CMOS 浮沉：從雙雄纏鬥到國產替代

來源：遠川科技評論

某種意義上當代手機的戰爭，已經變成了拍照的戰爭。

從單攝到 4 攝，從 800 萬像素到 1 億像素，在沒有革命性變化的今天，夜裡自拍還能自動美顏的拍照效果成了各個品牌差異化的主戰場。

這邊，華為、小米一眾手機企業打得熱火朝天，但根本上，手機拍照性能的好壞，手機廠商跑分與宣傳只是表面功夫，真正決定了一部手機拍照功能好壞的，是一個叫做圖像傳感器（CMOS）的晶片。

所謂圖像傳感器，可以將鏡頭捕捉的光信號，轉換成機器可以讀懂的數字信號。也就是把真實的世界，畫進晶片的世界。一般來說，傳感器面積越大，畫布面積就越大，能繪畫的細節就越多，其性能的好壞直接影響照相質量，相當照相頭的 ” 眼睛 “。

這塊晶片體積不大，卻占整個照相頭模組 52% 的成本價值，而照相頭模組，又往往是一個手機之中，僅次於 SoC 晶片與螢幕之外，第三大成本來源。

目前，能生產這塊 ” 畫布 ” 的除了讓蘋果、華為、小米卷起來的SONY，還有三星和豪威（OmniVision），共計三大玩家。

而全球手機圖像傳感器的歷史，則可以概括為SONY與豪威的纏鬥，三星坐收漁翁之利的總結。

過程當中，技術的更迭與產能的變化，相繼將不同企業相繼推上王座；豪威也在這一期間，從美國企業成為中國公司，帶領中國的 CMOS 打響了另一場從無到有，沖擊王座的戰爭：

上世紀 70-90 年代，全球的圖像傳感器市場一度被日本壟斷長達 20 餘年時間。

那一時期，全球的圖像傳感器產品主要以高像素、高生產制造難度的 CCD（電荷耦合器件圖像傳感器）器件為主流，SONY與松下正是其中佼佼者。

而憑借著在 CCD 與存儲領域的領先地位，日本也一度占據了全球超過半數的半導體生產，全球的前 10 大半導體公司中 , 日本也一度獨占 6 家。

而作為發明了 CCD 的美國人，自然不甘心市場旁落。日本稱霸 20 多年時間裡，美國企業一直在尋找一種替代技術，既能夠做到 CCD 的高品質成像，同時這種技術的生產難度與成本，還要低到美國企業足以將傳統的 CCD 挑落馬下。

1995 年，幾位來自中國的華人留學生在矽谷創辦的一家叫做豪威的企業，為美國帶來了希望。

這家年輕的企業，一直試圖將傳統的 CMOS 工藝（互補金屬氧化物半導體圖像傳感器），用在圖像傳感器中取代傳統 CCD 的地位。

CCD 與 CMOS 區別

如果將兩種工藝進行直觀對比，在當時的工藝條件下，CMOS 的成像質量較 CCD 稍差，但卻可以做到功耗和成本的極大降低，更適合用在當時方興未艾的消費電子市場。當年豪威把產品參加業界著名的 Comdex 電腦展，被眾多臺灣客戶採購後，僅僅一個月就實現了量產 [ 1 ] 。

也是自此，CMOS 技術逐漸成為圖像傳感器市場主流。風光無兩的豪威開始駛向快車道，並於 2000 年景功納斯達克上市，2007 年切入蘋果手機，成為最早的蘋果產業鏈企業。

但 CMOS 的戰爭，才剛剛拉開大幕的一角。

2000 年豪威在納斯達克上市的同時，老法師SONY也終於放下了看家的 CCD 轉向 CMOS 市場。

與當年獨霸 CCD 市場形成鮮明對比的是，轉型十年後，一直到 2010 年，SONY在 CMOS 市占也僅有 7%，而新秀豪威的市占率，卻已經高達 50%。

誰也不曾想，變革發生的如此迅猛：2011 年 10 月，蘋果推出 iPhone4S。發布會前，有媒體爆料豪威不再 ” 連莊 ” 蘋果後置主攝，會被SONY代替。

那時，很多人都以為這只是個不知哪裡傳出的 FakeNews，卻不曾想，在發布會的當天，蘋果用實際行動證明了留言的真實性。最新款 iPhone4S，蘋果將大幅減少豪威的供貨占比，轉而扶持SONY，成為蘋果的 CMOS 一供。

不是蘋果始亂終棄，而是面對萬人空巷搶蘋果的需求暴漲，豪威的技術雖領先，產能卻早已跟不上蘋果的步伐。這背後涉及到了半導體生產的兩種經典模式，IDM 與 Fabless。

