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原标题:图像传感器行当深入分析,仍是可以坐多长时间

浏览次数:62 时间:2019-09-06

新功能正推动CMOS图像传感器产业变革,未来五年复合年增长率为10.4%,2021年市场规模将达到188亿美元。 超越100亿美元:CMOS图像传感器产业保持高速增长 在移动设备和汽车应用的驱动下,2015年~2021年,CMOS图像传感器产业的复合年增长率为10.4%,预计市场规模将从2015年的103亿美元增长到2021年的188亿美元。 有行业调研机构认为CMOS图像传感器产业将保持高速增长趋势。智能手机中的摄像头数量增长将消除智能手机出货量增长缓慢带来的影响。双摄像头和3D摄像头将对CMOS图像传感器的出货量产生重要影响。虽然现在全面地介绍主要CIS厂商的策略还为时过早,但是部分产品已经出现在市场上了。 今年的一则大新闻是消费类市场正从数码摄影的衰落中恢复起来。虽然,运动相机似乎已经达到市场上限,但是新的应用,如无人机、机器人、虚拟现实和增强现实等,正促使CMOS图像传感器市场焕发新的生机。与此同时,汽车摄像头市场已经成为CMOS图像传感器的一个重要增长领域。先进驾驶辅助系统的发展趋势进一步提高对传感器供应商的压力,以提升其传感技术能力。图像分析是新兴需求,并且人工智能的早期应用正吸引众人的目光。预计2015年~2021年,汽车CMOS图像传感器市场的复合年增长率将高达23%。因此,我们认为2021年之前,全球CMOS图像传感器的市场增长不会出现放缓的趋势。 与汽车市场相似,图像分析和性能提升也正在生产、安防、医疗和工业市场中起到重要推动作用,本报告都将进行具体分析,并提供不同CIS细分市场情况,包括应用、营收、出货量和技术分析。

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图片 2 手机摄像头的功能演变

这份数据列出了2018年CMOS图像传感器市场的几名主要玩家,包括将近一半市场份额的索尼,及其后的三星、豪威(Omnivision)、SK海力士、安森美[1]。

CMOS图像传感器已成为半导体产业中最有“魅力”的产品之一 CMOS图像传感器产业的并购行为已经改变了竞争格局。目前,索尼是市场、生产和技术的领导者。三星和豪威科技(Omnivision)一直保持着强有力的竞争实力。 2015年的重要并购包括:-佳能以28亿美元收购瑞典网络视频监控厂商Axis;-安森美半导体(ONSemiconductor)以24亿美元收购飞兆半导体(Fairchild);-中国投资财团以19亿美元收购豪威科技(Omnivision)。 其它并购新闻还包括:-东芝把公司旗下的CMOS图像传感器业务以1.55亿美元卖给索尼;-2016年佳能以59亿美元收购东芝医疗业务。 2015年,索尼真正展现了其领导地位。其资本支出达到前所未有的高度:20亿美元。索尼拥有全球CMOS图像传感器的50%产能,不过“仅”占据全球35%的市场份额,因此这彰显出索尼还有继续扩大市场的野心。但是,其目前的盈利能力不足表明市场的压力还是很大的。同时,索尼也正处于关键的转型期,以适应CMOS图像传感器市场的快速增长。我们认为,只要CMOS图像传感器的竞争保持相对开放,并且增长模式维持不变,那么CMOS图像传感器的关键技术将几乎每隔一年就发生变化。 SK海力士是一个快速成长的典型案例,其在非常短的时间内挤进全球CMOS图像传感器厂商排名前十位。这主要得益于其对智能手机前置摄像头CMOS图像传感器的分辨率提升,进而从格科微(Galaxycore)和豪威科技(Omnivision)的手中抢夺了大量业务订单。 重点提示:产业格局瞬息万变,企业状况潮起潮落,让我们回顾2015年全球CMOS图像传感器十大厂商排名情况:第一位:索尼,营收为36.45亿美元,增长31%,市场份额为35%;第二位:三星,营收为19.3亿美元,增长6%,市场份额为19%;第三位:豪威科技,营收为12.5亿美元,下跌9%,市场份额为12%;第四位:安森美半导体,营收为8.1亿美元,增长21%,市场份额为8%;第五位:佳能,营收为4.04亿美元,下跌16%,市场份额为4%;第六位:东芝,营收为3.5亿美元,下跌3%,市场份额为3.4%;第七位:松下,营收为3.36亿美元,增长38%,市场份额为3.3%;第八位:SK海力士,营收为3.25亿美元,增长63%,市场份额为3.1%;第九位:格科微,营收为2.75亿美元,下跌15%,市场份额为2.7%;第十位:意法半导体,营收为2亿美元,下跌23%,市场份额为2%。

