豪威集團 – 在全球CIS市場上與索尼和三星並駕齊驅的中國半導體...

一、CMOS圖像傳感器（CIS）的發展歷史

● 圖像傳感器簡介

圖像傳感器（Image Sensor）是一種將光信號轉換為電信號並使之成像的傳感器件，它可以將光波的可變衰減（當光波穿過物體或從物體反射回來）轉換為傳遞信息的小電流。圖像傳感器廣泛應用於模擬和數字類型的電子成像設備，包括數位相機、手機、光電滑鼠、醫療成像設備、夜視設備和雷達等。

數字圖像傳感器有兩種主要類型：電荷耦合器件（CCD）及有源像素傳感器（CMOS傳感器）。 兩種傳感器均基於金屬氧化物半導體（MOS）工藝技術，CCD傳感器是基於MOS電容，而CMOS傳感器則基於MOSFET（MOS場效應電晶體）放大器。

現代數字圖像傳感器的一個關鍵組成部分是固定光電二極體（pinned photodiode, PPD），它是由NEC的研發人員於1980年發明的。PPD光電探測器具有低滯後、低噪聲、高量子效率和低暗電流的結構，很快被CCD傳感器供應商所採用，成為消費類電子攝像機和數位相機的關鍵組件。然後，CMOS圖像傳感器也開始採用PPD。現今，幾乎所有CCD傳感器和CMOS傳感器都採用PPD光電二極體結構。

有源像素傳感器（APS）的每個像素單元都帶有一個PPD光電探測器，以及一個或多個電晶體。APS有不同的類型，其中互補型MOS APS最為流行，也就是我們所說的CMOS傳感器，它逐漸替代CCD傳感器而廣泛應用於手機攝像頭、電腦攝像頭、數位相機等消費電子領域，以及汽車、安防監控、醫療和工業領域。

● CCD vs. CMOS圖像傳感器

CMOS相對於CCD圖像傳感器的最大優勢就是成本，因為CMOS傳感器可以在一個晶片上集成圖像感應和處理單元，而且採用常見的CMOS工藝即可批量生產。此外，CMOS傳感器的功耗和成像延遲也比CCD器件低。

由於CMOS傳感器通常要在大約1/60或1/50秒（取決於刷新率）內捕獲一行信息，因此可能會引起「滾動快門」的現象，圖像會向左或向右偏斜。 例如，當跟蹤高速行駛的汽車時，雖然汽車不會變形，但背景看起來會傾斜。而基於幀傳輸的CCD傳感器並不存在此問題，因為它可以一次將整個圖像捕獲到幀存儲中。此外，能夠以較低的噪聲捕獲圖像也是CCD傳感器長期擁有的一個優勢。

隨著CMOS技術的改進，CCD的低噪聲優勢也不復存在了，因為今天的CMOS傳感器性能已經超越CCD傳感器。有了「全局快門（global shutter）」技術，CMOS傳感器的背景偏斜問題也解決了。

二、全球CIS應用市場及競爭格局

據Yole數據統計和預測，2017年是CMOS圖像傳感器的最大增長點，比前一年增長了20%。2018年全球CIS市場規模為155億美元，2019年同比增長10%，達到170億美元。在智慧型手機普及和手機攝像功能提升(雙攝甚至更多攝像頭等)的推動下，預計2024年全球CIS市場規模將達到240億美元。除了手機外，汽車電子、醫療和安防等市場對CIS的需求也在快速增長。

● CIS的主要應用市場

單只手機攝像頭的配置量不斷增加，目前後置攝像頭個數已做到三攝，未來隨著3D深度攝像、神經網絡長波紅外鏡頭等技術的發展，到2023年有望達到五攝。隨著面部識別、眼動追蹤等需求的增長，到2023年前置攝像頭個數有可能達到4隻。未來，單只手機攝像頭個數有望突破10個。

車載領域的CIS應用包括：後視攝像(RVC)、全方位視圖系統(SVS)、攝像機監控系統（CMS）、FV/MV、DMS/IMS系統。其中後視攝像(RVC)是銷量主力軍，呈穩定增長趨勢，2016年全球銷量為5100萬臺，2018年為6000萬臺，2019年達到6500萬臺。而FV/MV全球銷量增長最為迅速，2016年為1000萬臺，2018年為3000萬臺，2019年銷量達4000萬臺。預計未來幾年FV/MV依舊保持高速增長，2021可達7500萬臺，直逼RVC全球銷量。

