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            车用CIS市场观察研判

            发表于:2020-06-19 来源:

            编者按

            CIS的全称为CMOS Image Sensor,中文译名为互补金属氧化物半导体图像传感器。


            传统上CIS主要被用于三类设备:移动设备,包含手机、平板电脑;消费类电子设备,包含消费类数码相机、专业单反相机等;计算设备,包含PC摄像头等。


            近年来,CIS在安防、医疗、自动驾驶、3D传感、机器视觉等领域的应用越来越广泛和深入。根据日本调研公司TSR的数据,全球CIS市场的规模将从2019年的172亿美金增长到2023年的270亿美金。其中车用CIS市场未来将超越消费类应用成为仅次于手机应用的CIS第二大应用市场,相关市场和新兴玩家值得关注。


            CIS作为应用最广泛的传感器之一,未来在多个领域的增长都很可期。2017年松禾成长基金的投资团队开始系统梳理国内CIS产业链,这篇行研报告以松禾团队2017-2019年间的研究为基础,更新了部分市场数据。但2020年这场疫情的影响并为完全纳入整体判断,因为这场疫情仍在进行中,目前做全年的判断时间尚显稍早。

            松禾成长基金团队出品 

            撰稿人:刘辉

            联合出品:管国根


            核心观点:

            ??自动驾驶技术对摄像头的需求促使车用CIS市场快速增长。车用CIS市场未来五年的年复合增长率将达到38.4%。

            ??索尼占据近半的CIS市场份额,并且长期处于遥遥领先的位置。手机领域CIS的市场规模在90亿美金左右,占整个市场8-9成的份额。得手机者得天下,但未来车载应用有望成为CIS第二大应用市场。

            ??CIS更适合IDM或者Fab lite的模式,至少要和上游Fonudry紧密配合得到制造资源的支持。CIS设计公司要抓住国内这波建厂高潮,为长期发展谋局稳定产能。

            ??人工智能、自动驾驶等新兴应用对CIS提出新要求,未来具备智能化CIS开发能力、具备满足特殊应用需求技术的CIS公司或具独特竞争力。


            一、CIS行业整体情况介绍

            2017年,全球CIS市场规模为125亿美金,Yole2016年针对CIS领域的市场研究报告预测,2015-2021年,全球CIS市场的复合增长率为10.4%,IC insight的报告则预测,2018-2021年,全球CIS市场的复合增长率为8.7%。TSR最新数据显示,2019年CIS市场规模为172亿,2023年将增长到270亿。总之这是一个将在未来几年保持较高速增长的领域。


            增长的驱动力主要来自于以下几个领域:手机中双摄像头、多摄像头逐渐成为趋势,而每年全球手机出货量达到20亿部左右,2020年智能手机中使用的摄像头的平均数量已达2.7个,未来还将增加;各级别的自动驾驶对摄像头都有需求,不同级别的自动驾驶汽车,需要的摄像头从1-10个不等,比如特斯拉使用了8个摄像头,全球每年汽车的出货量达到1亿部,其中具备各级别自动驾驶功能的汽车将越来越多;还有医疗、机器视觉等领域,对CIS的需求也在逐步增长。其中汽车用CIS增加的绝对数量排名靠前,值得高度关注。


            二、CIS目前的市场格局

            CIS领域,索尼是市场领导者。从销售额看,2015年,索尼的整体市场份额为42%,索尼的CIS被苹果等高端手机广泛采用,第二位为三星,三星的市场份额为18%,一方面主要用于自己的手机产品,另一方面也在积极拓展汽车等应用市场。


            移动应用市场,索尼和三星的地位在2017年进一步增强。日本市场调研机构TSR的数据显示,以出货量计算,2017年移动CIS市场,索尼和三星的市场占有率分别为31.5%和30.3%;2016年同期的数据为28.3%和28%。而其他移动市场的玩家,份额则有所下滑,Omni Vision从17.2%下滑至15%,格科微电子从11.3%下滑至10.2%,SK海力士从10.3%下降至9.3%。安森美则主要聚焦在汽车电子和工业领域,其在这些领域布局较早,关于安森美这个车用CIS的重要玩家,后面会多说两句。


            我们看2019年的数据,发现索尼的份额在进一步上升,三星的份额基本保持不变,而OV的份额进一步下滑。这和索尼在手机中的市场份额进一步提升有直接关系,这几年国产手机四大家华米OV的旗舰机的主摄像头基本都采用索尼的CIS,因为现在的消费者越来越成熟,不但对手机品牌有研究,对手机中使用的关键器件,如CPU、屏幕、摄像头、甚至镜头也越来越有研究,没有旗舰机敢轻易放弃目前口碑最好的索尼的CIS,华为甚至还和索尼专门定制CIS,以提升自己旗舰机的拍照水平。华为最新发布的P40系列手机,核心器件基本都实现了国产化,只有射频器件和CIS领域依然需要村田、索尼等日系厂商的支持。