索尼在这一市场的统领地位已经持续数年。包括苹果iPhone、OPPO、华为等在内的绝大部分高端拍照手机,都采用索尼的CMOS图像传感器。华为P30 Pro后置四摄图像传感器都来自索尼,让P30 Pro一举成为现如今拍照最出色的手机设备。

图片 3技术革新仍然是CMOS图像传感器的主要驱动力 正如我们在2015年的报告中提到的,背照式和堆叠BSI技术正在兴起。这些技术有了重大突破,正在改变竞争格局和市场状态。堆叠BSI图像传感器分层堆叠像素,包括片上背照式结构像素的形成,芯片包括用于信号处理的电路,将代替用于传统背照式CMOS图像传感器的支撑衬底。该种图像传感器还能集成更多功能,如自动对焦和光学防抖。 对于智能手机摄像头,主要有以下两个驱动因素:尺寸:摄像头模组的X、Y和Z尺寸图像质量:特别是高分辨率、低光性能、对焦和防抖 “双摄像头”技术正在改变游戏规则,有可能在短时间内容抢占市场份额,推动CMOS图像传感器产业增长。另一个重要情形是智能手机前置摄像头正在酝酿变革,这主要受人机交互接口技术的驱动。 理解双摄像头和3D感测摄像头对各种产业的影响是一件非常重要的事情,因为这些基础硬件是计算革命(ComputationalRevolution)的重要组成部分,将改变生物识别、机器视觉、影视娱乐、安防监控、智能交通、生物医疗等众多领域。本报告将提供更多新知识,带您进入更多CMOS图像传感器的神秘领域。

从Yole Development去年9月发布的报告来看[2],按收益统计该市场排名前五的市场参与者中,索尼的市场份额相当于后4名市场份额总和。这个趋势看起来都还有长期持续的意思,索尼在该市场的头把交椅真能持续这么久吗?

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CMOS图像传感器市场现状

Yole的报告显示,2017年CMOS图像传感器市场规模为139亿美元,预计2017~2023年的复合年增长率为9.4%,5年后会超过230亿。包括摄像头驱动机构、光学镜头、3D交互在内的全套生态系统也因此被带动成长。

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该市场最核心的组成部分是智能手机,汽车、安防也是另外两个重要增长点。其中移动消费计算市场,占到总收益的87%。无论从量,还是收益来看,CMOS图像传感器市场都在快速成长。

尽管当前手机市场趋于饱和,但由于这两年双摄像头乃至多摄像头、大光圈,以及3D深度摄像头的应用,这些新技术都在持续为CMOS图像传感器市场发力——消费市场的摄影应用依然呈现出多样化态势。尤其这些年智能手机市场的竞争和厮杀还在加剧,为了保有竞争力,CMOS图像传感器制造商不得不在手机摄像头中融入新的技术和特性。

预计到2022年,一款手机的平均摄像头数量就会超过3个。手机的前置双摄还在加速这一过程。另外,虚拟现实应用,如3D感知即将迎来爆发期。

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在持续数年的时间里,CMOS图像传感器市场是长期被索尼、三星和豪威(Omnivision)统治的。索尼毫无疑问拿下市场份额大头,在技术方面得益于索尼本身在数字摄影方面的优势。第二集团军则包含安森美、松下等。Yuanta今年的报告中[3],SK海力士是杀入主流市场的新玩家。这可能主要得益于SK海力士2014年收购的Siliconfle,并在2017年开始持续投入CMOS图像传感器。除了现如今豪威资本构成主体来自中国,中国本土在该市场尚有很大的努力空间。

高端领域如汽车、工业市场,一直是美国的安森美、Teledyne的天下。但即便在成长空间依然很大的前提下,该市场近两年的情况相对稳定,新晋玩家的机会并不大。

索尼是如何坐稳头把交椅的

索尼作为一家老牌企业,上世纪在科技行业贡献了大量标志性产品,比如Walkman、特丽珑电视。但迈入2000年以后,尤其从2008年开始,其营业利润率开始持续走低,反复在0%附近震荡。2013年,索尼市值折半,甚至还赶不上Facebook当年收购Whatsapp的价格。这个时间段互联网上戏谑的声音反复在问“索尼今天破产了吗”,这是因为除了索尼金融业务在托底之外,各个业务线都相当惨淡。

