變局出現(xiàn)，2022年車載CIS芯片五大趨勢

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，而排名第二的估計將是車載CIS芯片。隨著汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展趨勢，車載攝像頭作為汽車智能化的核心應用之一，正迎來快速增長階段。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。車載CIS需求的快速增長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)控等應用的基礎(chǔ)。

在汽車上，圖像傳感器的增長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配倒車影像以及自動駕駛普及對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市場的營收額達到14.4億美金，占整體CIS年營收的7%，預計到2026年車載CIS出貨量將達到3.64億顆。

?車載CIS主要應用場景有哪些？

車載攝像頭主要應用場景，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個前視攝像頭、1個后視攝像頭、4個側(cè)視攝像頭、1個內(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，將快速應用于360?全景影像、前向后碰撞預警、車道偏移報警和行人檢測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)控兩個方面，其中的主流產(chǎn)品是全局快門、黑白RGBIR。中國L4級無人駕駛出租車（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現(xiàn)高分辨率攝像頭。

隨著智能駕駛由L1升級至L2/L3級，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，同時車載CIS也逐步像素升級，從VGA→1M→2M→8M，單顆攝像頭價值量逐步提升，量價提升帶來車載CIS市場規(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。因此隨著自動駕駛等級提升，對CIS的數(shù)量和分辨率要求在不斷增加。當前每輛車可能需要2顆以上CIS，預計到2025年增加到10顆以上，2030年更增加到13~19顆。

?猛龍過江，安防/消費玩家殺入車載市場

車載CIS市場中市場參與者較少，競爭格局屬于少數(shù)玩家壟斷的市場。根據(jù)2019年的數(shù)據(jù)，安森美占據(jù)龍頭地位，市場占有率高達60%，豪威（韋爾半導體）在未來有趕超趨勢。

2018~2019年全球車載CIS市場格局，來源：countpoint

安森美是車載CIS行業(yè)的龍頭企業(yè)，市場占有率達到60%，在車載CIS行業(yè)占據(jù)壓倒性地位。安森美的市場地位得益于三次戰(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項的成像專利、多類傳感器產(chǎn)品和完整的供應鏈。

豪威在車載CIS市場排名第二，且在2018-2019年間市場份額上升9%。豪威市場份額上升原因有以下兩點：豪威2004年進入車載CIS市場，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的高端寬動態(tài)范圍圖像傳感器、適用于監(jiān)視器市場的超低功耗解決方案、適用于監(jiān)視器市場的近紅外和低光傳感器、適用于AR/VR等新興市場的全局快門傳感器等領(lǐng)域有著明顯的競爭優(yōu)勢。

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年宣布進入車載CIS市場，三星則到2021年才進軍車載CIS市場。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Vision-s概念車，搭載了自家的多種CIS方案，以示在車用市場的決心。作為手機CIS領(lǐng)域的領(lǐng)先廠商，SONY和三星有可能對排在前面的安森美和豪威造成一定威脅。

相比手機等消費類市場，此前車載CIS對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面臨嚴苛的環(huán)境，溫度范圍要求極端苛刻，需要能夠達到-40°C及105°C，且使用周期至少達到8-10年。汽車CIS的動態(tài)范圍要需超過120dB，通常在120dB-140dB，且對于低照度也有比較高的要求，車用CIS需夜間行駛時保證正常工作。

手機與車載CIS的發(fā)展方向也不盡相同，手機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；車載更注重探測與識別，對像素的要求不高，車載前視攝像頭像素多為100萬像素，行業(yè)中最高像素也僅達到800萬，整體像素較低。簡單而言，手機、安防偏重于人眼的視覺感受，汽車應用更注重機器視覺。

在國內(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，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)劃進一步推出?Automotive Sensor（AS）Series系列下?SC120AS及?SC280AS兩款重點產(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)級影像；SC280AS為?200?萬像素1/1.8″CIS，支持高達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)品都能比較好地應用于車的環(huán)視以及自動泊車的車載影像應用中。其中既有匹配前裝市場的如SC100AT（將通過AEC-Q100標準認證）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的諸如SC2393P、SC4353、SC4233P、SC8353等消費級產(chǎn)品。

