(fā)布了具有里程碑意義的ISOCELL技術(shù)。相比于BSI技術(shù)，ISOCELL技術(shù)能夠減少30％的像素串擾，在設計集成化方面，ISOCELL還能夠進(jìn)一步縮小相機模塊，讓手機和平板電腦變得更加輕薄。

近些年來(lái)，三星為了減輕對存儲產(chǎn)品的依賴(lài)，也開(kāi)始將CIS視為突破點(diǎn)。在CIS領(lǐng)域，三星也開(kāi)始試圖挑戰索尼的地位，并開(kāi)始向安防、汽車(chē)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)力。為了加強其在CIS領(lǐng)域的競爭力，三星電子在圖像傳感器市場(chǎng)采用了兩項策略，包括采用更先進(jìn)制程技術(shù)，以及更具競爭力的定價(jià)策略。

在所有傳感器中，CIS器件的重要性日益突顯。隨著(zhù)消費者手中的智能手機開(kāi)始配備越來(lái)越多的攝像頭，這個(gè)曾經(jīng)用來(lái)“錦上添花”的功能如今已經(jīng)成為了各類(lèi)手機營(yíng)銷(xiāo)中的主要賣(mài)點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，在2017年iPhone X發(fā)布會(huì )上，蘋(píng)果只用了大約10％的時(shí)間來(lái)介紹其相機功能；而兩年后的iPhone 11發(fā)布會(huì )，全場(chǎng)有近一半（49％）的時(shí)間都在介紹其相機功能如何強大。

不論是低、中、高端的CIS芯片，今年的需求很難出現爆發(fā)性增長(cháng)。作為行業(yè)龍頭，有消息稱(chēng)，索尼由于手機市場(chǎng)需求減少，下調了CIS在2020財年的銷(xiāo)量額預期。據其預測，2020財年（2020年4月-2021年3月），CIS銷(xiāo)量額將同比下降11.8%。

在CIS傳感器市場(chǎng)上，三星的最新份額在21.4%，索尼則占據了44.2的份額，依然是第一，但三星的份額在提升，索尼的份額實(shí)際上在下降，三星一直希望能夠挑戰索尼，特別是當前智能手機攝像頭越來(lái)越多，像素數也在大幅增長(cháng)。

三星近年來(lái)首發(fā)了1億像素CIS傳感器，目前已經(jīng)得到了市場(chǎng)認可，訂單正在不斷增加中，三星計劃將一條內存生產(chǎn)線(xiàn)轉產(chǎn)CIS芯片。據韓國經(jīng)濟引述業(yè)界消息表示，三星電子將于2021年將一座DRAM廠(chǎng)轉換成用以生產(chǎn)CIS，預計屆時(shí)CIS產(chǎn)量將較目前提升約20%，威脅龍頭Sony市場(chǎng)地位。

目前三星的CIS傳感器芯片產(chǎn)能是每月10萬(wàn)晶圓，每年營(yíng)收大概是42.6億美元，內存生產(chǎn)線(xiàn)轉產(chǎn)之后會(huì )提升到每月12-13萬(wàn)片晶圓的水平，與索尼每月13.7萬(wàn)晶圓的產(chǎn)能差距大幅縮小。目前1.08億像素以上的CIS訂單增加，2020年第三季度三星CIS市占率約21%，落后Sony的44%市占率，擴大生產(chǎn)有助于追趕落后差距。

對于三星緊追其后，Sony決定投資9億多美元于日本長(cháng)崎縣工廠(chǎng)旁興建CIS新廠(chǎng)。日媒報導指出，Sony日本有4間工廠(chǎng)生產(chǎn)手機用CIS。原本Sony規劃2021年3月前提升月產(chǎn)量至13萬(wàn)片，不過(guò)之后又將月產(chǎn)量目標提高到13.8萬(wàn)片，且期望2025年CIS全球市占率一舉提升至60%。

另一方面，美國強力制裁華為使近期華為手機市占率大幅滑落，獨家供貨商Sony連帶受到影響。反觀(guān)三星CIS客戶(hù)像是小米等，最近反因此受惠市占率上升。

在CIS領(lǐng)域中，除了索尼和三星外，也有一些國產(chǎn)廠(chǎng)商在這十年內得到了快速發(fā)展，包括格科微、比亞迪微電子、思特威等企業(yè)。國內CIS企業(yè)的發(fā)展，得益于近些年來(lái)中國市場(chǎng)對智能手機和安防方面的需求。尤其是在一些細分領(lǐng)域市場(chǎng)中，這些國內CIS企業(yè)也取得了令人矚目的成績(jì)。

2013-2019年全球CIS出貨量年均復合增長(cháng)率為15.2%，銷(xiāo)售額年均復合增長(cháng)率為13.1%，均呈現快速增長(cháng)態(tài)勢；2019年全球CIS出貨量達到60.9億顆，銷(xiāo)售額達到154.7億美元。預計到2024年，全球CIS出貨量將達到100萬(wàn)顆以上，銷(xiāo)售額將達到230億美元以上。