            其他的CIS厂商,欧美厂商尤其是一些小而美的厂商主要聚焦在机器视觉、工业应用、医疗等高端领域,日本厂商在消费电子如数码相机和高端广播级的设备领域有优势;中国厂商(主要指格科微、思特威、思比科微电子、比亚迪微电子等中国CIS公司)主要专注在中低端的移动应用和安防领域。这几年手机多摄像头应用为国内CIS公司在手机领域重获出货增长带来机遇。因为在单摄时代,随着智能手机的主摄像头像素的快速提升、国内CIS厂家本来在手机领域的出货遇到挑战,但随着这几年多摄像头的普及,国内的CIS公司又在手机领域重获增长动力,一方面国内CIS公司的技术水平在不断提升,更重要的是手机多摄中往往都存在像素较低的CIS,比如200万像素摄像头,这个是国内CIS公司能够很好满足的。不同的领域对CIS的性能要求是不同的,不同的要求带来了不同类型CIS公司存在的市场机遇。比如医疗应用,医疗领域的CIS中应用最大量的是CMOS 平板侦测器(CMOS FPD:CMOS Flat Panels Detectors)。该应用需要适中的面板尺寸,高的分辨率和更快的成像速度。


            三、CIS领域的行业特点和趋势

            供应链紧张,上游制造资源的支持至关重要

            更高的分辨率、更小的像素密度、更小的模组高度、分辨率和成本之间的平衡,使得CIS厂家必须采用BSI、3D Stacked BSI、3D Hybrid BSI 等新工艺用于自己的产品设计和生产,这时IDM公司、有晶圆厂深度配合的公司更有优势。有一定实力的Fabless公司都和相应的上游制造工厂建立紧密的合作关系,比如因和中芯国际合作起家的格科微又和三星建立紧密合作,OV和XMC建立合作等。不仅新的技术工艺需要和上游的紧密合作,保证长期大量稳定的供货也需要上游大力的配合和支持。这时即使不能成为IDM公司,但通过和上游Foundry深层次的合作,比如承包Foundry部分产能,形成虚拟的IDM或者Fab-Lite模式也比完全的受制于上游晶圆厂的产能分配更有优势。


            而要和上游达成深入合作,一个是量足够大,再有就是能够配合上游共同开发一些更稀缺紧俏的工艺,涉及到的技术和商务挑战并不小。2019年以来,随着CIS、屏下指纹、ToF这些比较吃晶圆产能和封装产能的芯片快速上量,不仅晶圆制造的资源吃紧,封装的产能也很紧张。当然这里没有考虑疫情的因素,因为疫情因素的影响也许到2季度末才会看的更加清楚。

            得手机者得天下,细分领域也有突破机会

            从2015年的数据看,手机领域CIS的市场规模90亿美金左右,是消费类应用和汽车应用的7-8倍规模,是计算机应用的10倍规模,占整个市场8-9成的份额,静态的看短期内比如3-5年内手机以外的市场很难成就10亿美金以上的CIS公司(单一CIS产品、市场),而要成为10亿美金以上营收的公司则必须进入手机市场。当然随着AI、汽车等应用的兴起,这个逻辑比如5年后可能会不再成立。

            进入手机CIS市场的方式有两种。第一种方式较为传统,如格科微、思比科、比亚迪等国产厂商是从中低端切入手机市场的,这其中重要的原因是大约5-10年前中国国内存在体量巨大的中低端手机和平板电脑市场,对中低端CIS有巨大的市场需求。而多摄像头手机普及理论上又带来了近似的市场机会,但国产手机品牌化、集中化的趋势使要抓住这个机会的难度变得更大。第二种方式则是先在其他领域做到一定的行业地位,令目前在全球供应链具备一定话语权的华米OV看到企业的研发和技术实力,尤其是长期稳定高质量供货的能力,再切入手机市场。而且在索尼、三星等巨头的关注度不如手机高的其他细分市场是更有机会把产品做的相对高端的,这对进入手机市场也是有帮助的,因为拍照功能几乎已经成为不同手机品牌之间竞争的第一要素,这从近期小米和华为的两场发布会上看的非常清楚,而消费者在手机厂商的教育下,已经开始纠结手机主控、CIS的品牌,手机厂商在中高端机型采用已经被打上低端烙印的CIS要冒较大的风险。相反,比如在车载、安防领域已经树立了较高的品牌形象,打造了稳定高质量的供货能力,则对进入手机市场是有利的。