1. SONY採取 IDM 模式：即從生產制造、設計、封裝測試，全產業鏈環節自己一手包辦。這種模式優勢是生產能力強，能全方位滿足客戶需求，但劣勢是企業資產重、投資成本巨大。

2. 豪威採取 Fabless 模式：企業隻負責設計研發，但生產和封測環節外包給第三方完成。這種做法的優勢是投資小，能減少生產環節的巨大資金和人力成本，可以集中資金進行技術升級，但劣勢是存在產能風險。

擁有自建工廠的SONY，毫不掩飾對擴張的野心：2011 年，SONY一度在熊本和長崎研發中心投入 400 和 1000 億日元研發 CMOS，以應對市場需求的暴增。

反觀豪威，雖然輕資產運營，但面對突然間的需求暴漲，沒有自己晶圓廠的豪威，自然只能默默吃下啞巴虧，從一供滑落二供。

之後在 2013 年，又研發出比豪威更先進的堆疊式 CMOS，趁著豪威還未實現技術追趕，讓工人加班加點生產，進一步坐穩了蘋果 CMOS 一供的大哥地位。

而豪威這邊，盡管從 2011 年蘋果推出 iPhone4S 和 iPhone5 後置照相頭開始採用SONY CMOS，但為保留情面，前置照相頭也依然採用豪威方案。而SONY正式形成技術 + 產能的雙次反攻之後，從 iPhone6 開始，所有型號的 iPhone，無論前後照相頭，蘋果全部採用SONY CMOS，豪威自此被徹底踢出果鏈。

2011 年後，豪威與SONY CMOS 業績一上一下

產業模式造就SONY和豪威不同結局，2012 年後，豪威市占率從老大滑落到老三只有 11%，SONY完全承接豪威之前的高端市場客戶，市占率達到 40% 以上。而三星趁SONY和豪威纏鬥時，則憑借著終端的支持，以及最新的 ISOCELL 技術，從兩大巨頭的地盤中，撕下了 20% 的市場份額。

到這裡，CMOS 雙強鼎峙的格局已定，好像也沒豪威什麼事了，但故事還沒結束。

2013 年，豪威在高端市場打不過SONY，開始轉戰中國做中低端市場，到 2019 年還被中國半導體企業韋爾股份收購。按照打敗仗 – 被收購劇情發展，豪威大概率會步向衰落，但為什麼豪威現在不僅沒死，甚至還有追趕SONY的可能？

這與 CMOS 圖像傳感器的性質有關。CMOS 是一個特殊的產品，大家都知道，傳統的數字晶片例如 CPU、GPU 靠先進的制程為王，而例如射頻、電源管理晶片等模擬晶片則更依賴於老師傅的經驗積累。但 CMOS 偏偏是一個 ” 雙頭鷹 “：它是模擬和數字電路的集成。

在模擬這一側，它要感知光的細微變化，把光信號變成電信號。但單個像素是微米級別的大小，因此模擬晶片並不要求特別先進的制程。

但同時，CMOS 還需要將電信號還得轉換成手機 SoC 能讀懂的數字信號，這一部分是由後半部分的集成在 CMOS 上的數字晶片部分實現。

由於成像的關鍵在於前半部分，而手機像素的最佳數量也長期停在 1200 萬像素，因此SONY自己運營工廠不但能輕松搞定，還能積累大量行業經驗，無論是成本還是技術，都能占優。

直到最近幾年，以三星為首的傳感器廠商，祭出了 ” 小像素 ” 的技術路線，追求更小的像素大小，以及更高的像素目睹，以性價比路線抄到了SONY的後路。

在這一趨勢下，三星和豪威，先後將像素做到了 0.8 微米以下，讓同樣尺寸的傳感器，像素數量驟然上升，以前只能做到 2000 萬、或者 4000 萬的傳感器，一下拉到了 4800 萬，甚至 6400 萬、一億的像素，這一下帶給了消費者滿滿的滿足感：3000 塊買的手機，只看參數的話，比蘋果的像素還能高出幾倍。

（即使是SONY，也利用小像素在 CMOS 面積不變的情況下，增加了像素）

這就讓SONY陷入了兩難，跟吧，自己一直在用老設備練工藝，做小像素就得換先進制程的新設備，自己的不少經驗就被抹掉了，不跟吧，主打新價比的手機市場就開始被蠶食。

而對於豪威，則利用臺積電的先進工藝，快速的切入了對小像素有龐大需求的 3000 元以下市場，開始打破SONY的銅牆鐵壁。

一邊是技術路線的演進，另一方面 CMOS 乃至整個半導體產業的格局也正在發生變化。比如，臺積電的誕生，使半導體產業有了垂直專業分工可能，10 年前SONY的 IDM 模式具備優勢，但隨著臺積電在產能和工藝水平日益靠前，SONY的工廠已經開始追不上臺積電。

