變局出現(xiàn)，2022年車載CIS芯片五大趨勢(shì)

如果要回顧2021年汽車行業(yè)最缺的芯片，排名第一的肯定是MCU，而排名第二的估計(jì)將是車載CIS芯片。隨著汽車電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展趨勢(shì)，車載攝像頭作為汽車智能化的核心應(yīng)用之一，正迎來快速增長(zhǎng)階段。作為車載攝像頭的核心硬件，CIS的成本隨著功能需求的提升逐年增長(zhǎng)。車載CIS需求的快速增長(zhǎng)得益于智能駕駛在汽車領(lǐng)域的普及，是無人駕駛、ADAS、座艙監(jiān)控等應(yīng)用的基礎(chǔ)。

在汽車上，圖像傳感器的增長(zhǎng)不只是來自車載攝像頭數(shù)量增加，更得益于汽車越來越多地標(biāo)配倒車影像以及自動(dòng)駕駛普及對(duì)傳感器的解析度提出更高要求。

數(shù)據(jù)來源：Yolereport：Statusof CMOS Image Sensor Industry 2021

根據(jù)Yolereport的數(shù)據(jù)，2020年全球車載CIS市場(chǎng)的營(yíng)收額達(dá)到14.4億美金，占整體CIS年?duì)I收的7%，預(yù)計(jì)到2026年車載CIS出貨量將達(dá)到3.64億顆。

?車載CIS主要應(yīng)用場(chǎng)景有哪些？

車載攝像頭主要應(yīng)用場(chǎng)景，來源：豪威官網(wǎng)

車載CIS根據(jù)安裝位置可分為前視、后視、內(nèi)視、側(cè)視四種，ADAS功能車型的車載攝像頭數(shù)量分布通常為1個(gè)前視攝像頭、1個(gè)后視攝像頭、4個(gè)側(cè)視攝像頭、1個(gè)內(nèi)視攝像頭。內(nèi)視攝像頭、后視攝像頭、前視攝像頭、側(cè)視攝像頭、環(huán)視攝像頭等，將快速應(yīng)用于360?全景影像、前向后碰撞預(yù)警、車道偏移報(bào)警和行人檢測(cè)等汽車輔助駕駛功能。

智能座艙包含駕駛員監(jiān)控和乘客監(jiān)控兩個(gè)方面，其中的主流產(chǎn)品是全局快門、黑白R(shí)GBIR。中國(guó)L4級(jí)無人駕駛出租車（RoboTaxi）的領(lǐng)跑者AutoX已經(jīng)在其第5代RoboTaxi中采用了安森美的全局快門傳感器AR0820RGB-IR傳感器AR0239AT，與其他傳感器融合實(shí)現(xiàn)高分辨率攝像頭。

隨著智能駕駛由L1升級(jí)至L2/L3級(jí)，攝像頭顆數(shù)從最初的5顆左右增加至8~15顆，車載攝像頭顆數(shù)顯著的增加，同時(shí)車載CIS也逐步像素升級(jí)，從VGA→1M→2M→8M，單顆攝像頭價(jià)值量逐步提升，量?jī)r(jià)提升帶來車載CIS市場(chǎng)規(guī)模的提升。除此之外，安全性的訴求提升也增加了CIS的用量。因此隨著自動(dòng)駕駛等級(jí)提升，對(duì)CIS的數(shù)量和分辨率要求在不斷增加。當(dāng)前每輛車可能需要2顆以上CIS，預(yù)計(jì)到2025年增加到10顆以上，2030年更增加到13~19顆。

?猛龍過江，安防/消費(fèi)玩家殺入車載市場(chǎng)

車載CIS市場(chǎng)中市場(chǎng)參與者較少，競(jìng)爭(zhēng)格局屬于少數(shù)玩家壟斷的市場(chǎng)。根據(jù)2019年的數(shù)據(jù)，安森美占據(jù)龍頭地位，市場(chǎng)占有率高達(dá)60%，豪威（韋爾半導(dǎo)體）在未來有趕超趨勢(shì)。