全球汽車圖像傳感器市場增長。（數據來源：豪威集團）

在安防領域，目前監控攝像機的類型主要有：高清攝像機、寬動態範圍攝像機和3D立體攝像機。高清攝像頭中使用的圖像傳感器對解析度的要求較高，在60幀/秒等高幀率下能夠實現720P或1080P的清晰度；寬動態範圍攝像機的晶片上集成寬動態範圍攝像技術以及圖像處理技術，能在極暗和極亮環境下拍攝；3D立體攝像級具有在動態光環境中保持追蹤精度的能力，可與視頻分析技術配合使用。

全球安防攝像機市場銷量在2015年約28萬件，其中監視攝像機約8萬件，安保系統攝像機約20萬個。預計到2021年安防攝像機市場銷量約64萬件，其中監視攝像機約22萬件，年均複合增長率為18%，安保系統攝像機約42萬個，年均複合增長率約13%。

在醫療影像領域，CCD傳感器保持穩定增長。CMOS傳感器憑藉其小像素尺寸、高解析度、降低噪聲水平和暗電流以及低成本方面的優越性，在醫療影像領域得到越來越廣泛的應用，未來市場看漲。全球醫療成像設備行業是一個350億美元的巨大市場，預計2016-2022年複合年增長率5.5％。2016年，醫療傳感器市場規模為3.5億美元。預計2016-2022年複合增長率8.3％，到2022年將達6億美元。

全球內窺鏡市場的增長十分可觀，據TSR統計，2018-2023年的增長率高達30%，預計今年出貨量超過1000萬個，其中醫療和工業用內窺鏡佔據主導份額。

數據來源：TSR

● 全球CIS市場Top 3

據Yole統計，2019年索尼繼續保持著CMOS圖像傳感器領域的領先地位，以49.2%的市佔率位居第一；三星以19.8%的市佔率排名第二；豪威則以11.2%的市佔率位列第三。前六大廠商佔據90.8%的市場份額，市場集中度非常之高。

數據來源：Yole, 前瞻研究院

索尼在圖像傳感器市場耕耘多年，相繼開發出高靈敏度背照式CIS，推出2層/3層堆疊技術，從數位相機切入手機傳感器市場，贏得CIS市場龍頭老大的地位。三星公司的圖像傳感器業務發展迅速，這在很大程度上得益於其獨創的ISOCELL技術。

排名第三的豪威科技(OmniVision)現已被韋爾半導體收購，成為豪威集團旗下公司。豪威科技致力於CMOS圖像傳感器及相關周邊產品，是影像系統解決方案的創新技術領導者。其主要產品包括 CMOS 圖像傳感器、微型影像模組封裝(CameraCubeChip)、矽基液晶投影顯示(LCOS)、動態視覺傳感器，以及針對特定應用的ASIC晶片等，廣泛應用於消費電子和工業應用領域，包括智慧型手機、平板電腦、筆記本電腦、網絡攝像頭、安全監控設備、數位相機、汽車和醫療成像等。

三、豪威集團品牌和戰略定位

收購豪威科技和思比科後，韋爾半導體的2019財年營收為136.32億元，在中國半導體行業協會IC設計分會統計的2019年中國十大晶片設計廠商中排名第二。根據ASPENCORE發布的《中國IC設計行業30家上市公司綜合實力排名》分析報告，韋爾半導體無論在綜合實力還是增長潛力排名上都是No. 1。

韋爾半導體今年上半年營收為80.43億元，比去年同期增長41%。其研發投入為9.87億元，佔半導體設計業務銷售收入比例達14.33%。該公司現已擁有專利4,397項，其中發明專利4,030項，實用新型132項；集成電路布圖設計權128項；軟體著作權106項。

在全球市場上，豪威集團是與索尼和三星位列同一梯隊的CIS廠商。在安防、醫療、筆記本電腦、新興應用等細分市場，豪威也是長期保持No. 1 的CMOS傳感器供應商。整合後的豪威集團有什麼樣的技術和市場策略？其下一個目標是什麼呢？

在最近舉行的新興&醫療市場技術研討會上，ASPENCORE旗下《電子工程專輯》主分析師顧正書採訪了豪威集團高級副總裁王崧先生和上海研發副總裁許榴先生，就豪威集團新的品牌和市場戰略及技術和產品發展規划進行了深入探討。

