来源 :格隆汇2023-10-19
本世纪以来，CMOS图像传感器取代CCD图像传感器，引领了摄影和成像领域的革命，并带来了繁荣的新市场。然而，在近十年间，以堆叠式为代表的CMOS技术迭代似乎出现了停滞。
不过，格科微似乎找到了突破的新方向。10月16日晚间，格科微发布公告，宣布其采用公司自主研发的高像素单芯片集成技术的3200万像素图像传感器量产出货。从高像素单芯片技术研发成功，到3200万像素产品推出，再到量产出货，格科微的新技术路径正在不断受到品牌客户认可，可能将为CMOS图像传感器领域带来新的活力。
从CCD到CMOS，图像传感器发展之路
1969年，Willard S. Boyle 和George E. Smith在贝尔实验室发明了首个实用的电荷耦合器件（CCD）图像传感器。CCD传感器通过将电荷存储在像素中的光敏区域来捕捉图像，并将电荷转换成电压信号。CCD图像传感器的发明使得摄影变得更加便捷、高效和经济，同时也为图像存储和分享提供了更多的可能性。由于显著的优势，CCD图像传感器一经面世便获得广泛商业化应用。传统的胶片摄影逐渐被取代，数字摄影的新浪潮正式开启。
图像传感器技术的再一次飞跃，可追溯至1990年代初期CMOS图像传感器崭露头角。但CMOS在市场上的真正崛起和主导地位的确立发生在2000年代末。随着智能手机的崛起，CMOS图像传感器以其低成本、低功耗、小面积、集成度等优势逐渐取代CCD，成为市场份额最大的图像传感器类别。
根据头豹研究院数据，随着CMOS图像传感器应用领域的不断扩展，全球CMOS图像传感器行业市场规模仍在较快增长，预计2026年全球CMOS传感器市场规模将增长至2374亿元，2021-2026年的复合年增长率为11.8%。
在CMOS图像传感器内部，也发生了三次关键的技术迭代。21世纪以来，主流的CMOS图像传感器技术从前照式（FSI），变成背照式（BSI），再发展出堆栈式（Stacked）。这三次升级都由索尼与三星电子等海外巨头主导，因此这些海外厂商自然而然地占据了主要的市场地位。而国内CMOS芯片传感器起步较晚，中高端产品基本依赖进口，国产替代空间广阔。
在中高端产品的竞争上，如果中国厂商采用与海外厂商同样的技术路径，则他们需要在现有市场领导者制定的规则下，与拥有先发优势的竞争对手同台竞技。这并不是一场公平的竞赛。但如果他们能开辟新的技术路径，中国厂商将有机会成为新品类的开拓者、新规则的制定者以及新标准的引领者，很有机会实现换道超车，实现领先地位。
在这样的希冀之下，格科微开始探索新的路径。
换道超车的中国厂商
回顾过去，堆栈式芯片之所以备受青睐，源于它能通过垂直堆叠的方式，集合处理器、传感器等不同的功能的芯片。相较于单片式，堆栈式传感器拥有高成像质量、低光性能、更优的动态范围等优点。
但堆栈式也存在一些较为明显的缺点：堆栈式比单片式CMOS传感器更加复杂，因此制造成本通常较高；另外，多层结构可能会导致热量积聚和热噪声问题。需要注意的是，堆栈式是CMOS图像传感器最近一次的关键技术升级，最早由索尼公司于2012年首次推出。这意味着，CMOS技术已经超过十年没有发生重大变革，国际厂商凭借堆栈式也已占领市场主要地位多年。
然而，格科微发布的高像素单芯片技术以及基于此开发的全球首款单芯片3200万像素CMOS图像传感器GC32E1，给市场带来新的活力与期望。GC32E1基于格科微最新FPPI专利技术开发，其单片式结构天然具备更佳的散热效果，避免了堆栈式结构中由下层堆叠的逻辑芯片发热导致的像素热噪声问题。在暗电流、热噪声、高温白点等指标上表现出色，尤其在高温条件下拥有卓越的图像性能。与此同时，GC32E1相较于市场上的同规格堆叠式3200万像素图像传感器，仅增加了约8%的面积，形成了极具优势的成本结构。
此外，在今年8月，格科微发布业内首款支持单帧高动态的1300万像素图像传感器 GC13A2。该产品所具备的所谓单帧高动态是格科微开发的DAG HDR技术，基于单帧画面，在暗部使用高模拟增益，使暗部更清晰，更有质感；亮处使用低模拟增益，避免过曝发白，保留细节，最终输出高动态范围图像。与传统多帧 HDR 相比，DAG HDR既可增加动态范围、避免伪影现象，实现精准还原，还能降低多帧合成带来的功耗问题。
左图：动态范围不够，高亮细节丢失右图：DAG HDR（图片来源：格科微公众号）
综合格科微此前发布的内容，后续公司将很有可能不断推出基于高像素单芯片集成技术的带有DAG单帧高动态的高像素产品。由此看出，格科微正在持续升级迭代，通过结构、工艺、电路等多方面的创新、整合，打造兼具成本与性能优势的产品，开辟堆叠式之外的新道路，创造新的超越路径。
本次格科微公告“官宣”其3200万像素产品量产，充分说明产品已获得下游市场认可。从高像素单芯片技术及相关产品崭露头角到商业化落地，此间经历的时间并不长，足以看出该技术及产品具备足够的市场竞争力，证实了该技术所具备的领先水平。在国际厂商凭借堆叠式引领市场多年之后，格科微有望为中国图像传感器厂商开辟新的技术方向，甚至可能重新定义全球CMOS图像传感器市场版图。