23亿网红球背后的芯片竞争

| 图像传感器的制胜关键

在今年的CES上，拉斯维加斯斥资23亿美元建造的新地标Sphere，受到了广泛关注。Sphere在剧场内安装了一个世界最大的高分辨率LED屏幕，以球幕形式包围观众席顶部与四周，以提供沉浸式视觉环境。

打造沉浸式视觉环境已成为下一代娱乐设施的主流趋势。屏幕显示技术以及各类传感器的进步为沉浸式视觉提供了良好的基础。最新报道显示，意法半导体（以下缩写为ST）成功打造了世界上最大的图像传感器，为Sphere的落地提供了助力。随着ST公布该传感器的新细节，有关CMOS图像传感器（CIS：CMOS image senor）的竞争也逐渐显露。

大尺寸CIS的竞争：汽车、高端手机市场的争夺战

智能手机带给了CIS十年的黄金增长期。智能手机是CIS最大的应用领域（约占七成市场）。由于过去两年手机市场低迷，导致该种类的CIS市场不景气，直到去年年底手机CIS库存结构才有所好转。虽然近期市场关于CIS价格上涨的消息不断，但手机CIS市场已经趋于成熟，头部企业优势明显，目前的市场格局很难被打破。

汽车领域是目前CIS厂商的必争之地。目前，索尼、三星等手机CIS龙头企业正在向车规级CIS发展，安森美等传统汽车传感器龙头也紧盯这块市场。卷技术、卷价格，已然成势。因此，对于其他CIS厂商来说，寻找一个合适的应用市场突破，是他们争夺到更多市场份额的“捷径”。

打造沉浸式娱乐平台是一个契机，大尺寸CIS在其中充当了重要的角色。CMOS底面积越大，进光量越高、噪点越少、成像质量越好。大尺寸、下一代沉浸式显示器对视频捕捉提出了具有挑战性的要求。显示器的尺寸和分辨率的组合需要详细的图像分辨率，同时也会暴露图像中的缺陷。这需要传感器在能够创建非常高分辨率图像的同时，保持图像具有高质量、低噪声以及高动态范围。为解决这些挑战，在与Sphere的合作中，ST在传感器级别进行图像缝合，利用“拼接”技术创建了一个巨大的2D缝合316兆像素CMOS图像传感器，用以捕获18Kx18K视频。

显然，ST宣布为Sphere打造出世界上最大的图像传感器，是向更多终端厂商展示ST在CIS领域，尤其是在大尺寸CIS领域的实力。

大尺寸CIS的应用不仅限于打造类似于Sphere这样的巨型屏幕，高端手机市场、VR/AR等消费电子市场也存在对大尺寸CIS市场的需求。厂商在特定市场展示出来的实力，最终会传导至通用市场，之后逐渐延伸进入到各个行业中使用。目前大尺寸CIS市场格局还未成熟，围绕该领域的竞争将成为未来相关厂商的重点。

成熟工艺的新生命：在新兴应用中的价值

ST这枚全球最大的图像处理器采用65nm工艺制造，是成熟工艺赋能新兴市场应用的又一佐证。

CIS通常采用成熟工艺。一方面是因为成熟工艺经过了长时间的验证和改进，更加可靠，有助于确保图像传感器的稳定性和一致性。另一方面，通用图像传感器产品通常需要较高的产能，尤其是在应对消费电子市场的大规模需求时，成熟制程的高产能有助于满足这些需求。目前，全球头部CIS企业的主流产品均是成熟工艺制程。

成熟工艺在赋能新兴应用方面发挥着至关重要的作用。对于汽车、医疗设备等需要长期运行和高一致性的应用领域，成熟工艺一直是主力担当。通过长期验证和优化，成熟工艺提供了一系列优势，包括成本效益、高产能、快速上市、产品稳定性和市场认可度。这使得新兴应用能够在竞争激烈的市场中更好地满足用户需求、提高产品质量，同时降低制造成本。制造商在选择工艺时，成熟工艺的这些优势使其成为一种可行的、值得考虑的制造选择，特别是在注重规模化、成本控制和市场迅速响应的新兴应用领域。