據集團高級副總裁王崧介紹，豪威集團將圍繞「產品、供應鏈、客戶」這三大戰略核心打造全球領先的半導體設計公司。集團將以豪威科技（OmniVision）、韋爾半導體（Will Semiconductor）和思比科（Superpix）三大品牌，依託遍布亞洲、美洲和歐洲的研發中心及業務網絡，為消費電子、汽車、工業控制、安防和醫療等行業客戶提供完整的成像、顯示及模擬集成電路解決方案。

1. 核心技術及產品

● Pure  Cel/Pure Cel Plus技術

經過多年的自主研發和技術演進，豪威集團在CMOS圖像傳感器的電路設計、封裝、數字圖像處理和配套軟體領域積累了雄厚的技術實力。作為CMOS圖像傳感器行業內最先將背照式（BSI）技術量產化的供應商之一，豪威於2013年又將Pure  Cel和Pure Cel Plus技術付諸量產產品。針對手機市場對高像素、景深控制、光學變焦、生物特徵識別等應用場景的需求，豪威的Pure Cel和RGB-Ir等核心技術為手機提供了高質量的靜態圖像採集和視頻性能，即便在低光照的情況下也能保證較高的圖像捕捉性能。搭載其高動態範圍圖像（HDR）技術的圖像傳感器能夠有效的去除偽影，可實現極高對比度的場景還原。

今年上半年，豪威推出一款0.7um小像素，解析度高達6,400萬的圖像傳感器--OV64B。這款CIS可支持最高1,600萬像素視頻模式下的3重曝光交錯式HDR，集成了四合一彩色濾光片陣列和片上硬體像素重組算法，能夠提供6,400萬像素優質實時拜耳輸出，使高端主流智慧型手機設計師能設計出更為纖薄，並搭載6,400萬像素高解析度攝像頭的手機。

小米在十周年發布會上推出的小米10至尊紀念版搭載超動態微光主攝像頭，採用的圖像傳感器就是豪威的OV48C。該圖像傳感器的光學規格為1/1.32英寸，感光性能出眾，基於豪威PureCel Plus晶片堆疊技術，可以為智慧型手機提供高質量的靜態圖像採集和視頻性能。此外，它支持DCG HDR功能，可同時提供4800萬像素解析度、1.2微米像素尺寸。

● 夜鶯（Nyxel）技術

豪威在LED閃爍抑制技術、全局曝光技術、Nyxel近紅外和超低光技術等方面也不斷更新，驅動著汽車市場的高端寬動態範圍圖像傳感器、監控市場的近紅外和低光傳感器，以及AR/VR等新興市場的全局快門傳感器等產品的迭代升級。

據上海研發副總裁許榴介紹，對夜鶯（Nyxel）技術的升級使得圖像傳感器能夠在低光甚至無光的情況下運行，940nm波長的近紅外成像量子效率達50%。基於Nyxel技術，豪威發布了面向汽車領域的首款圖像傳感器OX03A2S。這款250萬像素的ASIL-B等級傳感器能夠在弱光環境下檢測和識別其他圖像傳感器無法捕捉的物體，從而提高安全系統的性能。

● CameraCubeChip技術

豪威研發的Camera Cube Chip技術將晶圓級光學器件與CMOS圖形傳感器創新性的結合起來，不但具有圖像傳感、處理和單晶片輸出的全部功能，而且在充分保障低光敏感度的同時還提供了適用於醫療市場的超小型傳感器，在內窺鏡應用中表現突出。基於CameraCubeChip技術，豪威於2019年10月在國際醫療設計展上發布圖像傳感器OV6948（尺寸小至0.575mm x 0.575mm，奪得世界吉尼斯商用最小圖像傳感器冠軍），以及基於這顆超小成像晶片的晶圓級封裝相機模組OVM6948。

這種業界最小的相機模組封裝使用半導體工藝製造鏡頭，可過回流焊，無需底座或人工插接模組整機零件封裝。利用高效經濟的晶圓級封裝技術，OVM6948使得一次性醫用圖像設備批量量產成為可能。這種具有200x200或者40k 像素的完整模組可以集成到直徑約1.0mm的導管或者內窺鏡內，可以從身體狹窄的血管內部拍攝神經、眼科、耳鼻喉科、心臟、脊柱、泌尿外科、婦科和關節等手術所需的高質量圖像。

