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价量同步提升的车用CIS 新老巨头环伺的新聚宝盆

智能手机市场的增长正在趋缓,汽车行业正在成为CIS未来的主要增长引擎;

CIS整合ISP正成为趋势,尤其是在1M像素存量市场,而在2M乃至更高的8M领域,与机器学习的紧密结合更为流行;

随着技术的演进,车用CIS会继续衍生出很多新的需求。

对于CMOS图像传感器(以下简称CIS)来说,未来几年依然是风景这边独好。但是在智能手机市场增长放缓的背景下,汽车正在成为CIS未来的主要成长引擎。

集微咨询认为,随着汽车智能化程度的不断提高,单车中平均搭载的CIS数量正在成倍增长,并且由于车载摄像头在高温、防震、防水等方面有更高的要求,CIS的单颗价值也将获得大幅提升。无论是国际巨头还是国内新星都在纷纷入局,车用CIS正成为CIS行业的新高地。

CIS的驱动力将发生转换

通常,摄像头模组(CCM)由三大核心部件组成:CIS、光学镜头和音圈马达。其中,CIS是摄像头产品价值量占比最大的关键零部件,据Yole Développemen统计,CIS在摄像模组中的价值占比已接近5成。

多年来,CIS制造流程得到了显著的改进,该行业已经从FSI(前照式)工艺过渡到BSI(背照式)工艺,现在又转向堆栈式BSI工艺。在堆栈式BSI技术工艺中,TSV(硅通孔)技术被用来连接传感器阵列和逻辑芯片。该技术的应用提升了CIS的高速拍摄能力,相比于传统的传感器速度提升了4倍。同时,该技术还提升了像素层在芯片中的面积占比,使得CIS的物理尺寸大幅下降。

由于智能手机中多摄像头的应用,CIS在过去几年一直保持了高速增长的态势。根据Yole Développement的统计,CIS行业的规模由2015年的102亿美元增加到了2020年的207亿美元,年复合增长率为15.1%,占到了全球半导体产业(产值4400亿美元)的4.7%,而到2026年,整个市场规模将达到315亿美元。

少数企业掌控了整个CIS市场,根据Yole Développement的统计,排名前十的厂商共占据了93%的市场份额。其中,索尼的市占率最大(为40%),三星的市占率为22%,豪威(已并入韦尔股份)的市占率为12%。

未来几年,手机仍将是最大的CIS细分市场,但汽车将成为最有活力的市场领域。据IC Insights最新报告,到2025年,汽车CIS复合年增长率预计有33.8%,增幅远高于手机CIS 6.3%。

车用CIS放量

驱动车用CIS市场爆发有两大原因:搭载摄像头的数量和像素数量的增加。根据Yole Développement统计,2020年全球平均单车摄像头用量为2.2颗,随着自动驾驶等级的提升,对摄像头的需求也越来越大。

举例来说,L4/L5 级自动驾驶汽车需在舱外搭载 8-11 颗摄像头(4颗成像摄像头+4~7颗感知摄像头),需在舱内搭载 3-4 颗(2-3颗舱内监控摄像头+1颗行车记录仪),即 L4/L5 级汽车共需搭载 11-15颗摄像头。

车用CIS的像素数也在大幅提升,将从VGA~2M提升到8M。目前市面上的后视摄像头一般为VGA~1M级别,前视摄像头在1M~2M(M百万)之间,例如特斯拉Model系列摄像头像素为120万,小鹏P7车载摄像头像素为200万。2021年的新发车型开始采用8M摄像头,以达到更好的信息采集准确度,例如蔚来ET7摄像头像素为800万,理想ONE SUV车载摄像头像素为800万。

与手机CIS相比,车用CIS的技术门槛更高,因为车用工作条件比较苛刻,需要通过车规认证,还需要适应不同功能安全的要求。设计理念也有所不同,需要有冗余和保护,这是基于功能安全的考量。

