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4800万像素套路真深 索尼、三星传感器哪家更强?
2019-01-25 标签: ICNET  半导体  手机 来源:ICNET


近期,市面上新出现两款搭载4800万像素摄像头的手机,它们分别是荣耀V20和红米Note 7。而截至目前能够实现4800万像素的手机图像传感器(CMOS Image Sensor, CIS)仅有两款,就是索尼的IMX586和三星的GM1。正巧两款手机中,荣耀采用的是索尼传感器,红米则采用三星。


那么问题来了,在1/2英寸画幅的CIS上实现4800万的超高像素数,两家都分别有什么绝技?索尼长期以来的传感器一哥地位,这下是否要被三星动摇了呢?


首先要说明的是,由于两款CMOS的都有超高的像素密度,因此为了避免像素间的信号串扰,就不得不放弃2x2四格排布像素的经典Bayer阵列,转而采用更大的Quad Bayer阵列排布像素,即将阵列扩大到4x4(如下图)。


Quad Bayer阵列示意 来源:微博@荣耀老熊


当然,采用Quad Bayer阵列的CIS也可将4个像素合成1个输出,这样就等于转换成单像素面积较大的普通Bayer传感器。对IMX586和GM1而言,就是将4800万像素缩成1200万像素输出。这种缩像素的模式可用于弱光拍摄,有利于提高画面纯净度。


在使用同种像素排列方式的情况下,两款CIS的真正的不同之处在于电路排布。IMX586的1个原色滤镜对应1个光电二极管和1套电路,也就是说此款CMOS是真的4800万像素。而GM1则是4个像素对应4个光电二极管和1套电路,也就是说实际上这块CMOS仅采集1200万像素的数据,并非真正意义上的4800万像素。


由于三星GM1仅相当于单像素尺寸较大的1200万像素CMOS,因此红米Note 7输出4800万照片就要靠手机的ISP进行插值输出。而IMX586除了电路排布是真正的4800万像素外,其重要的是它具备片上(on-chip)Remosaic算法,可将Quad Bayer阵列还原到经典Bayer阵列, 然后在由手ISP输出真正的4800万像素照片。


索尼Remosaic算法示意 来源:索尼官网


还需提及的是,由于一般的ISP都只能直接处理Bayer阵列的信号,因此对输出真实4800万像素照片来说,索尼IMX586的Remosaic算法是一个必要条件,而三星GM1不具备这个算法,光凭这一点它就无法在手机上输出真4800万像素。


现在可以给两款CIS的实力下个结论了,三星GM1仅相当于单像素尺寸较大的1200万像素Bayer传感器,而索尼IMX586则可实现真正的4800万像素输出,无疑是本次对决的赢家。


不过,索尼Remosaic算法虽强,但IMX586毕竟不是真的经典Bayer传感器,在分辨率方面,它能否完全比得上经典Bayer,还有待对比。而现阶段三星和索尼之所以用Quad Bayer阵列搞手机CIS,其技术试验的意义更大一些。相信这两家CIS厂商日后要么以此为跳板,接着推出经典Bayer阵列的手机CMOS,要么是会将Quad Bayer应用到尺寸更大的摄像机、照相机CIS,以实现更好的弱光拍摄性能。


结合两款手机价格来看,荣耀V20处于3000元价位,而红米Note 7仅是个千元机,其4800万像素的输出模式也并非默认开启,一般状态下拍摄的照片仅是1200万像素,因此这台手机并没有给用户超出价格定位的体验。不过,两款手机采用4800万像素CIS都只是为了卖点,如果单纯为了好的画质,大可采用市面上的成熟方案。


说回传感器。登陆三星电子官网,便能够查到其各款CIS的性能参数,其中GM1这款CIS的分辨率所标注的正是“48MP 4in1 to 12MP”,因此1200万像素才是其真实像素数。


三星GD1与GM1性能参数 来源:三星电子官网


至于三星为什么造出GM1这款CIS,可能的原因应该有两点:第一是为了在技术赶不上索尼的情况下强行与其展开竞争,抢占部分市场;第二,GM1可能仅作为一种试验品或过渡产品,以后将会改进。


实际上,三星也有一款真正的高像素CIS,其型号为GD1,具备3200万像素。当然,由于ISP的问题,此款GD1也必须有硬件算法加持才能够输出3200万像素的照片,否则依然只能以“四合一”模式输出800万像素的照片。


索尼称雄CIS市场 三星正大举进攻


这次三星GM1败给了索尼,但实际上三星的实力不得小觑。跟索尼一样,三星现在也能够量产前照式、背照式、堆叠式以及集成DRAM的CIS,但由于索尼的产品线涵盖了用于手机、相机的各种尺寸的CIS,因此在深层次的技术积淀和市场份额方面,索尼还是称雄业界,把其他竞争者远远落在身后。


2016~17年CIS市场份额 来源:Yole Développement


据调研机构Yole Développement统计,2017年索尼在CIS市场的份额占42%,远远超出第二名三星20%的数字。其他厂商之中,除OV占11%、安森美和ST各占5%以外,份额都微乎其微。因此,现阶段有潜力挑战索尼的也就是三星了,而随着半导体市场的变化,三星也确实把宝押在了CIS之上。


自去年下半年起,CIS历经一波缺货涨价潮,这与当时存储器、MLCC等元器件的景气行情重叠。随着双摄手机的兴起,CIS的需求大大提升,由此步入缺货涨价的行情。受到市场供求的影响,三星早在去年8月就对旗下CIS涨价5%-20%不等。随后,OV、格科微等厂商也调涨CIS产品的价格。


在涨价的同时,三星也计划增加产能,以迎接CIS市场的良好前景。据外媒报道,2019年三星将会把CIS的产能从每天4.5万片提升到12万片以上。为达到此目标,三星将把部分内存产线转换成CIS产线。由于内存与CIS同用CMOS工艺制造,因此这样的产线转换是可以迅速实现的。


目前,内存行情降温,三星集团接下来的经营备受考验,必须开辟其他业务增长点。现在三星发力CIS也是一大转型方向。就像三星发展晶圆代工对标台积电一样,其大力发展CIS也是针对索尼。


众所周知,索尼长期保有苹果这一大客户,由此带来丰厚的营收。而三星要想开拓市场,就必须抓住小米、魅族等国产手机品牌。最近引出话题的GM1也正是用于红米手机。下一步,三星必然会针对市场需求发布更多CIS产品,以抢占市场。


在本轮CIS景气行情中,索尼作为业界老大并没有涨价动作,据传是受到了新iPhone销量不佳的拖累。然而面对三星的强势上攻,索尼也将扩大产能以保证产业主导权。据报道,索尼将在未来三个财年内投资6000亿日元扩充手机和车用CIS的产能。据预估这次扩产后,索尼CIS的产能将比2017财年结束之时扩大2~3成。


就CIS市场而言,未来的需求量和产能都会快速增长,特别是索尼与三星这两大CIS巨头都制定了庞大的扩产计划。而随着两家竞争的白热化,到2020年CIS缺货涨价的市况有望的得到缓解。对手机、平板厂商来说,业内的充分竞争有利于传感器选择的多样化,进而为终端消费者提供更多物美价廉的产品。



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