| 圖像傳感器的制勝關(guān)鍵
在今年的CES上，拉斯維加斯斥資23億美元建造的新地標Sphere，受到了廣泛關(guān)注。Sphere在劇場(chǎng)內安裝了一個(gè)世界最大的高分辨率LED屏幕，以球幕形式包圍觀(guān)眾席頂部與四周，以提供沉浸式視覺(jué)環(huán)境。打造沉浸式視覺(jué)環(huán)境已成為下一代娛樂(lè )設施的主流趨勢。屏幕顯示技術(shù)以及各類(lèi)傳感器的進(jìn)步為沉浸式視覺(jué)提供了良好的基礎。最新報道顯示，意法半導體（以下縮寫(xiě)為ST）成功打造了世界上最大的圖像傳感器，為Sphere的落地提供了助力。隨著(zhù)ST公布該傳感器的新細節，有關(guān)CMOS圖像傳感器（CIS：CMOS image senor）的競爭也逐漸顯露。
大尺寸CIS的競爭：汽車(chē)、高端手機市場(chǎng)的爭奪戰
智能手機帶給了CIS十年的黃金增長(cháng)期。智能手機是CIS最大的應用領(lǐng)域（約占七成市場(chǎng)）。由于過(guò)去兩年手機市場(chǎng)低迷，導致該種類(lèi)的CIS市場(chǎng)不景氣，直到去年年底手機CIS庫存結構才有所好轉。雖然近期市場(chǎng)關(guān)于CIS價(jià)格上漲的消息不斷，但手機CIS市場(chǎng)已經(jīng)趨于成熟，頭部企業(yè)優(yōu)勢明顯，目前的市場(chǎng)格局很難被打破。
汽車(chē)領(lǐng)域是目前CIS廠(chǎng)商的必爭之地。目前，索尼、三星等手機CIS龍頭企業(yè)正在向車(chē)規級CIS發(fā)展，安森美等傳統汽車(chē)傳感器龍頭也緊盯這塊市場(chǎng)。卷技術(shù)、卷價(jià)格，已然成勢。因此，對于其他CIS廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，尋找一個(gè)合適的應用市場(chǎng)突破，是他們爭奪到更多市場(chǎng)份額的“捷徑”。打造沉浸式娛樂(lè )平臺是一個(gè)契機，大尺寸CIS在其中充當了重要的角色。CMOS底面積越大，進(jìn)光量越高、噪點(diǎn)越少、成像質(zhì)量越好。大尺寸、下一代沉浸式顯示器對視頻捕捉提出了具有挑戰性的要求。顯示器的尺寸和分辨率的組合需要詳細的圖像分辨率，同時(shí)也會(huì )暴露圖像中的缺陷。這需要傳感器在能夠創(chuàng )建非常高分辨率圖像的同時(shí)，保持圖像具有高質(zhì)量、低噪聲以及高動(dòng)態(tài)范圍。為解決這些挑戰，在與Sphere的合作中，ST在傳感器級別進(jìn)行圖像縫合，利用“拼接”技術(shù)創(chuàng )建了一個(gè)巨大的2D縫合316兆像素CMOS圖像傳感器，用以捕獲18Kx18K視頻。顯然，ST宣布為Sphere打造出世界上最大的圖像傳感器，是向更多終端廠(chǎng)商展示ST在CIS領(lǐng)域，尤其是在大尺寸CIS領(lǐng)域的實(shí)力。大尺寸CIS的應用不僅限于打造類(lèi)似于Sphere這樣的巨型屏幕，高端手機市場(chǎng)、VR/AR等消費電子市場(chǎng)也存在對大尺寸CIS市場(chǎng)的需求。廠(chǎng)商在特定市場(chǎng)展示出來(lái)的實(shí)力，最終會(huì )傳導至通用市場(chǎng)，之后逐漸延伸進(jìn)入到各個(gè)行業(yè)中使用。目前大尺寸CIS市場(chǎng)格局還未成熟，圍繞該領(lǐng)域的競爭將成為未來(lái)相關(guān)廠(chǎng)商的重點(diǎn)。
成熟工藝的新生命：在新興應用中的價(jià)值
ST這枚全球最大的圖像處理器采用65nm工藝制造，是成熟工藝賦能新興市場(chǎng)應用的又一佐證。CIS通常采用成熟工藝。一方面是因為成熟工藝經(jīng)過(guò)了長(cháng)時(shí)間的驗證和改進(jìn)，更加可靠，有助于確保圖像傳感器的穩定性和一致性。另一方面，通用圖像傳感器產(chǎn)品通常需要較高的產(chǎn)能，尤其是在應對消費電子市場(chǎng)的大規模需求時(shí)，成熟制程的高產(chǎn)能有助于滿(mǎn)足這些需求。目前，全球頭部CIS企業(yè)的主流產(chǎn)品均是成熟工藝制程。成熟工藝在賦能新興應用方面發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。對于汽車(chē)、醫療設備等需要長(cháng)期運行和高一致性的應用領(lǐng)域，成熟工藝一直是主力擔當。通過(guò)長(cháng)期驗證和優(yōu)化，成熟工藝提供了一系列優(yōu)勢，包括成本效益、高產(chǎn)能、快速上市、產(chǎn)品穩定性和市場(chǎng)認可度。這使得新興應用能夠在競爭激烈的市場(chǎng)中更好地滿(mǎn)足用戶(hù)需求、提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)降低制造成本。制造商在選擇工藝時(shí)，成熟工藝的這些優(yōu)勢使其成為一種可行的、值得考慮的制造選擇，特別是在注重規?；?、成本控制和市場(chǎng)迅速響應的新興應用領(lǐng)域。同時(shí)，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，采用成熟工藝的芯片也可以通過(guò)堆疊等方式來(lái)提升產(chǎn)品性能，以實(shí)現比擬先進(jìn)工藝的性能的例子越來(lái)越多。在成本更低的優(yōu)勢下，這使得成熟工藝的應用場(chǎng)景更加廣泛。