車用CIS產(chǎn)品往往需要滿足不少獨特的需求，例如LED閃爍抑制能力以確保正確識別路面信號燈及汽車車燈；HDR功能以應對復雜的光照條件；強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)防止高速運動下的“果凍效應”……這些獨特的技術(shù)需求，要求CIS廠商必須具有強大的技術(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不僅需要強大的低光照成像性能，還必須能夠應對復雜且實時快速變化的光線環(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)品的時候，思特威充分利用了其業(yè)內(nèi)認可的夜視和HDR優(yōu)勢技術(shù)，通過結(jié)合其在安防監(jiān)控應用中的領(lǐng)先技術(shù)與多年積累的豐富經(jīng)驗，在車用CIS產(chǎn)品上實現(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，這是一顆完全實現(xiàn)國產(chǎn)化的車規(guī)級圖像傳感器，通過對整個光學成像技術(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年自動駕駛汽車圖像傳感器– 前沿報告）的報告。除了未來全自動駕駛將變得更依托于機器視覺，面向人類視覺的圖像增強要求越來越低之外，還提到了幾個趨勢：

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

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

（3）HDR高動態(tài)范圍的同時，要求運動偽像更少；

（4）LEDflickering問題消除。

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

L4、L5車型對車載攝像頭像素的要求將會更高，傳統(tǒng)汽車后視鏡存在視覺盲點，攝像頭廣角大，可解決盲點問題，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和自動駕駛應用中重要性大增，畢竟攝像頭與其它車載傳感器相比，常被人詬病的一點就是暗光條件下的準確性。

?趨勢二、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。卷簾快門通過對每列像素使用A/D來提高讀取速度，整個傳感器陣列必須轉(zhuǎn)換為一排A/D，導致每行讀出之間的時間延遲小，對高速運動的物體會產(chǎn)生明顯的變形。全局快門下，所有像素點同時收集光線，并同時曝光，改善高度運動對象時的變形問題。

安防攝像頭拍攝高速移動物體時需要獲取清晰穩(wěn)定的圖像，因此安防級CIS芯片都具備全局快門技術(shù)，在消費電子和車載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，并無拍攝運動對象的需求。自動駕駛技術(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)生事故時需拍攝并錄像座艙內(nèi)情況，在此處車載CIS也需要應用全局快門技術(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像素都應用獨立ADC的論文（像素級互聯(lián)），這是快速讀出實現(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“全球為數(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，完善對高速運動物體的清晰抓拍，特別適用于ITS系統(tǒng)下對車牌及人臉的快速獲取和識別。

?趨勢三：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)。畢竟在自動駕駛、智慧交通領(lǐng)域，LED頻閃導致攝像頭捕捉到的交通標志、紅綠燈讀秒信息不全，會導致后端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，確保能夠用更長的曝光時間來捕捉更全面的信息。圖像傳感器廠商應用的都是這個大思路，雖然在具體實施上存在差別，例如OmniVision應用的是大小分離像素。

?趨勢四：CIS+AI

從CIS未來在車用領(lǐng)域的發(fā)展趨勢上看，我們不難發(fā)現(xiàn)其具有非常大的技術(shù)應用潛力。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的形式實現(xiàn)。比如在車外場景中，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、路面標志識別、車道偏移報警、自動泊車，乃至最終的無人駕駛。而在艙內(nèi)場景中，CIS的應用場景更為豐富：駕駛員身份識別、駕駛習慣設(shè)置自運行、用于自動調(diào)整安全氣囊設(shè)置的兒童及物品識別、疲勞與分心駕駛檢測、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，這給了幾家國內(nèi)廠商進入汽車領(lǐng)域獲得更大份額帶來機會。但可以預見，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。

?趨勢五、WLCSP封裝

CIS需求量呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢，但芯片制造中所需的晶圓與封測出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性供需不平衡，晶圓和封測產(chǎn)能擴張無法與芯片需求量增長相匹配，供不應求引發(fā)晶圓與封測代工價格的上漲，CIS制造成本的上漲推動CIS價格持續(xù)提高。預計高性能車載CIS實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)且晶圓與封測產(chǎn)能短缺問題解決后，車載CIS價格將有所下降。預計在2020年-2022年車載CIS價格每年上漲12%，2023開始放緩，2024-2025年價格下降。

考慮到成本競爭的需求，未來車用CIS的封裝方式轉(zhuǎn)向WLCSP是大勢所趨，晶方是目前唯一布局12寸的封裝廠，因此長期來看車用CIS無論是韋爾還是索尼，都會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封裝長期的競爭格局可能優(yōu)于CIS芯片和車載鏡頭。

?點評：車載CIS或?qū)⒊霈F(xiàn)更多消費級特點

從上述五大趨勢可以看出，隨著安防、消費市場的玩家不斷涌入汽車市場，將會把他們在原有市場的技術(shù)積累和經(jīng)驗帶到汽車領(lǐng)域。雖然車載CIS的參數(shù)競爭沒有座艙芯片激進，但可以預見，未來該領(lǐng)域的競爭格局將會發(fā)生變化，未來將會出現(xiàn)更多的跨界挑戰(zhàn)者。