2018~2019年全球車載CIS市場(chǎng)格局，來源：countpoint

安森美是車載CIS行業(yè)的龍頭企業(yè)，市場(chǎng)占有率達(dá)到60%，在車載CIS行業(yè)占據(jù)壓倒性地位。安森美的市場(chǎng)地位得益于三次戰(zhàn)略收購。2011年，安森美收購賽普拉斯CMOS圖像傳感器業(yè)務(wù)部。2014年4月，安森美收購圖像傳感器設(shè)備制造商TruesenseImaging。2014年8月，安森美收購AptinaImaging，通過三次收購安森美在圖像傳感器方面積累超過2,000項(xiàng)的成像專利、多類傳感器產(chǎn)品和完整的供應(yīng)鏈。

豪威在車載CIS市場(chǎng)排名第二，且在2018-2019年間市場(chǎng)份額上升9%。豪威市場(chǎng)份額上升原因有以下兩點(diǎn)：豪威2004年進(jìn)入車載CIS市場(chǎng)，歷史積累深厚，產(chǎn)品線齊全，旗下汽車CIS產(chǎn)品覆蓋30萬-830萬像素，可滿足市場(chǎng)現(xiàn)有需求。豪威在LED閃爍抑制技術(shù)、全局曝光技術(shù)、Nyxel?近紅外和超低光技術(shù)等方面的積累，使得其在適用于汽車市場(chǎng)的高端寬動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器、適用于監(jiān)視器市場(chǎng)的超低功耗解決方案、適用于監(jiān)視器市場(chǎng)的近紅外和低光傳感器、適用于AR/VR等新興市場(chǎng)的全局快門傳感器等領(lǐng)域有著明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

豪威科技和安森美部分車載CIS產(chǎn)品比較，來源：公司官網(wǎng)

除了上述兩大玩家，索尼和三星作為車載CIS領(lǐng)域的后來者，發(fā)力較晚。索尼在2015年宣布進(jìn)入車載CIS市場(chǎng)，三星則到2021年才進(jìn)軍車載CIS市場(chǎng)。三星在今年年初開始大舉入局車用CIS，索尼在去年CES上展示了一臺(tái)Vision-s概念車，搭載了自家的多種CIS方案，以示在車用市場(chǎng)的決心。作為手機(jī)CIS領(lǐng)域的領(lǐng)先廠商，SONY和三星有可能對(duì)排在前面的安森美和豪威造成一定威脅。

相比手機(jī)等消費(fèi)類市場(chǎng)，此前車載CIS對(duì)于高像素的需求并不高，主要追求的是穩(wěn)定性和安全性。汽車在使用過程中會(huì)面臨嚴(yán)苛的環(huán)境，溫度范圍要求極端苛刻，需要能夠達(dá)到-40°C及105°C，且使用周期至少達(dá)到8-10年。汽車CIS的動(dòng)態(tài)范圍要需超過120dB，通常在120dB-140dB，且對(duì)于低照度也有比較高的要求，車用CIS需夜間行駛時(shí)保證正常工作。

手機(jī)與車載CIS的發(fā)展方向也不盡相同，手機(jī)CIS注重成像效果，追求小尺寸高像素，主攝攝像頭以1,200萬-5,000萬為主；車載更注重探測(cè)與識(shí)別，對(duì)像素的要求不高，車載前視攝像頭像素多為100萬像素，行業(yè)中最高像素也僅達(dá)到800萬，整體像素較低。簡(jiǎn)單而言，手機(jī)、安防偏重于人眼的視覺感受，汽車應(yīng)用更注重機(jī)器視覺。

在國(guó)內(nèi)廠商中，值得關(guān)注的企業(yè)包括安防圖像傳感器公司思特威。2020年，思特威收購深圳安芯微電子，實(shí)現(xiàn)車載產(chǎn)品線的拓展，并憑借SC100AS?及SC1330AS?兩顆產(chǎn)品打開前裝夜視影像市場(chǎng)，目前公司車載CIS?產(chǎn)品像素范圍為VGA~9MP，像素尺寸覆蓋范圍為?2.7~4μm，產(chǎn)品應(yīng)用覆蓋前視/后視/環(huán)視/側(cè)視等領(lǐng)域。