2013年,索尼营业利润下滑九成。不过在这段时间前后,索尼的其中一项业务开始出现明显的增长迹象。看索尼2012财年报告:这里需要抛开金融服务、影像/音乐(如哥伦比亚影业市场在欧美),除了游戏业务表现一贯不错之外,有个名为“Devices”的业务营业利润开始呈现出黑字,而且营收能力在整个索尼达到数一数二的程度。在Devices类别中占据大头的就是索尼的图像传感器。

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2014年索尼的营收情况依然是不乐观的[5],营收增量很大程度来源于日币贬值。不过Devices业务营收增幅达到23.9%,营业利润931亿日元(约合7.76亿美元),利润率大约接近10%,对持续赤字的索尼而言可谓一剂良药。

我们再来看一下现在索尼图像传感器业务的情况如何。

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当前索尼图像传感器业务在半导体(Semiconductors)业务下。索尼现在甚至还习惯在财报中,将图像传感器单独列出来。虽然2018年全年,半导体业务整体利润下滑,但利润率依然很高,且图像传感器为该业务贡献了超过80%的营收。虽然赚钱基数低于游戏业务,但其利润率在整个索尼都是绝无仅有的。这也和行业老大的地位完全相符。

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从索尼的财报来看,图像传感器业务几乎可以认为是当代索尼表现“技术”的核心和象征,也是盈利的支柱之一。不过实际上,索尼开始看重图像传感器业务却并不是从近两年才开始的。早在2010年,索尼图像传感器市场份额不过区区7%,当时的市场第一还是美国的Aptina Imaging[8]。不过这一年索尼做了个很重要的决定。

2010年9月,索尼宣布计划在索尼半导体九州公司的熊本技术中心投入400亿日元[7],为“Exmor”和“Exmor R”CMOS图像传感器扩增产量。同年年底,索尼宣布在长崎技术中心投入1000亿日元扩产。这项计划包括投入到,从东芝收购的半导体制造设备,以及将部分设备翻新为新的晶圆产线,借由“专利技术实现索尼CMOS图像传感器的差异化竞争”。

2011年,iPhone 4S开始正式采用索尼的Exmor R图像传感器,此后所有iPhone及iOS设备摄像头都在用索尼的CMOS图像传感器。除了索尼在技术方面的确相较竞争对手有优势,苹果亦可谓是索尼CMOS图像传感器业务的贵人。Yole分析师Pierre Cambou就认为,iPhone对于半导体行业有着巨大的影响,尤其是成像。“它为主要供应商索尼提供了机会,令CIS工艺达到新的高度,建立了索尼在高端数字成像领域的早期成长”。

2018年彭博社曾撰文称[9],索尼的图像传感器营收中有一半是来自苹果。这个比例听起来或许比较夸张,但至少可以表明苹果对索尼半导体业务的重要性。

2015年年底,索尼以1.55亿美元收购东芝图像传感器业务之后,索尼的市场统治地位就彻底形成了。

除了技术,还是技术

索尼在现如今手机拍照领域的一家独大,与索尼原本在影像领域的经验和技术开发是分不开的。去年索尼向市场推出IMX586图像传感器,让手机摄像头分辨率跃升至4800万像素。随后位处市场第二的三星也发布了标称4800万像素的GM1图像传感器。

当时国内还就这两款图像传感器,掀起过“真假4800万像素”的讨论。起源是索尼IMX586支持输出4800万全尺寸照片,而三星GM1默认输出1200万,只能插值计算出4800万像素的照片,解析力也有差距。实际上,两者的光电二极管的确都是4800万,且都采用Quad Bayer阵列像素排列。

区别在于,索尼IMX586在图像传感器Stack Sensor部分的图像处理硬件首先会进行Remosaic操作,随后再将拍摄的RAW格式数据传输给手机SoC的ISP部分进行常规图像处理操作。从索尼公布的数据来看,IMX586能够实现30fps的Remosaic操作。但三星GM1只能实现30fps的1200万像素binning操作。

这其间的ISP处理算法,以及高速模拟读出电路设计还是存在代差的。即便是三星前不久才推出的GM2 4800万全尺寸输出帧率也不过10fps,即便不考虑像素设计方面的差异,三星或许仍然在模拟电路设计上略逊一筹。这只是索尼技术相较竞争对手领先的一例,而且三星近两年已经试图在全速追赶,才好不容易坐稳了市场份额第二的位置。

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