同时，随着技术的进步，采用成熟工艺的芯片也可以通过堆叠等方式来提升产品性能，以实现比拟先进工艺的性能的例子越来越多。在成本更低的优势下，这使得成熟工艺的应用场景更加广泛。

成熟工艺的竞赛：全球厂商竞争激烈

图像传感器厂商在设计芯片架构时不但需要充分考虑芯片整体性能以确保各个指标平衡，而且需要将研发与下游代工厂的工艺特点结合。很多头部图像传感器厂商也将芯片制造能力视为是该类芯片竞争的关键要素之一。

打造图像传感器的成熟制造能力成为了业界的新焦点。从市场格局看，几乎所有的IDM企业的产线均是成熟工艺。将成熟工艺运用到炉火纯青，是芯片制造企业实力的重要体现。尤其是在先进工艺被少数几家晶圆代工厂所垄断、美国对芯片制造进行一轮又一轮审查的情况下，全球市场强化了对成熟工艺制造能力的关注。

在各国鼓励将芯片制造能力留在本地之时，成熟工艺的扩建比赛开始了。龙头晶圆代工厂在全球布局，IDM紧随其后。ST作为欧洲半导体龙头在这场竞赛中同样大动作频出。在扩大现有的法国克罗尔12英寸晶圆厂产能基础上，2022年7月，ST联合格芯宣布将在该工厂附近建立一个新的12英寸晶圆联营厂。同时，ST在意大利阿格拉特12英寸晶圆厂的投资力度仍在继续加大。按照他们的计划，在2022年至2025年间，公司会将12英寸晶圆的内部制造产能扩大一倍。

差异化是成熟工艺竞争的关键点。在新兴领域和终端应用日益多样的情况下，市场对差异化工艺的需求愈发旺盛，这都推动了成熟制程工艺成为近期半导体市场的焦点之一，引来了行业领先的晶圆厂商纷纷发力布局。

CIS领域是成熟工艺打造差异化竞争的领域。目前，ST专用的CMOS成像生产设施正在逐步提升新产品的产能，这些产品具备最先进的后端照明(BSI)技术，以及深沟槽隔离(DTI)等创新设计特性，解决了像素串扰等重要的技术难题。其常规的多项目晶圆 (MPW) 服务也有助于降低开发成本，并可将昂贵的专用掩膜组所涉及的风险降至最低。使得ST在CIS的竞争中占据优势。这些技术的积累，为ST能够打造大尺寸、高分辨率的CIS打下了良好基础。

ST方面也曾表示：“要打造达到Sphere采用的CIS这种尺寸、分辨率和速度的定制化传感器，同时还要满足低噪声、高动态范围和极其苛刻的良率要求，ST法国克罗尔12英寸晶圆厂下线的第一批晶圆成功地应对了这一挑战”。不难看出，克罗尔工厂的芯片制造实力以及公司在CIS领域方面的Know-how积累成为了ST在成熟工艺打造差异化核心竞争优势。

芯片制造的未来：成熟工艺的潜力

下游应用市场需求日趋多样，在特定应用市场的竞争最终都会传导至芯片制造端，促使差异化工艺需求不断增加。而作为实现差异化的最佳选择，成熟工艺市场潜力巨大，是目前全球建厂扩产的主要目标。在新兴应用不断涌现的今天，利用好成熟工艺的资源将会是赢得未来市场竞争的关键。

成熟工艺发展依赖于全球半导体分工合作，无论是国际厂商还是国内厂商都离不开全球半导体产业链以及终端应用市场的支持。加强与成熟工艺产业链上下游的合作，将会不断促进企业在全球市场中的竞争力。