[原创] 从DxO评分看Camera sensor产业

2017-12-08 10:25:57 来源: 官方微信


现在智能手机的亮点越来越少,八核,FHD+的全面屏,AMOLED,大容量内存,大家千篇一律。最大的亮点和变数都在拍照里了。


最强拍照手机之争

最近发布的几款手机被关注最多的焦点就在拍照上了。首先是Google最新亲儿子Google Pixel 2在DxOMark手机相机评分榜上碾压iPhone 8和Galaxy Note 8,拿下史上总分最高分:98。紧接着华为Mate 10 Pro和Apple的iPhone X则在这个榜单上拿下了总分97分 第二好的成绩。

而在拍照(Photo)方面,华为Mate 10 Pro 的100分刚超过Pixel 2的99分没多久,就被iPhone X的101分反超。

从DxO的评测标准可以看出,拍照时无论是曝光,对比度,色彩,纹理,自动对焦,还是闪光灯方面都是Pixel 2表现最好。而Mate 10强在去噪和色彩能力上。而iPhone之所以排名第一,主要是其支持光学变焦,景深做的好,伪像处理最好,从而在拍照时总分第一。

不过一台手机的Camera性能取决于多个方面,比如Camera sensor的选型,模组的制作,平台选择,ISP选择,后期ISP处理能力,主客观调试等等。而今天我们重点谈谈Camera sensor的供应商。

Camera sensor供应商


1. Sony

凭借在数码相机,单反相机领域的多年沉浸,Sony毫无悬念是camera sensor供应商里的第一名。Sony也是Apple这几年在Camera sensor上唯一供应商。

由于有自己的Fab,Sony不仅有超强的设计能力,其sensor的工艺能力也为其性能带来了强劲的支撑。这也使得其他家很难超越Sony。

而凭借其霸主地位,Sony在Sensor定价方面很有说话权,也是为数不多会发生缺货涨价的Sensor。为了避免缺货,Sony一方面积极增加产线,另一个面也通过收购Toshiba增加其生产能力。

当然Sony也并非没有犯过错误,早些年推出的RGBW sensor就在华为某旗舰机上的某些场景下会出现摩尔纹。

另外Sony相对来说过于保守,不愿意第一个吃螃蟹。这也是为什么最早Apple iPhone用的Sensor都是OV的,而此次结构光上用到的IR sensor也没有看到Sony的身影。

2, Samsung

这两年Samsung奋起直追,并在Samsung mobile上被广泛应用。

Samsung最大的优势就是有自己的Fab厂。并且由于Camera sensor不需要最新的生产工艺,Samsung甚至会采用被Memory淘汰下来的旧工艺Fab先来生产camera sensor。由于这样的产线折旧费早已抵消,使得其生产成本非常低廉。

Samsung目前策略就是减少Sensor型号,主攻大客户来迅速占领市场。很多品牌客户担心被Samsung卡住脖子,所以使用都会很很谨慎。不过AMOLED和Memory是Samsung的两大法宝,通过与这两个产品的配合,很多品牌客户也不得不选择采用一定的Samsung Camera。

3. OV

这两年OV也成为中国资本市场上变化最大的公司。先是被中国财团收购,从美国纳斯达克下市。然后又被北京君正收购,以失败告终。再后来上海韦尔半导体也来收购OV,最终因大股东反对,也以失败告终。但由于上海韦尔半导体已经收购大多数股票,韦尔股份董事长虞仁荣也顺势出任北京豪威的董事长。至于收购OV事宜则暂时告一段落。

在2011年以前,OV无疑是手机Camera sensor的市场老大,并且也是Apple的供应商。但随着Sony,Samsung进入手机Camera sensor领域后,OV在13M以上的高端市场上无法竞争过对手。而在2M以内的低端市场上,Galaxycore和Superpix咄咄逼人,使得其目前主要市场都在5M/8M/13M市场上。不过,通过跟SuperPix的深度合作,相信OV也会在低端去和Galaxycore较量。