通常情况下,车用CIS要求具备120-140dB的高动态范围,能在-40-+105°C下正常运行,具备较好的夜视能力并解决交通信号灯识别、LFM和伪影等问题。因为对模组体积限制不大,车用CIS多采用BGA封装,而手机CIS则选用了CSP封装。此外,两者在技术发展路径上也各有侧重。

车用CIS要实现800万像素,传感器尺寸会比较大,大概1.1/7寸或者1.1/8寸,成本很高。因此同像素的情况下,车用CIS 本身价格即高于手机 CIS,1-2M 单颗价格在 3-8美元左右,8M 的量产单价在15-20美元左右。单颗汽车 CIS 价值较高,也是吸引厂商们参与的主要原因。

据集微咨询观察,CIS整合ISP正成为趋势,尤其是在1M像素存量市场,而在2M,乃至更高的8M领域,与机器学习的紧密结合更为流行。

不过,AI算法模型的发展需要建立在由大量测试数据支持的机器学习之上,这也就要求CIS产品能够配合算法开发商进行大量的路面测试,以收集大量数据。这对于CIS厂商而言,是一个较大的挑战。

谁主市场沉浮

在汽车CIS领域,前三大厂商为安森美、豪威(已并入韦尔股份)、索尼,共占据了90%以上的市场份额,市场集中度更高。

领头羊安森美无手机CIS 产品,缺少小像素技术积累,无法实现大小像素曝光技术。尽管2019 年汽车CIS 市场中安森美还是一家独大,但大小像素技术积累的缺失是硬伤,随着其他厂商在三合一(传感器、逻辑电路与DRAM)融合技术方案上的优势逐渐显现,安森美的汽车CIS市场份额有可能逐渐降低。不过,也有看法认为,对于安森美来说,这不是技术上的困难,而是选择最优路线的问题。安森美采用的是超级曝光的技术,最终的产品一定是多种技术的融合。

豪威在汽车领域布局很早,其CIS芯片当前主要用于欧美汽车品牌,在车用CIS市场占据20%以上份额。而且,产品在持续升级,2020年6月推出全球首款汽车晶圆级摄像头,尺寸仅为6.5mm×6.5mm。2021年加入英伟达自动驾驶汽车开发生态系统,未来在巩固拓展欧美市场的同时,有望在亚太市场获得显著增量。

相比之下,索尼和三星进入汽车市场较晚,虽然也推出过很具特色的产品,但是在整个汽车CIS市场存在感较低。不过,看到汽车市场潜力的索尼和三星也正在调动资源来重新布局。

有业内人士指出,索尼和三星都在高端CIS产品领域有很深的技术积累,再加之以它们对产能的调动能力,如果未来向汽车CIS方向大幅倾斜,对于安森美半导体和豪威科技而言都不是好消息。

目前,8M市场主要以安森美为主,豪威和索尼也都有8M产品和后续规划。

国内的后起之秀也在紧密布局之中。比如,思特威在2020年收购深圳安芯微电子,实现车载产品线的拓展,并凭借 SC100AS 及 SC1330AS 两颗产品打开前装夜视影像市场。

从市场竞争格局来看,1M的车用CIS市场以豪威为主,2-3M以豪威、索尼为主,8M以安森美为主。整个车用CIS主要出货以1M产品居多,2-3M以及8M还没有大批量出货。据不完全统计,近三年车用CIS在环视上的应用増长很快,已经有300-400多万辆的覆盖率。

对于CIS厂商来说,目前最大的挑战还是产能紧缺。由于整个CIS市场都供不应求,使得占比较多的车用CIS会面临更多的产能分配问题。而这个问题也将在很长时间内困扰着整个CIS行业。

最后,汽车电子化的进程只是刚刚开始,车用CIS还有更多尚待发掘的机会。因此,集微咨询认为,随着技术的演进,车用CIS会继续衍生出很多新的需求,所以无论是对已入场者还是后来者,机会都将是均等的。

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