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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。