            虽然进入CIS行业的全球前三或者前五,长期来看必须在手机应用中取得一定江湖地位,但由于人工智能、机器视觉等技术和应用的普及,很多细分领域也为新的CIS公司提供了突破机会。但是细分领域对CIS提出了更特殊和更细分的技术要求,因此即使在细分市场,胜出的玩家一定是那些具备较长期的行业积累,能够掌握目前主流的CIS技术和工艺,并有能力针对细分市场的要求做出技术和成本创新的公司。


            拓展新的应用领域促进企业间并购

            新的应用尤其是自动驾驶等快速发展,CIS领域的公司为了拓展业务,抓住新的产业机会,开始积极的并购相关标的以利于进入这些新的应用领域。其中最典型的两个公司是安森美和奥地利微电子(AMS, Advanced Monolithic Systems)。安森美通过收购进入图像传感器领域,且2018年收购了激光雷达相关公司,未来有可能为客户提供完整的自动驾驶解决方案。


            安森美本来主要的产品线是分立器件、电源和信号管理等,为了进入图像传感器领域,安森美在2011-2014年间收购了多家汽车、工业视觉领域的CIS企业,而为了拓展在自动驾驶领域的技术和产品储备,安森美2018年收购了爱尔兰企业SensL,后者是一家专业为汽车、医疗、工业和消费类市场提供硅光电倍增管(SiPM)、单光子雪崩二极管(SPAD)的创业公司。而LiDAR接收芯片技术正在从雪崩光电二极管(APD)向硅光电倍增管(SiPM)过渡,安森美此时收购SensL表明该公司在LiDAR应该有所布局。图像传感器、LiDAR、毫米波雷达多传感器的融合方案是目前自动驾驶的主流方案,类似安森美这样的公司正在积极布局和完善产品线,以期未来在自动驾驶传感器市场占据更大的市场份额。


            安森美已经在汽车用CIS领域拿下了过半的市场。我的好朋友半导体产业观察的记者李寿鹏2019年应该是采访了安森美负责汽车业务的高层,以下斜体部分来自他的文章的摘录。从安森美的布局,我们可以看出国外汽车CIS领域巨头的布局,对我们观察投资国内的CIS企业会有所启示和帮助。


            安森美半导体汽车OEM策略和市场拓展副总裁Lance Williams告诉半导体行业观察记者:“安森美半导体在汽车CMOS图像传感器领域的全球市场份额超过50%,而在先进驾驶辅助系统(ADAS)应用的全球市场份额更是约占70%。”


            “这主要得益于安森美半导体在图像传感器方面的深厚传承”,Lance Williams强调。


            资料显示,安森美半导体前身是摩托罗拉集团的半导体元件部门,但在经过对赛普拉斯半导体的成像部门、Truesense Imaging和Aptina等企业的收购之后,安森美极大扩充了他们在CMOS图像传感器方面的影响力。


            按照官方的说法,他们在成像方面是四十多年的传承,这主要是源于他们于2014年的一个收购。当年,他们收购了Truesense Imaging,作为柯达成像部门的前身,这家公司继承了柯达公司在成像领域的多年积累,尤其是柯达创始人赖拜耳博士在1975年发现的Bayer Pattern,更是安森美的依仗所在,因为后者现在还几乎是所有彩色图像传感器设计的基础。同样地,源自美光的Aptina则是全球摄像机单芯片、首款汽车专用CMOS图像传感器。


            通过这一系列的收购,安森美在图像传感器方面积累了超过2000项的成像专利、宽广的传感器产品和强大的供应链。这就让他们的汽车图像传感器具备出色的性能和优势,当中包括:Clarity+提高灵敏度、同类最佳的色彩滤波阵列(CFA)和镜头开发、在微光和高温下极佳的信噪比(SNR)、抑制LED闪烁、ISO26262功能安全和网络安全特性。


            Lance Williams也表示,安森美半导体提供的一系列VGA、100万和200万像素CMOS图像传感器和集成的图像信号处理器(ISP),能广泛应用于汽车后视、环视和车舱内视觉应用及前视ADAS系统。而其设计的300万、500万、800万和1200万像素的传感器,也被应用到车舱内ADAS、驾驶员监控、电子车镜和先进的前视ADAS等场景中去。