於是，臺積電成為豪威和SONY發展分水嶺，可分兩個時間段分析：

1. 2010 年時期：CMOS 主要比拼產能和設計技術，這一階段，豪威採取 Fabless 模式，把生產交給臺積電。SONY採取 IDM 模式，那時SONY工廠的 CMOS 代工水平比臺積電更強，在設計方面，SONY CMOS 產品也比豪威先進，所以這個時期SONY完全碾壓豪威。

2. 2020 年時期：這一階段，臺積電的不僅在晶圓的產能和工藝上成為全行業第一，還擁有小像素所需的 40-28nm 的 CMOS 工藝。

由於晶片需求旺盛，這兩年SONY開始無法滿足客戶產能需求，而且自有 55nm 工藝性能逐漸達到瓶頸，SONY的自建工藝生產壁壘開始削弱。所以在 2019 年底，SONY首度外放高端晶片訂單給臺積電補充產能，還能導入臺積電 28nm 制程。

換言之，在 CMOS 生產環節，豪威跟SONY開始站在同一起跑線，這為豪威追趕SONY提供了可能性。而且，沒落已久的豪威，也在 2019 年遇到一個新的機遇 :：來自大陸的韋爾集團這一年以 153 億資金將豪威收入囊中。韋爾收購豪威後大力投入研發，在 2019、2020 年分別突破 4800、6400 萬像素技術，在技術方面逐漸追上SONY的三星，豪威有了重回第一梯隊希望。

但這些都要建立在一個前提上，一向在中國做中低端產品的豪威，如今再做高端產品還會有人用嗎？這才是問題的關鍵。

很快，豪威就迎來那個 ” 有人用 ” 的重大機遇。

2019 年 5 月，美國政府把華為列入實體清單，並且禁止英特爾、高通等企業對華為供貨。華為啟動 ” 備胎計劃 “，開始有意識培養國產企業，加速供應商引入國產替代化。

據日本調查機構 FomalhautTechno Solutions 對華為在 2019 年 9 月推出的 Mate30 手機拆解分析，美國禁令後的四個月時間，按照金額計算，中國國產零部件使用率已經從 25% 大幅上升到 42%，美國產零部件則從 11% 下降到 1%。

豪威承接住這輪國產替代機遇。野村東方國際證券曾分析，2020 年，韋爾股份（豪威）3200、4800 萬像素產品被華為和 OPPO 大量採購。同一年，小米 10 至尊紀念版高端旗艦機推出，後置主攝搭載豪威 OV48C 產品，豪威開始從副攝回到旗艦機主攝地位，從備胎逐步轉正。

把握住時代風口的，還有格科微和聖邦股份。格科微主攻國內中低端 CMOS 市場，2010 年，國產手機崛起，格科微作為小米、OPPO、vivo 和傳音的供貨商得到飛速發展。格科微也沒有缺席這波國產替代紅利，比如小米 10 青春版的後置副攝就引入格科微 GC02M1 產品。

從數量上來講，格科微的出貨量非常大，甚至超過了SONY，一個月就能賣出超過 1 億片。但由於單價太低，在以銷售金額計算市場的統計圖上，有時會被歸到 “Others” 一欄，可見在圖片傳感器領域，技術領先帶來的高單價是壓倒性優勢。

但格科微也試圖做出改變。2020 年 7 月，格科微申請科創板上市募資 69.6 億元，這筆錢主要做兩件事：興建 12 英寸集成電路項目加強產能、研發更高端 CMOS 產品。格科微能不能從低端轉向高端不好說，但承接這波國產替代機遇已經有所準備。

還有做電源管理晶片的聖邦股份，它的 LED 驅動器、運算放大器、開鎖馬達驅動等大量產品應用在手機電子、汽車和醫療領域，產品不僅全部自主研發，性能還比肩外國同行，國產替代空間非常大。

正因為華為引發這波國產替代浪潮，使眾多國內企業得以進入高端市場。單靠企業自身技術研發趕追外國廠商，基本很難進入高端市場。

國內電子企業的發展路徑，大多從低端做起，再往高端轉型。只是這種企業自己意願想出來的成長路徑，成功的案例並不多。

要實現低轉高，背靠國內高端企業給予的時代機遇是相對可行選擇，豪威、格科微、聖邦股份都是樣本。但我們必須清醒認識到，當機遇來臨時，企業自身是否具備抓住機遇的核心能力？打鐵還需自身硬是一切發展關鍵。

隨著越來越多中國品牌誕生，電子產業會發展得更強，長期投入練好基本功，國產企業才可能更好走上從分工鏈轉換價值鏈道路。