当然OV在Camera Sensor上也是有很多创新的。比如BSI最早是OV提出的,但由于没有自己的Fab,被擅长工艺的Sony超过。另外这两年OV也积极布局非手机sensor,比如结构光上采用的Global shuttle sensor,视频监控sensor,OV的占有率都是很高的。结构光的sensor 除了Apple采用ST的外,其他市场基本都是OV所占据。

没有Fab是OV最大的软肋,也是其被Sony和Samsung反超的主要原因之一。如何改变这个问题,就看韦尔收购后,有多大决心去做Camera sensor这个市场了。

4. Galaxycore

目前是国内sensor出货量最大的公司,不过之前主要出货都是低端产品。2017年由于OV开始主打8M以上的市场,Galaxycore在5M,8M上的性能也有了很大的突破,使得Galaxycore在5M,8M上取得了不小的市场份额。

Galaxycore在sensor上两大强项:Cost down和生产工艺。所以Galaxycore最早推出了反常规的COM工艺,帮助客户最快最短时间生产标准化的模组。 目前COM也有了一定的市场份额。

另外一方,同样没有Fab的Galaxycore通过与Samsung深度合作,一方面可以降低sensor成本,另外一方面可以在工艺上与Samsung深度配合,在5M以上产品上,提高性能。

5. SK Hynix

通Samsung一样,同样可以利用Memory淘汰下来的Fab来降低Sensor的成本。价格和产能都是其他家没有的优势。

不过SK Hynix 主要聚焦做大品牌客户,并希望在5M/8M/13M 产品上发力,所以目前在山寨市场上出现比较少。在Sensor缺货的时候,有自己Fab的SK Hynix 的优势就会发挥出来。

6. SuperPix

国内老牌Camera sensor供应商。在2M 市场上,还是很大的市场份额,但是5M以上的产品技术一直没有开发出来。

通过跟OV的深度合作,获得OV 5M/8M的技术支持,或许有机会在高性价比市场上获得一定的翻身。不过若真想取得更多的市场份额,苦练内功才是真王道。

7. Himax

一家比较有想法的Camera sensor公司。2014年就提出类似4in1 概念,但是8M的sensor 只有2M的效果,还要8M的价格,使得并没有客户采用。后来Himax最早做出来RGBIr的sensor,苦于可以支持ISP太少,效果不佳无疾而终。

所以性能上不去和价格成本高一直也制约着Himax的发展。

今年Himax另辟蹊径,与Qualcomm 深度合作,开发结构光相关的DoE,Lens等产品,再由Truly做成模组,最终为客户提供结构光的Total solution。不过鉴于Himax之前几年在Camera Sensor的性能表现上来看,小编对其可量产的时间表示谨慎态度。

8. BYD

在Camera sensor领域耕耘数年,目前主要的量产产品还是集中在2M以下。

9. SETi

韩国的老牌Camera sensor供应商。曾经在手机Camera sensor领域市占较高,2010年一个月出货量也达到了10~12M每月。但由于后来技术停滞不前,导致被市场淘汰。这两年SETi 又开始征战Camera sensor市场,但已代理Samsung sensor为生,后续的状况不容乐观。

10. OnSemi (Aptina,Micron)

是一家公司名很多的sensor公司。最早是Micron旗下名为Aptina的负责CMOS sensor的业务部门,后独立出来,再后来被OnSemi收购。

曾经在Camera sensor供应商里也是非常牛的公司,但可惜对sensor市场的变化准备不足,这些年基本没有什么声音了。

11. Toshiba

Toshiba曾配合Nokia,开发了手机上最大像素的Camera sensor,41M 的 sensor,用于Nokia 808项目。其面积之大让人瞠目结舌。

不过同Aptina,ST一样,这几年慢慢失去了市场。2015年Sony收购了准备发力的Toshiba,从此Toshiba也退出来Camera sensor的历史舞台。

12. ST

曾经是Nokia首选供应商之一,长期与Nokia合作。并配合hTC,开发出了当时最大pixel 2.0um的4M sensor。在当时其他机型都在拼高像素时,这款机型带来了不小的震撼。但由于像素太低不被市场接受。后来其他Sensor 开发了类似尺寸,但是是4in1的芯片,号称是16M像素,而被广泛应用于旗舰机的前摄项目里。想来ST也是很可惜。