據Yole預計，一次性內窺鏡的出貨量在未來五年將以35.9%的年複合增長率增長。在美國食品和藥物管理局 (FDA) 的建議下，所有主要的內窺鏡製造商都在開發低成本、小直徑、高成像質量的一次性內窺鏡。隨著中國對醫療設備的放開，基於CameraCubeChip技術的一次性內窺鏡設備將迎來快速增長的市場發展機遇。

● LCOS技術

豪威的單晶片LCOS面板上集成了驅動器和幀緩衝器，具有高解析度，高幀速率和多達6個色域，可提供清晰穩定的圖像，並無圖像保留。配合具有先進圖像處理和主機附加功能的同伴晶片，LCOS晶片可提供720p的高清視頻，為微型投影系統提供了一個高解析度、外形緊湊、低功耗和低成本的微型顯示器解決方案，適用於可穿戴電子設備、AR/VR、移動顯示器、微型投影、汽車和醫療機械等領域。

LCOS的核心元素是光學引擎。（圖片來源：豪威集團）

● 動態視覺和TDDI技術

在動態視覺傳感器（Event-based Vision Sensor）領域，豪威自研的事件激髮型產品，具有如下優點：不受曝光時間和幀率的限制，可全時全速追蹤運動物體，實現微秒級高速採樣；有效過濾冗餘背景信息，大大減少數據量；動態範圍超過120dB，適應大範圍光照變化；實時輸出動態場景的光流信息，實現感知端預處理，減輕後端算法的複雜度；實現低延遲低功耗實時處理，降低機器視覺系統成本。除了持續研發更高性能的動態視覺傳感器晶片外，豪威還與下遊客戶攜手開發基於該晶片的應用，包括智慧型手機、家電、安防、AR/VR（手勢識別、人體追蹤）、機器人/無人機（實時建圖與定位），以及高級輔助駕駛（障礙物檢測、車內監控）等。

此外，豪威的觸控和顯示驅動集成（TDDI）適用於智慧型手機LCD顯示屏領域，所開發的Dual Gate技術可幫助低端智慧型手機顯示屏減小下邊框，實現和中高端手機接近的全面屏設計，從而提升智慧型手機產品競爭力。TDDI的優點如下：基於專利技術，提供圖像色彩，對比度，清晰度等增強方案；提高觸控信噪比，降低誤觸率和失效率；降低功耗，並通過減少外圍元器件幫助客戶降低綜合成本。

2. 高品質「國產替代進口」

豪威集團在「國產替代進口」方面具有比同行更大的優勢，主要體現在以下幾個方面：首先，在CMOS圖像傳感器、TVS、電源管理IC、射頻產品等領域的多項核心技術均已達到國際先進水平，產品性能和質量與國際廠商基本相當。豪威藉助國內完善的供應鏈不僅能夠降低物流成本，還能縮短產品交貨時間，及時滿足客戶的產品需求；此外，終端客戶群主要是國內知名手機品牌廠商、安防廠商，能夠更充分地為客戶提供產品定製設計服務和售後技術支持。

3. 龐大的客戶群

經過多年積累，豪威目前已經進入國內主流手機品牌商和方案商的供貨體系。龐大的客戶數量和重點下遊領域的深度布局能夠有效提高公司的產品銷售推廣和把握市場的能力，也是令公司長期保持市場競爭優勢的重要驅動力。除手機行業外，豪威的產品已經廣泛分布於全球消費電子、安防監控、智能電錶、工業及新能源等領域，健康完善的客戶結構有助於降低行業周期性波動對公司經營的影響。

結語

除了手機、汽車和安防等傳統應用領域，CMOS圖像傳感器也開始在醫療成像、AR/VR、可穿戴設備及智能家居等新興市場快速增長。憑藉多年的技術積累和產品打磨，豪威已經在這些新興市場上佔據領導地位，成為與索尼和三星等國際半導體巨頭並駕齊驅的半導體晶片及解決方案提供商。

整合豪威科技、韋爾半導體和思比科之後的豪威集團現已成為中國最大的獨立上市IC設計公司。以CMOS圖像傳感器及相關技術和產品為軸心，豪威集團圍繞「產品、供應鏈和客戶」的核心戰略積極布局中國及全球市場。在國產替代和新基建的需求驅動下，豪威集團將會迎來更大的發展空間，也必將引領中國IC設計公司邁向一個新的臺階。

責編：Amy Guan