成熟工藝的競賽：全球廠(chǎng)商競爭激烈
圖像傳感器廠(chǎng)商在設計芯片架構時(shí)不但需要充分考慮芯片整體性能以確保各個(gè)指標平衡，而且需要將研發(fā)與下游代工廠(chǎng)的工藝特點(diǎn)結合。很多頭部圖像傳感器廠(chǎng)商也將芯片制造能力視為是該類(lèi)芯片競爭的關(guān)鍵要素之一。打造圖像傳感器的成熟制造能力成為了業(yè)界的新焦點(diǎn)。從市場(chǎng)格局看，幾乎所有的IDM企業(yè)的產(chǎn)線(xiàn)均是成熟工藝。將成熟工藝運用到爐火純青，是芯片制造企業(yè)實(shí)力的重要體現。尤其是在先進(jìn)工藝被少數幾家晶圓代工廠(chǎng)所壟斷、美國對芯片制造進(jìn)行一輪又一輪審查的情況下，全球市場(chǎng)強化了對成熟工藝制造能力的關(guān)注。在各國鼓勵將芯片制造能力留在本地之時(shí)，成熟工藝的擴建比賽開(kāi)始了。龍頭晶圓代工廠(chǎng)在全球布局，IDM緊隨其后。ST作為歐洲半導體龍頭在這場(chǎng)競賽中同樣大動(dòng)作頻出。在擴大現有的法國克羅爾12英寸晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能基礎上，2022年7月，ST聯(lián)合格芯宣布將在該工廠(chǎng)附近建立一個(gè)新的12英寸晶圓聯(lián)營(yíng)廠(chǎng)。同時(shí)，ST在意大利阿格拉特12英寸晶圓廠(chǎng)的投資力度仍在繼續加大。按照他們的計劃，在2022年至2025年間，公司會(huì )將12英寸晶圓的內部制造產(chǎn)能擴大一倍。差異化是成熟工藝競爭的關(guān)鍵點(diǎn)。在新興領(lǐng)域和終端應用日益多樣的情況下，市場(chǎng)對差異化工藝的需求愈發(fā)旺盛，這都推動(dòng)了成熟制程工藝成為近期半導體市場(chǎng)的焦點(diǎn)之一，引來(lái)了行業(yè)領(lǐng)先的晶圓廠(chǎng)商紛紛發(fā)力布局。CIS領(lǐng)域是成熟工藝打造差異化競爭的領(lǐng)域。目前，ST專(zhuān)用的CMOS成像生產(chǎn)設施正在逐步提升新產(chǎn)品的產(chǎn)能，這些產(chǎn)品具備最先進(jìn)的后端照明(BSI)技術(shù)，以及深溝槽隔離(DTI)等創(chuàng )新設計特性，解決了像素串擾等重要的技術(shù)難題。其常規的多項目晶圓 (MPW) 服務(wù)也有助于降低開(kāi)發(fā)成本，并可將昂貴的專(zhuān)用掩膜組所涉及的風(fēng)險降至最低。使得ST在CIS的競爭中占據優(yōu)勢。這些技術(shù)的積累，為ST能夠打造大尺寸、高分辨率的CIS打下了良好基礎。ST方面也曾表示：“要打造達到Sphere采用的CIS這種尺寸、分辨率和速度的定制化傳感器，同時(shí)還要滿(mǎn)足低噪聲、高動(dòng)態(tài)范圍和極其苛刻的良率要求，ST法國克羅爾12英寸晶圓廠(chǎng)下線(xiàn)的第一批晶圓成功地應對了這一挑戰”。不難看出，克羅爾工廠(chǎng)的芯片制造實(shí)力以及公司在CIS領(lǐng)域方面的Know-how積累成為了ST在成熟工藝打造差異化核心競爭優(yōu)勢。
芯片制造的未來(lái)：成熟工藝的潛力
下游應用市場(chǎng)需求日趨多樣，在特定應用市場(chǎng)的競爭最終都會(huì )傳導至芯片制造端，促使差異化工藝需求不斷增加。而作為實(shí)現差異化的最佳選擇，成熟工藝市場(chǎng)潛力巨大，是目前全球建廠(chǎng)擴產(chǎn)的主要目標。在新興應用不斷涌現的今天，利用好成熟工藝的資源將會(huì )是贏(yíng)得未來(lái)市場(chǎng)競爭的關(guān)鍵。成熟工藝發(fā)展依賴(lài)于全球半導體分工合作，無(wú)論是國際廠(chǎng)商還是國內廠(chǎng)商都離不開(kāi)全球半導體產(chǎn)業(yè)鏈以及終端應用市場(chǎng)的支持。加強與成熟工藝產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作，將會(huì )不斷促進(jìn)企業(yè)在全球市場(chǎng)中的競爭力。
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