后来做这个sensor的台湾团队都转型做ToF,使得ST在ToF领域占有率很高。

ST目前基本已经放弃了Camera sensor领域,而转战做ToF,以及为Apple做结构光传感器。

从技术上来看,后续Camera sensor的主要发展方向有几种


1. 小pixel

做小pixel,有几个原因:

一方面,Camera sensor 在往高像素发展的时候,最大的瓶颈就是尺寸过大。而减小尺寸的方法则是将pixel 做小。目前常规的pixel 都是1.12um,到了16M的时候,开始出现了1.0um。而Sony,Samsung,OV在做24M时,都选择了0.9um pixel。

另一方面,Dual PD的工艺要求Sensor供应商要将一个1.4um或者1.28um pixel 一分为二,成为0.7umx1.4um或者0.64umx1.28um的pixel。

所以小pixel的研发很重要。但做小pixel 后,由于进光量会变小,所以暗光效果会差一些。目前Sensor供应商的做法都是将pixel做深,通过深度换取更多的进光量,从而弥补进光量不足的问题。

2. Dual PD

Dual PD价格昂贵,之前主要是Samsung mobile在采用。今年有两款机型也采用了Dual PD,值得关注。一个就是Google Pixel 2后置Dual PD,另外一个就是VIVO X20 前置Dual PD。Google Pixel 2 用 Dual PD 实现了双Camera才有的景深虚化沟通,而VIVO X20 则用Dual PD实现了人脸解锁功能。之所以可以这样做,得益于Dual PD技术是将一个Pixel 一分为二,相当于每个像素都是一对双摄。Dual PD可以输出一个正常的图加每个像素点的相位差,通过相位差可以计算出一个简单的景深图(depth map)。所以VIVO X20 通过depth map,可以防止照片的欺骗。而Gogle Pixel则利用这个景深图实现了虚化功能。

不过由于Dual PD技术是一个pixel 一分为二得来的景深,比Dual Camera的两个camera的间距小很多,所以景深信息不如Dual Camera 准确,尤其是大于70cm时,景深效果会变得很差。

3. 2x1 OCL(on chip lens)

是一种有机会取代PDAF的技术。一般的PDAF是将某个区域内的两个pixel各遮挡一半,来判断这个区域的距离,从而进行快速对焦。而2x1 OCL技术是将两个相邻的pixel 的chip lens共用,将光线同时打到相邻的photo diode(成像二极管)上,最后计算出距离实现快速对焦。

根据Sony的数据,2x1 OCL技术可以在更暗的光线下实现对焦,对焦速度快于PDAF技术,而功耗则低于Dual PD。

4. 4cell 技术

由于像素变小后,暗光效果差,所以sensor供应商在做1.0um以下sensor时,会同时推出4cell技术的版本。正常的sensor pixel 排列都是Bayer pattern(如下左图),而4cell技术则是如下右图。

一般使用方法就是在暗光下,将4个1.0um pixel 合并成一个2.0um pixel,16M变成4M。而在光线好的情况下,则将4 cell pattern通过转化,输出正常的16M bayer pattern的图像。

这样的camera senosr 目前主要用于前置Camera。


总结

通过上图的对比可以看出国内供应商与国外供应商的差距:

首先国内供应商都是与fab厂配合开发sensor,没有自己的fab。而排名第一,第二个Sony和Samsung都是自己的Fab。

目前高端的,大于13M以上的sensor,主要还是有Sony和Samsung供货,当然由于双摄的带动,今年OV在13M以上也获得了不少市场份额。

而在小Pixel的开发上,国内OV开发到了0.9um,Galaxycore则开发到了1.12um。而SuperPix和BYD与韩国Dongbu合作,只开发出了1.4um的工艺,所以无法开发出需要用1.12um pixel的8M以上产品。

小Pixel工艺的开发需要Sensor厂和Fab厂的深度合作,国内sensor供应商没有自己的Fab则是硬伤。而且有自己的Fab,产品价格和供货都有得天独厚的优势。国内的Sensor公司OV和Galaxycore后续发展,Fab的选择甚至自己建Fab都会变得很重要。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第1480期内容,欢迎关注。

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