CMOS圖像傳感器帶來了怎樣的新戰場

CMOS圖像傳感器帶來了怎樣的新戰場

半導體行業觀察 發表於 2020-02-03 10:55:32

半導體跨行進行橫向擴張早已不是什麼新鮮事，尤其是在人工智慧時代的大變革下，破圈進軍新領域或許不僅能夠為企業帶來新的發展機會，也可能為企業原有的業務帶來新的生機。

受惠於近些年來手機市場和安防市場的發展，CMOS圖像傳感器也迎來了屬於它的爆發期。在這個過程中，索尼、三星、豪威科技等一眾CIS廠商乘勢而起，在手機和安防領域得以大放異彩。但是，伴隨著手機和安防市場的飽和，使得CIS廠商開始尋找下一個爆品。從近期CIS廠商的動作來看，他們不約而同地將目光聚焦於汽車領域，並投身於汽車雷射雷達的開發。

這些廠商們為什麼關注雷射雷達

在今年CES展會中，雷射雷達的發展成為了半導體行業最關注的亮點之一。無論是「索尼終於要造車了」還是「安森美LiDAR技術獲CES 2020獎項」，這其中都涉及到了雷射雷達在汽車中的應用。根據這些消息來看，CIS廠商是否已經將其之間的競爭引入到了新的領域?為什麼這些廠商會破圈關注雷射雷達的發展?

從市場趨勢中看，根據MarketsandMarkets發布的2024年雷射雷達市場的全球預測研究報告顯示，雷射雷達市場規模預計將從2019年的8.44億美元增長到2024年的22.73億美元，複合年增長率達18.5%。其中，2019年汽車雷射雷達市場將達3.75億美元，預計到2024年該數字將提升為42億美元。巨大的可待開發的市場，就意味著可能獲得豐厚的營收，這也是驅使著眾多廠商破圈涉足雷射雷達領域的原因之一。

自動駕駛對傳感器的需求(來源：麥姆斯諮詢)

再者，眾所周知，半導體行業的研發投入往往會佔其營收很大一部分比例。而長期針對某一領域進行高投入而沒有看得見的回報，也會在一定程度上影響其公司的發展。而CIS廠商在這個時間段選擇進入雷射雷達領域，可以說是恰逢其時——根據自動駕駛技術由L2向L3、L4發展的變化中看，L3、L4級自動駕駛汽車應用雷射雷達的比例將會大幅度增加。同時，根據汽車市場實際情況中看，L3級自動駕駛將會從2020年開始陸續步入量產，寶馬、吉利等車企均計劃於2020-2021年期間推出L3級量產車。從自動駕駛達到L3階段的時間節點中看，車載雷射雷達或將在這一兩年中得到「重用」。而這一兩年中，也正逢手機市場和安防市場逐漸趨於飽和，而車載雷射雷達的到來，可成為CIS廠商提供下一個發展機會。

從CIS廠商做車載雷射雷達的動作中看，這些廠商涉足雷射雷達領域或許也可為其CIS產品帶來新的發展機會。眾所周知，車載市場的門檻很高，車企也往往不會輕易更換其供貨來源，這也使得很多CIS廠商的CMOS圖像傳感器長期徘徊於汽車領域的周圍而不得入。而雷射雷達是作為汽車所需的新產物，所有廠商都站在同一起跑線上，車企的採購或許將會發展改變。在這種情況下，CIS廠商發展雷射雷達產品，可以憑藉雷射雷達產品來獲得汽車領域的入場券，進而通過搭配其車載CMOS圖像傳感器的解決方案，可進一步擴大他們在汽車領域的優勢。此外，相比於手機和安防市場，用於車載的CMOS圖像傳感器產品單價顯然會貴一些。而伴隨著車載CMOS圖像傳感器市場的爆發，或許可以重塑CIS領域的競爭格局。這或許也是這些CIS廠商投身於雷射雷達領域的又一誘因。

各大CIS廠商如何布局雷射雷達市場

雷射雷達市場的前景為CIS廠商提供了新的發展機會。於是，有一些CIS廠商已經開始布局雷射雷達領域。而雷射雷達又可分為機械式雷射雷達、MEMS雷射雷達、OPA雷射雷達和Flash雷射雷達。其中，OPA和Flash被認為是純固態的方案，也被稱為是固態雷射雷達(除這兩種以外，業界也會籠統地把MEMS等非完全旋轉的雷射雷達統稱為「固態」)。固態雷射雷達基於測距、可靠性以及成本等方面的優勢，被視為是未來車載雷射雷達的方向。因此，大部分CIS廠商也將從固態雷射雷達入手，來布局汽車領域。

自平井一夫對索尼業務進行大刀闊斧的改革，將圖像傳感器定位為優先發展的業務，再到2015年索尼以190億日元(約合1.55億美元)收購東芝的圖像傳感器業務，以上種種事件都為索尼CIS的發展奠定了良好的基礎。加之彼時蘋果手機等消費電子崛起的熱潮，讓索尼成為了CIS領域當之無愧的龍頭。但當三星等一眾廠商也開始從消費電子級CMOS圖像傳感器上入手，試圖挑戰索尼在此間地位之時。索尼要做的不僅是要開發更先進的技術來守住這塊市場，也需要拓寬其CMOS圖像傳感器所能應用的領域來保障其在CIS領域中的地位。

