CMOS图像传感器何去何从?

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1. CMOS图像传感器何去何从?

 

如今,CMOS图像传感器在我们的日常生活中已经无处不在,从智能手机到汽车、安全摄像头、机器人和AR/VR娱乐设备。对智能、互联和自主消费产品的强劲需求在很大程度上推动了物联网时代的到来。相对的,为了促进像素尺寸进一步减小,CMOS图像传感器的像素尺寸甚至超过了0.7μm,并通过像素级互联实现更大的CIS/ISP集成,领先的图像传感器设计公司、供应商和全球代工厂继续推进技术创新。增强的长波长检测和改进的SPAD设计也促进了3D-TOF成像的发展,提供更广泛的CIS能力来满足新兴应用需求。

 

对移动成像来说,堆栈式、背照式图像传感器将继续主导市场。2020年近90%智能手机成像设备(图1)使用相关技术。随着片上图像处理成为提高性能的关键,预计它们在智能手机中的应用将继续超过单片背照式图像传感器。

 

 

图1

 

 

此外,堆栈式+背照式图像传感器有源阵列( active array)增加了对die表面空间的需求,这个趋势是由提高分辨率的需求推动的,因为智能手机的图像在2020年就超过了1000万像素,并仍然呈上升趋势。图2显示了自2013年以来分析的堆叠芯片,可以看到用于感光的CIS面积占比越来越高,已经超过了80%。

 

 

图2

  

 

2. 汽车芯片真的那么缺吗?

 

据2021年10月31日日本经济新闻报道,受到半导体供给不足的影响,无法生产汽车、新车交货期愈来愈长。之前最多1一一3个月的交货期,如今已经延长两倍,而一些受欢迎的车型甚至需要等一年(甚至更长的时间)。

 

 

图1:新车交货期愈来愈长。出自日本经济新闻2021年10月31日报道。(图片出自:eetimes.jp)

 

 

半导体缺货真的如此严重吗?一一笔者对此表示怀疑。总觉得汽车行业的半导体不足情况异常严重。据11月2日日本经济新闻报道,今年10月日本的新车销售数量为27万9,341辆,与1968年(也是日本开始统计汽车销售数量的年份)的27万9,643辆相比,下滑了两辆,可以说是过去54年来最低的销售数量。日本经济新闻指出,汽车销售数量下滑的原因在于受到半导体供给不足和东南亚地区新冠疫情蔓延的影响,车载零部件供给不足。

 

也许本文的结论会令诸位读者失望,因为其原因是“不知所以”。笔者推测肯定有某些地方的某些企业在囤积半导体产品。

 

3. 本土汽车芯片多路出击

 

现在汽车正在朝着新能源电动汽车和自动驾驶这两大方向发展。这两大行业趋势催生了对汽车半导体种类的多种需求和对性能的高要求。在电动汽车的发展和自动驾驶辅助系统 (ADAS) 的引入的带动下,汽车很可能成为未来十年增长最快的半导体细分市场。而拆开汽车的全身,智能汽车的各个“部位”都孕育着很多芯片机会,包括自动驾驶AI芯片、智能座舱芯片、功率器件、MCU、激光雷达等等。针对这些细分领域,国内都有不少企业正发起攻势,以期打入国内汽车芯片供应链。

 

但自动驾驶芯片作为一个全新的赛道,从全球范围来看,有能力进入这个领域的公司寥寥无几。自动驾驶芯片不同于普通芯片,对芯片的性能、功耗、能效比等等都提出了极为苛刻的要求。国内汽车自动驾驶AI芯片企业主要有黑芝麻、地平线、芯驰科技。目前在这一赛道是全球共同竞争的态势,中国的芯片企业与全球巨头相比,在技术层面在逐渐赶超甚至有领先优势。而且在供应能力和实时响应方面也高效灵活。

 

就拿黑芝麻来说,去年6月基于自研核心IP,黑芝麻发布了华山二号A1000芯片,它具备40-70TOPS的强大算力,小于8W的功耗及优越的算力利用率,是目前唯一能支持L2+及以上级别自动驾驶的国产芯片。还推出了FAD全自动驾驶计算平台。今年,黑芝麻计划投片华山三号,采用7nm工艺制程,算力超过200TOPS,全面支持L4/L5级别的自动驾驶。

 

地平线于2019年8月量产中国首款车规级AI芯片征程2,2020年3月,征程2前装量产,地平线也开启了国产车规级 AI 芯片前装量产元年,到12月,地平线征程2累计出货量突破16万片。2021年5月,地平线的征程3量产装车首发。面向L4高等级自动驾驶的大算力征程 5系列芯片,一次性流片成功并顺利点亮。

 

芯驰科技成立不到2年完成3款产品的布局,这个产品研发周期在国内外芯片行列都是数一数二的,更何况是汽车芯片。其中V9系列芯片是一款ADAS和自动驾驶芯片,产品具有独立视觉引擎、高扩展性、面向自动驾驶域控+运控计算平台的优势,还融合了多种传感器,支持高清摄像头、毫米波雷达、激光雷达等。

 

4. “拯救”SiC的几大新技术

 

碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料中的代表性材料,是一种具有1X1共价键的硅和碳化合物。据说,碳化硅最早是人们在太阳系刚诞生的46亿年前的陨石中发现的,所以又被称为“经历46亿年时光之旅的半导体材料”。

 

早在2014年的时候,科技日报就曾发过一篇名为《农业“弃儿”可成“工业宠儿”碳化硅》的报道,如果用《甄嬛传》里甄嬛的晋升地位来说,那时候的碳化硅或许还是楚楚动人的“莞贵人”。然而近些年,趁着5G、新能源汽车、充电设施、轨道交通等风口产业,碳化硅显然已经晋升成为“熹贵妃”。2019年的时候,圈内就流行着这么一句话:“得碳化硅者得天下”。火爆程度可见一斑。

 

从目前发展趋势来看,未来碳化硅将会被越来越多地用于纯电动汽车和光伏发电系统的逆变器等领域,市场前景十分广阔。在此背景下,如何突破技术壁垒,更好得发挥碳化硅材料的优势成为了技术人员亟需解决的难题。

 

今年以来,作为碳化硅材料大国美国、日本接连研发了无损测量碳化硅器件中载流子寿命、表面纳米控制技术、全新银烧结技术等多项新技术,旨在解决碳化硅材料生产中的难题,提高碳化硅器件性能。

 

 

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