什么是 CIS?


CIS 是英文 CMOS Image Sensor 的缩写,即互补金属氧化物半导体图像传感器,它与电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)图像传感器同属于半导体图像传感器门下。


 
典型的 CIS 芯片结构示意图 | 信息源:cnki


对比 CCD,CIS 具有单片集成、低功耗、低成本、体积小、图像信息可随机读取等一系列优点,与移动设备和各类小型化设备的发展趋势相吻合,因此在手机、安防、汽车等诸多领域已经取代了 CCD 图像传感器,并开始向物联网、高清专业摄像、高精度工业、医疗成像和抗辐射太空成像等专业高端领域迈进。


CIS 全球行情分析


根据 WSTS 统计,2019 年全球图像传感器销售规模达到 193.2 亿美元,其中,CIS 贡献 188.1 亿美元,同比增长 26.3%,成为半导体产业中增长最快的产品之一。


此外,根据 IC Insights 数据,预计到 2023 年全球 CIS 销售额将达到 215 亿美元,2018-2023 年复合增长率为 8.7%;从出货量看,2019 年预计全球出货量达到 61 亿颗,2023 年有望突破 95 亿颗,2018-2023 年全球 CIS 出货量年复合增长率达到 11.7%。


 
信息源 | IHS Markit


从全球 CIS 市场份额来看,据 IHS Markit 数据显示,目前索尼以 50.1%的市占率占据绝对霸主地位,三星以 20.5%位居第二,豪威、安森美、SK 海力士分别位列第三、第四和第五。


索尼是 CIS 产业的元老了,2015 年又收购东芝图像传感器业务,其对工艺的深刻理解,加上日本人对电路设计完美度的高要求,催生了“索尼专属”高像素、高感光、新结构的 CIS,占据了大部分高端镜头特别是苹果的摄像头 CMOS 份额,为其赚得盆满钵满,至今生产线都是满负荷工作中。作为全球半导体巨头的三星在 CIS 这块则主要以自给自足为主,而国内主要的中端 CMOS 芯片大多数来自于豪威,其中华为的终端 CMOS 芯片主要就是由豪威提供的,欧菲光的镜头模组中,豪威也占据很大份额。


CIS 市场前景看好,中国机会何在?

 

 
从 2019 年第三季度开始,全球进入 CIS 芯片缺货严峻期,手机、安防、汽车等领域对 CIS 的需求度越来越大,索尼、三星等 IDM 产线全部满载。而 CIS 属于特殊制程,包括从 lens、color filter、photo die 与 logic 的制作与整合封装,且没有通用的公版开发流程,因此“不是谁都能进来赚一把的”。此外,高端 CIS 所对应的 12 英寸晶圆从开始生产到制成芯片,至少需要 12-14 周的时间,再加上模组厂商的整合时间,最快也需要 4 个月左右才能缓解产能问题,这又从另一个方面加剧了 CIS 产能的紧张程度。


面对市场需求的扩张,中国该如何把握机会呢?这里从以下四个方面展开讨论。

 

  • 市场方面:靠差异化盈利模式活下来


中国 CIS 起步晚,主要占据的是中低端市场,目前采用的都是跟随模式,无法抓取高毛利,市场话语权较弱。不过在中低端产品的销量上面还是可喜的,这是我国采用差异化盈利模式的成功点。根据旭日大数据监测,截至 2019 年 6 月,格科微以 92.8kk 的出货量排名全球第一,豪威和思比科则分别以 50kk 和 28kk 的出货量位居第四和第五。


 
信息源 | 旭日大数据


此外,制造产能部分,国内大多数 CIS 设计厂家都是 Fabless 模式,比如豪威主要依靠台积电和中芯国际,还稍微好一点;而格科微此前则深度捆绑在了三星身上,三星 Fab 满载加上中美贸易战的影响,外包 Fab 对于扩产意愿较低,使得格科微产能受到威胁,这也是格科微痛下决心在嘉善项目投产之际,再在临港新片区投建“12 英寸 CIS 集成电路特色工艺研发与产业化项目”的重要原因吧。

 

  • 技术方面:寻求突破点


首先盘点一下索尼、三星和我国 CIS 产业前五(豪威科技、格科微、思特威、思比科、比亚迪微电子)的最新技术,见下表:


 
信息源 | 网络,与非网整理


纵观 CIS 发展历程,CIS 经历了两次重大的技术变革,第一次是背照式技术方案替代前照式技术方案,这一次技术变革成就了行业巨头索尼的霸主地位,而目前行业正经历着第二次技术革命,堆叠式方案逐渐替代背照式技术方案,科技革命带来的行业变革不可避免。


面对机遇与挑战,比亚迪微电子表示,“国内传感器厂商对图像传感器的机理、新的前沿技术等这类需要大投入的研究未能进行深入、持续的研究,但正是这类研究一旦突破出成果,会形成行业方向的变化,谁先突破谁就能拔得头筹。”

 

  • 人才方面:高校培养+国外引进


人才一直是第一生产力,半导体这样的技术高要求型产业更是如此,因此,除了技术积累以及研发能力之外,还需要大量的半导体研发、制造方面的人才。


思特威在接受采访时表示,“与国外厂商相比,国内厂商还在人才吸引能力等方面仍然存在一些劣势,但公司指出了这种差距正在逐渐缩小。“一方面是加大人才的内部培养,比如高校对口人才输出;另一方面就是大力引进海归人才,这个时候许多像江上舟、尹志尧、张汝京、陈大同这样的半导体前辈们起到了非常大的作用,希望这样的爱国科技人士能再多一些,愿意回国报效的能人志士就会增加一点,本土半导体行业追赶国际水平的脚步就会快上不少。

 

  • 资金方面:企业自有+金融机构投资+政府投资


赛迪顾问集成电路产业研究中心高级咨询顾问池宪念在接受《中国电子报》记者采访时表示,CMOS 图像传感器是技术与资金密集型行业,因此除了技术,资金也是决定我国 CIS 产业甚至是半导体产业发展的重要因素。


针对资金问题,以往都是采用企业自筹的方式,如今中国对半导体业越发重视,半导体金融投资生态也比 2005 年刚起步的时候完善了不少,产生了许多活跃的 VC 机构和 PE 组织,再加上政府资金(比如国家大基金)的加持,因此在中国已经发展到了:“只要你有技术,资金自然会找上门”的阶段。


写在最后


中国错过了 CCD 时代的机会,在 CIS 时代到来之时切入点也较晚,因此本土的 CIS 企业缺少技术的沉淀、生态成熟度欠缺那是意料之中事情。如今,在机会面前看清劣势,才能寻找到正确抓住机遇的手段,我们暂时成为不了索尼,那就在低端市场获取营收的同时,在未来市场前景最佳的几个领域对口深耕下去,确实是一种不错的突破之道。

 

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