未來思特威規(guī)劃進(jìn)一步推出?Automotive Sensor（AS）Series系列下?SC120AS及?SC280AS兩款重點(diǎn)產(chǎn)品， 其中SC120AS?具備120dB?的?3段曝光?HDR，可直接輸出HDR?合成后的車規(guī)級(jí)影像；SC280AS為?200?萬像素1/1.8″CIS，支持高達(dá)140dB?的?4段曝光?HDR?及LED?閃爍抑制技術(shù)（LFS）。

從2019年開始，思特威已經(jīng)持續(xù)開發(fā)了200到300萬的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品都能比較好地應(yīng)用于車的環(huán)視以及自動(dòng)泊車的車載影像應(yīng)用中。其中既有匹配前裝市場(chǎng)的如SC100AT（將通過AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證）和SC1330T、SC1335T等（適用于高溫工業(yè)環(huán)境）的產(chǎn)品。也有適用于后裝市場(chǎng)的諸如SC2393P、SC4353、SC4233P、SC8353等消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品。

車用CIS產(chǎn)品往往需要滿足不少獨(dú)特的需求，例如LED閃爍抑制能力以確保正確識(shí)別路面信號(hào)燈及汽車車燈；HDR功能以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的光照條件；強(qiáng)大的低光照成像性能以滿足夜間開車或隧道環(huán)境的成像需求；全局快門技術(shù)防止高速運(yùn)動(dòng)下的“果凍效應(yīng)”……這些獨(dú)特的技術(shù)需求，要求CIS廠商必須具有強(qiáng)大的技術(shù)研發(fā)能力。

以低光照成像性能為例，由于有夜間駕駛以及隧道等低光照駕駛環(huán)境的存在，車用CIS不僅需要強(qiáng)大的低光照成像性能，還必須能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜且實(shí)時(shí)快速變化的光線環(huán)境，這意味著車用CIS產(chǎn)品必須擁有堪比高端安防CIS的夜視和HDR功能。在開發(fā)其車用CIS產(chǎn)品的時(shí)候，思特威充分利用了其業(yè)內(nèi)認(rèn)可的夜視和HDR優(yōu)勢(shì)技術(shù)，通過結(jié)合其在安防監(jiān)控應(yīng)用中的領(lǐng)先技術(shù)與多年積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，在車用CIS產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)了堪比高端安防CIS的低照性能。

值得一提的是思特威的SC120AT，這是一顆完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的車規(guī)級(jí)圖像傳感器，通過對(duì)整個(gè)光學(xué)成像技術(shù)及性能的優(yōu)化，使其能夠擁有非常好的色彩保真度以及夜間全彩成像性能。

?趨勢(shì)一：800萬像素將普及

2018年，Smithers曾撰寫過一份題為AutonomousVehicle Image Sensors to 2023 – a State of the ArtReport（到2023年自動(dòng)駕駛汽車圖像傳感器– 前沿報(bào)告）的報(bào)告。除了未來全自動(dòng)駕駛將變得更依托于機(jī)器視覺，面向人類視覺的圖像增強(qiáng)要求越來越低之外，還提到了幾個(gè)趨勢(shì)：

（1）達(dá)到140dB的動(dòng)態(tài)范圍，800萬像素單目分辨率、200萬像素立體視覺相機(jī)，超過60fps的幀率，高靈敏度；

（2）在0.001lux照度下，曝光時(shí)間不大于1/30秒的情況下，信噪比大于1；

（3）HDR高動(dòng)態(tài)范圍的同時(shí)，要求運(yùn)動(dòng)偽像更少；

（4）LEDflickering問題消除。

車載CIS在2015年以前主要應(yīng)用于倒車影像與行車記錄儀，對(duì)像素的要求不高，更追求符合車規(guī)級(jí)的安全性與穩(wěn)定性，像素在30萬-72萬之間。2015年后，隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的興起，ADAS系統(tǒng)推動(dòng)車載攝像頭的數(shù)量與功能提升。

L4、L5車型對(duì)車載攝像頭像素的要求將會(huì)更高，傳統(tǒng)汽車后視鏡存在視覺盲點(diǎn)，攝像頭廣角大，可解決盲點(diǎn)問題，將代替汽車后視鏡。如果車載攝像頭完全代替后視鏡，攝像頭像素需達(dá)到800萬以上。