在這種情況下，新興的汽車市場就成為了索尼發展CIS的下一個「戰略高地」。但索尼要想進入汽車領域並不容易，所以另尋突破點來打入汽車市場或許是一項更好的選擇。於是，在CES 2020中，索尼發布了一款名為 Vision S 的原型車引起了市場的關注。據悉，Vision S車身內部總共集合了33個傳感器，這些傳感器可以幫助汽車輕鬆地識別前方的路況和障礙物。這其中，就包含了索尼針對自動駕駛汽車應用開發一款基於矽的雷射雷達(LiDAR)視覺傳感器。

雷射雷達沒有得到大規模使用，成本太高是其中的重要原因之一。有市場分析認為，索尼進軍車載雷射雷達市場在於其成本優勢。據MEMSensor表示，索尼開發的「固態」雷射雷達將基於新型低成本矽晶片，可以進行更遠距離的高精度測量，並且將更經濟、更緊湊且抗振動。

如果說，索尼是汽車領域的新手玩家，那麼CIS領域中的安森美可以說是汽車領域的老牌玩家。據Yuanta Research發布的CMOS圖像傳感器的市場報告顯示，2018年安森美半導體以5.4%的市場份額排名全球第五位。但在汽車圖像傳感器細分市場中，安森美半導體則以62%的市場份額傲視群雄(索尼在該領域中僅佔有3%的市場份額)。

當然，這也與安森美進入汽車圖像傳感器的時間有關。據相關消息顯示，2005年安森美就進入了汽車市場，成為首家為汽車市場提供專業圖像傳感器的公司。2017年安森美收購了IBM雷達設計中心，這讓安森美得以在77GHz毫米波雷達晶片上有所建樹，而後，安森美在2018年再次向車載雷達領域出手，收購了專門做SiPM(矽光電倍增管)和SPAD(單光子雪崩二極體)探測器的公司——SensL，這些技術是實現雷射雷達系統的核心器件。因此，除了圖像傳感器之外，安森美也可提供包括Radar、Lidar在內的更為完整的傳感器融合方案。

在2019年CES展會中，安森美就曾展出一款融合了圖像和LiDAR的系統——FUSEONE的系統，成功地創建了一個LiDAR/光學成像平臺。據悉，該系統採用8個SiPM和2個905 nm雷射二極體，脈寬20 ns，峰值功率80 W，接收器光路徑採用43 nm帶通濾波器，Xilinx FPGA 用於邊緣處理全波形採集，AoV 為25°x 3.6°，在戶外20 klux的光照條件下，行人檢測達45 m，汽車檢測達85 m。

作為LiDAR探測器的公認領先供應商之一，安森美在收購SensL以後，在雷射雷達方面上有了更大的進步。目前，安森美可提供的雷射雷達相關的方案，包括SiPM傳感器、SiPM 陣列掃描LiDAR系統、融合SiPM閃光LiDAR和圖像的FUSEONE系統以及Pandion SPAD陣列。尤其是安森美在汽車領域已經深耕多年，其與汽車Tire-1廠商之間的關係為其雷射雷達進入汽車領域打下了良好的基礎，而這也有利於安森美進一步鞏固其圖像傳感器在汽車市場中的地位。

CIS廠商進入，是否會改變雷射雷達市場的競爭玩法

半導體行業經過了數十年的發展，集成度也在逐漸提高。在這種背景下，一個解決方案或許會比一個晶片更受歡迎，於是，也促生了很多晶片公司在向方案或系統公司轉型。而汽車在走向智能化的道路中，其所用到的電子元件越來越多，自然也逃不出這樣的歷史洪流。尤其是在新事物不斷產生的過程中，新勢力的進入也許會改變傳統行業的競爭玩法。

在車載雷射雷達市場中，早有Velodyne在該領域中引領行業前行，國際上也有Quanergy、Innoviz等行業新貴勢力在迅速崛起。據虎嗅報導顯示，Velodyne 在 2017 年以前幾乎壟斷了整個車載雷射雷達市場，這樣的市場地位，也受到了多家致力於開發自動駕駛企業的青睞。據悉，Velodyne曾於2016年獲得福特與百度聯合投資，2018年，為了合作研發量產能夠進入汽車供應鏈體系的固態雷射雷達，尼康也向Velodyne投資了2500萬美元。此外，專注於固態雷射雷達的Quanergy、Innoviz也同樣受到了多家資本的青睞，並得以迅速發展。

雷射雷達可用於自動駕駛的風潮也同樣刮到了國內，速騰聚創、禾賽光電以及北科天繪在這個過程中成長了起來。此外，大疆旗下Livox公司也推出了兩款可用於 L3 或 L4 級別自動駕駛的雷射雷達——Horizon 地平線和Tele-15.尤其是在如今市場環境因素不穩定的環境下，這些本土公司的成長，也讓國產雷射雷達得到了發展的機會。

雖然目前車載雷射雷達的市場還沒有完全爆發，但上述雷射雷達玩家已經多多少少在汽車領域展開了競爭。他們的強項是在雷射雷達領域已有了多年的積累，受到了眾多車企的認可。但隨著CIS廠商悄然布局雷射雷達的過程當中，這些還處於萌芽階段的新勢力，未來可能會將圖像傳感器+雷射雷達組合來提供解決方案，從而贏得廠商的青睞。如果CIS廠商能夠儘早推出符合車規級應用的雷射雷達產品，或許將對僅靠雷射雷達來進入汽車市場的廠商產生衝擊，改變市場玩法。

半導體跨行進行橫向擴張早已不是什麼新鮮事，尤其是在人工智慧時代的大變革下，破圈進軍新領域或許不僅能夠為企業帶來新的發展機會，也可能為企業原有的業務帶來新的生機。

總而言之，一場全新的戰役正在打響！

       責任編輯：ct

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