            在问到如何面对三星和SONY等在车载CMOS图像传感器方面带来的竞争的时候。Lance Williams告诉记者,安森美半导体将持续投资于汽车CMOS图像传感器的内部开发,并与众多的生态系统伙伴合作开发。最近,他们也推出了Hayabusa汽车图像传感器平台,这个从100万到500万像素的通用平台能提供通用的架构和像素性能。此外,这些汽车CMOS图像传感器提供同时减少LED闪烁和超高动态范围(HDR)性能。这些能力使安森美能应用于多个汽车市场,包括高度自动驾驶、ADAS和环视。这些特定的传感器符合AEC车规 Grade 2、汽车安全完整性等级B级(ASIL B)和具备多种封装。


            “在自动驾驶领域,安森美半导体不仅投资于CMOS图像传感器,还将于2019年推出汽车雷达和激光雷达,再加上超声波感知,安森美半导体拥有业界最全面的传感器成像阵容。” Lance Williams补充说。


            CIS作为相当多电子设备感知世界必备的核心器件,未来围绕他形成一个小的生态和平台是有机会的,由此带来以CIS为核心,围绕应用,企业和技术间的并购与融合会持续发生。


            四、车用CIS市场的介绍和思考

            2019年汽车市场比较糟糕,2020年目前来看,压力依然很大,但好在长期来看每辆车使用到的摄像头是成倍增加的,比如特斯拉每台车就是用了8个摄像头。在自动驾驶和安全驾驶的需求推动下,CMOS图像传感器无疑是汽车电子关注的重点。IC insights的报告也指出,汽车市场将成为CMOS图像传感器最大的增长动力所在。他们强调,未来五年,这个市场的年复合增长率预计将达到38.4%,到2022年,整个汽车CMOS图像传感器市场会增长到28亿美元,市场占比会提升到15%(28亿美元)。作为对比,用在智能手机的CMOS图像传感器在未来几年的成长率仅为2%。

            全球汽车市场的年销售辆为一亿台左右,Yole2015年的报告预测,2021年,平均每部汽车将需要配备3.5个摄像头,而一些具备高级别自动驾驶功能的汽车,则需要超过10个摄像头。汽车将成为CIS仅次于移动设备应用的第二大市场。

            安森美是汽车CIS市场的领导者,OV是该市场的第二名,收购了东芝CIS业务的SONY也在汽车电子市场发力。索尼甚至自己还有造车的计划。三星、思特威、格科微、比亚迪微等都有在汽车市场发力的计划。

            由于成本和成熟度的关系,相比较激光雷达和毫米波雷达,与摄像头传感器相关的应用会得到快速成长,包括盲区侦测、环视、行人侦测等。


            从技术的特点上,CMOS图像传感器(CIS)和雷达/激光传感器各有特点和优势。除了部署成本低的优势外,CIS能够获得更复杂的图像信息,应用场景更为丰富。而雷达/激光传感器在避障、测距等特定使用场景中,具有测量准确、测量速度快等优势,然而其工作原理限制了使用场景,较高的部署成本也制约了其在汽车中的部署规模。随着汽车电子的发展,未来的汽车系统设计中将会部署越来越多的传感器,CIS与雷达/激光传感器将以一种相辅相成的互补关系,分别在各自的强势应用场景中发挥重要作用。


            当然,从CIS未来在车用领域的发展趋势上看,我们不难发现其具有非常大的技术应用潜力。随着人工智能算法的愈发成熟,越来越多的功能可以通过CIS+AI的形式实现。比如在车外场景中,配合CIS获取的图像数据,汽车驾驶辅助系统能够实现行人监测、路面标志识别、车道偏移报警、自动泊车,乃至最终的无人驾驶。而在舱内场景中,CIS的应用场景更为丰富:驾驶员身份识别、驾驶习惯设置自运行、用于自动调整安全气囊设置的儿童及物品识别、疲劳与分心驾驶检测、车内物品及儿童遗忘提醒等。


            此外,CIS由于其较低的部署成本和较灵活的部署方式,能够同时满足前装市场和后装市场的需求,进一步扩大了其市场规模。因此,各大CIS厂商均在积极布局车用市场。国内该领域,松禾资本投资的思特威亦针对车用市场进行了系列化布局,以求全面覆盖车载应用场景。其中既有匹配前装市场的如SC100AT(将通过AEC-Q100标准认证)和SC1330T、SC1335T等(适用于高温工业环境)的产品。 也有适用于后装市场的诸如SC2393P、SC4353、SC4233P、SC8353等消费级产品。


            而在AI应用上,为了应对各种典型或非典型的场景,AI算法模型的发展需要建立在由大量测试数据支持的机器学习之上,这也就要求CIS产品能够配合算法开发商进行大量的路面测试,以收集大量数据。这对于CIS厂商而言,是一个较大的挑战。