2015年特斯拉Model3車載攝像頭的像素提高到120萬像素。2020年后，車載攝像頭的像素得到更大幅的提升，如今高像素的車用CIS開始變得愈發(fā)常見，比如蔚來的ET7搭載的Aquila超感系統(tǒng)就包含了11個(gè)800萬像素高清攝像頭。除此之外，LFM等減少LED閃爍的技術(shù)在依靠攝像頭的ADAS和自動(dòng)駕駛應(yīng)用中重要性大增，畢竟攝像頭與其它車載傳感器相比，常被人詬病的一點(diǎn)就是暗光條件下的準(zhǔn)確性。

?趨勢(shì)二、支持全局快門技術(shù)

CIS有兩種快門方式，卷簾快門和全局快門。卷簾快門通過對(duì)每列像素使用A/D來提高讀取速度，整個(gè)傳感器陣列必須轉(zhuǎn)換為一排A/D，導(dǎo)致每行讀出之間的時(shí)間延遲小，對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)產(chǎn)生明顯的變形。全局快門下，所有像素點(diǎn)同時(shí)收集光線，并同時(shí)曝光，改善高度運(yùn)動(dòng)對(duì)象時(shí)的變形問題。

安防攝像頭拍攝高速移動(dòng)物體時(shí)需要獲取清晰穩(wěn)定的圖像，因此安防級(jí)CIS芯片都具備全局快門技術(shù)，在消費(fèi)電子和車載CIS中普及率并不高。車載CIS在L1階段僅用于倒車影像與行車記錄，并無拍攝運(yùn)動(dòng)對(duì)象的需求。自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展催生車載攝像頭拍照需求，內(nèi)視攝像頭的座艙監(jiān)視功能在發(fā)生事故時(shí)需拍攝并錄像座艙內(nèi)情況，在此處車載CIS也需要應(yīng)用全局快門技術(shù)。

索尼的Pregius全局快門傳感器比較知名——ISSCC曾收錄過索尼一篇每個(gè)像素都應(yīng)用獨(dú)立ADC的論文（像素級(jí)互聯(lián)），這是快速讀出實(shí)現(xiàn)全局快門的技術(shù)之一；OmniVision也有類似的技術(shù)介紹。索尼今年發(fā)布的第四代全局快門圖像傳感器終于也用上了BSI背照式技術(shù)，減小了像素尺寸。此前思特威在宣傳中也提到，思特威是“全球?yàn)閿?shù)不多率先將全局曝光和BSI技術(shù)融合的公司之一”。

此前思特威科技（SmartSens）推出面向ITS應(yīng)用的900萬像素高分辨率GlobalShutter圖像傳感器產(chǎn)品——SC910GS，加之不久前推出的400萬像素SC410GS，思特威已成為國(guó)內(nèi)首家推出面向ITS領(lǐng)域高分辨率GlobalShutter圖像傳感器產(chǎn)品的企業(yè)。

據(jù)了解，思特威推出的兩款高分辨率CMOS圖像傳感器SC910GS與SC410GS均搭載最新的第二代SmartGS?技術(shù)，采用并行電壓域讀取結(jié)構(gòu)，大幅提升了最大快門速度，完善對(duì)高速運(yùn)動(dòng)物體的清晰抓拍，特別適用于ITS系統(tǒng)下對(duì)車牌及人臉的快速獲取和識(shí)別。

?趨勢(shì)三：LED頻閃抑制技術(shù)

關(guān)于LED頻閃消除問題，這兩年思特威、OmniVision都在不遺余力地宣傳自家的圖像傳感器LED閃爍抑制技術(shù)。畢竟在自動(dòng)駕駛、智慧交通領(lǐng)域，LED頻閃導(dǎo)致攝像頭捕捉到的交通標(biāo)志、紅綠燈讀秒信息不全，會(huì)導(dǎo)致后端AI系統(tǒng)的誤判。

一般來說，LED頻閃抑制可以通過保持LED頻閃與圖像傳感器快門同步的方式，問題是不同LED規(guī)格不一致，所以這種理論上的方案是不可行的。另外也可以通過HDR，在捕捉LED燈的畫面時(shí)，確保能夠用更長(zhǎng)的曝光時(shí)間來捕捉更全面的信息。圖像傳感器廠商應(yīng)用的都是這個(gè)大思路，雖然在具體實(shí)施上存在差別，例如OmniVision應(yīng)用的是大小分離像素。

?趨勢(shì)四：CIS+AI

從CIS未來在車用領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)上看，我們不難發(fā)現(xiàn)其具有非常大的技術(shù)應(yīng)用潛力。隨著人工智能算法的愈發(fā)成熟，越來越多的功能可以通過CIS+AI的形式實(shí)現(xiàn)。比如在車外場(chǎng)景中，配合CIS獲取的圖像數(shù)據(jù)，汽車駕駛輔助系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)行人監(jiān)測(cè)、路面標(biāo)志識(shí)別、車道偏移報(bào)警、自動(dòng)泊車，乃至最終的無人駕駛。而在艙內(nèi)場(chǎng)景中，CIS的應(yīng)用場(chǎng)景更為豐富：駕駛員身份識(shí)別、駕駛習(xí)慣設(shè)置自運(yùn)行、用于自動(dòng)調(diào)整安全氣囊設(shè)置的兒童及物品識(shí)別、疲勞與分心駕駛檢測(cè)、車內(nèi)物品及兒童遺忘提醒等。為了讓更多的中低端車型也配備足夠的CIS傳感器以部署AI技術(shù)，業(yè)內(nèi)估計(jì)CIS產(chǎn)品必須降低20%-30%的成本才能滿足成本方面的需求。技術(shù)上要求不斷創(chuàng)新，成本上也要求不斷創(chuàng)新，這給了幾家國(guó)內(nèi)廠商進(jìn)入汽車領(lǐng)域獲得更大份額帶來機(jī)會(huì)。但可以預(yù)見，隨著AI技術(shù)的逐步落地，CIS將成為和車內(nèi)空調(diào)、GPS一樣不可或缺的汽車零件。

?趨勢(shì)五、WLCSP封裝

CIS需求量呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì)，但芯片制造中所需的晶圓與封測(cè)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性供需不平衡，晶圓和封測(cè)產(chǎn)能擴(kuò)張無法與芯片需求量增長(zhǎng)相匹配，供不應(yīng)求引發(fā)晶圓與封測(cè)代工價(jià)格的上漲，CIS制造成本的上漲推動(dòng)CIS價(jià)格持續(xù)提高。預(yù)計(jì)高性能車載CIS實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)且晶圓與封測(cè)產(chǎn)能短缺問題解決后，車載CIS價(jià)格將有所下降。預(yù)計(jì)在2020年-2022年車載CIS價(jià)格每年上漲12%，2023開始放緩，2024-2025年價(jià)格下降。

考慮到成本競(jìng)爭(zhēng)的需求，未來車用CIS的封裝方式轉(zhuǎn)向WLCSP是大勢(shì)所趨，晶方是目前唯一布局12寸的封裝廠，因此長(zhǎng)期來看車用CIS無論是韋爾還是索尼，都會(huì)大部分在晶方做封裝，韋爾最先用CSP降本，索尼也在接觸晶方，CIS封裝長(zhǎng)期的競(jìng)爭(zhēng)格局可能優(yōu)于CIS芯片和車載鏡頭。

?點(diǎn)評(píng)：車載CIS或?qū)⒊霈F(xiàn)更多消費(fèi)級(jí)特點(diǎn)

從上述五大趨勢(shì)可以看出，隨著安防、消費(fèi)市場(chǎng)的玩家不斷涌入汽車市場(chǎng)，將會(huì)把他們?cè)谠惺袌?chǎng)的技術(shù)積累和經(jīng)驗(yàn)帶到汽車領(lǐng)域。雖然車載CIS的參數(shù)競(jìng)爭(zhēng)沒有座艙芯片激進(jìn)，但可以預(yù)見，未來該領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)格局將會(huì)發(fā)生變化，未來將會(huì)出現(xiàn)更多的跨界挑戰(zhàn)者。