            对于那些想要进入汽车领域的CIS厂商来说, AI技术在汽车中的大量应用对未来车载图像传感器的设计会带来巨大变化。


            车用CIS产品往往需要满足不少独特的需求,例如LED闪烁抑制能力以确保正确识别路面信号灯及汽车车灯;HDR功能以应对复杂的光照条件;强大的低光照成像性能以满足夜间开车或隧道环境的成像需求;全局快门技术防止高速运动下的“果冻效应”……这些独特的技术需求,要求CIS厂商必须具有强大的技术研发能力。


            我们以低光照成像性能为例,由于有夜间驾驶以及隧道等低光照驾驶环境的存在,车用CIS不仅需要强大的低光照成像性能,还必须能够应对复杂且实时快速变化的光线环境,这意味着车用CIS产品必须拥有堪比高端安防CIS的夜视和HDR功能。思特威在开发其车用CIS产品的时候,充分利用了其业内认可的夜视和HDR优势技术,通过结合其在安防监控应用中的领先技术与多年积累的丰富经验,在车用CIS产品上实现了堪比高端安防CIS的低照性能。松禾投资思特威也是看到了思特威在摄像头领域深厚的技术积累,除了可以进一步稳固其在安防领域的市场地位,也对其进入手机和车载市场带来了足够的想象空间。


            此外,汽车市场的第一要素是“安全”,但由于汽车电子领域作为一个新兴的市场,尚未融入业已成熟的汽车产业生态系统,因此包括思特威在内的CIS厂商还在积极构建经过行业验证的产业链、供应链,以确保所有产品均符合汽车领域日益严格的产品标准。思特威依托其在安防领域的成功经验,通过与顶尖的供应链合作伙伴共同努力,以更严格的标准保障车用产品品质,并不断探索产业链各个环节上更佳的合作路径。同时,思特威也在积极培养熟悉整个产业链生态的全方位人才,从而帮助CIS企业融入汽车电子生态系统,共同合作推动CIS技术本身的研发。


            特别是在AI技术在汽车电子中的应用愈发广泛的情况下,CIS厂商还面临着许多变化。其中之一便是成本压力变大——由于汽车中CIS的部署量需求上升,为了让更多的中低端车型也配备足够的CIS传感器以部署AI技术,业内估计CIS产品必须降低20%-30%的成本才能满足成本方面的需求。技术上要求不断创新,成本上也要求不断创新,这给了几家国内厂商进入汽车领域获得更大份额带来机会。但可以预见,随着AI技术的逐步落地,CIS将成为和车内空调、GPS一样不可或缺的汽车零件。


            随着AI在汽车应用中由 “更自动”的驾驶性能不断向“更安全、更智能”的驾乘体验发展,这一趋势离不开CIS传感器提供更低延时、更高带宽的成像性能作为基点。思特威此前曾提出将CMOS与AI在硬件层面进行结合的“SmartSensor”智能传感器芯片平台概念,正是为了与人工智能、汽车等企业通力合作,探索CIS与人工智能、全局快门等技术进行整合的无限可能。松禾也非常愿意将思特威的技术和自己投资的大量安防、自动驾驶、甚至医疗企业充分对接。

            关于松禾资本

            松禾资本成立于1997年,由创业投资人厉伟和罗飞先生发起设立,核心团队拥有超过20年的科技投资经历。在创业投资领域,松禾资本拥有丰富的实战经验,专注于创新技术并且注重平台建设。松禾资本的资产管理规模超过160亿元,已经投资项目350多个,其中一半为早期科技项目。通过IPO或被上市公司并购退出的项目60+,新三板挂牌数14家。松禾资本对于人工智能、先进制造、新能源、新材料、生物医药等多个科技领域拥有丰富的投资经验,除了为企业提供资金,还能够提供高质量的管理咨询、有效的资源整合、积极的公共关系和品牌打造等服务。松禾资本是华大基因、柔宇科技、光启科学、光峰光电、摩方材料、德方纳米、瑞凌新材料等企业的天使投资人。松禾资本总部位于深圳市,在北京、上海及广州设有分支机构。

            关于松禾成长基金

            松禾成长基金全名深圳市松禾成长股权投资合伙企业(有限合伙),基金规模约为36亿元人民币。本基金是松禾资本最大的基金,也是松禾资本的旗舰基金。借助松禾资本20多年的创投经验和项目积累,重点聚焦创新产业中成长期和成熟期的目标企业,在此基础上兼顾有重大创新的创投项目。投资领域主要涵盖以下三个方面:投资战略性新兴产业中的头部企业;即将进入资本市场的创新企业;国际创新项目以帮助其在中国产业化。


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