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谈谈CMOS图像传感器市场

发布时间:2020-12-24 访问次数:291次 来源:半导体行业观察 分享:


在韦尔股份日前的一份报告中,他们对CMOS图像传感器进行了深入阐述,现在我们摘录如下:
根据Yole Development 的研究报告,2016-2018年全球CMOS图像传感器市场规模分别为116亿美元、139亿美元、155亿美元。根据日本调研公司 Techno Systems Research(TSR)发布的2019年图像传感器市场报告,到2023年,全球图像传感器市场预计将从2019年的172亿美元增长到270亿美元,市场规模呈现逐年递增的趋势。
根据智研咨询发布的数据显示,2019年全球CMOS图像传感器市场中手机市场占比约63.9%,是CMOS图像传感器中最主要的应用领域。单反、汽车、工业、安防等市场占比分别为7.8%、6.5%、6.3%和6.4%。
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一、智能手机领域


智能手机是 CMOS 图像传感器最主要的应用领域,智能手机出货量的增长也极大推动了 CMOS 图像传感器市场的快速增长。2019 年全球智能手机摄像头传感器出货量约 47 亿颗,同比增长约 15%。根据 Counterpoint Research 的分析及预测,尽管在新冠疫情的影响下,全球智能手机出货量受到一定影响,但因为多摄镜头组的不可逆转趋势以及 3D 感应系统,CMOS 图像传感器的在 2020 年将继续保持增长。自夏普公司于 2000 年发布全球第一台具有拍照功能的手机起,经过十余年的习惯培养,手机已基本取代普通数码相机,成为人们日常生活中最主要的影像记录工具,消费者对手机摄像头性能提出了更高的要求;
另一方面,全球智能手机市场竞争愈发激烈、市场集中度不断提高。在消费需求和竞争压力双重因素作用下,摄像迅速成为智能手机核心功能,各大手机厂商均把拍摄性能作为产品的关键竞争指标。手机摄像头的演变也日新月异,从单个后置摄像头逐渐升级为后置双摄、前后双摄乃至 3D 感应模组、后置三摄、四摄、五摄等,CMOS图像传感器的出货量逐年大幅提升。
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随着智能手机迅速更新换代,手机摄像头的性能与功能不断升级与创新,手机搭载摄像头数量逐年提升,根据中国信通院统计,2018 年全国在售手机中后置双摄占比已达到 64%,95%的手机后置摄像头最大像素超过 1,200 万像素。
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根据 Yole Development 的研究报告,2018 年,每台智能手机平均摄像头数量为 2.5 个,而 2019 年上升至 2.8 个。根据 Counterpoint 的统计,2020 第一季度交付的每部智能手机则平均配备了 3.5 个以上的图像传感器。
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2019 年,手机搭配三摄已成为市场主流,四摄五摄机型已经逐步推出。据Counterpoint 最新报告显示,2019 年三摄手机渗透率为 15%,2020 年将上升至35%,2022 年预计将达到 50%,市场中一半的手机将配备后置三摄。而从市场上主要智能手机厂商三摄手机出货量占比来看,根据 Sigmaintell 的统计数据,华为、苹果(Apple)、三星(Samsung)等知名智能手机厂商都逐渐将手机方案由双摄向三摄进行转变,其中 2018 年华为手机三摄机型占其整体出货量的 7%,而 2019 年则上升至 31%。
未来在市场主流品牌智能手机生产厂商的带动下,智能手机多摄像头趋势将进一步带动 CMOS 图像传感器市场的增长。市场主要手机品牌三摄普及率情况如下:
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2020 年第一季度,四摄手机在各大手机品牌厂商的占比逐渐提升,其中Realme 四摄手机占其出货量的 66.1%、OPPO 四摄手机占其出货量的 57.7%、小米四摄手机占其出货量的 45.8%,华为和三星分别为 28.0%和 20.4%。
未来手机摄像头将会朝着小型化、专业化和智能化方向这三个方向发展,其中,小型化一直是手机摄像头追逐的目标,而全面屏手机留给摄像头的空间更小,进一步提升了摄像头小型化的需求。据旭日大数据统计,2018 年单全面屏前置摄像头对小型化的需求就接近 5 亿颗,未来后置小型化需求也会逐渐释放,小型化需求将进一步提升。
由于智能手机摄像头尺寸较小,单个 CMOS 图像传感器通光性能有限,为了实现更好的拍摄效果,将原先集成在一个摄像头上的各种功能,分解为多个单一功能摄像头(广角、长焦、虚化、视频、3D 互交等功能)。同时手机摄像头个数增多,逐步推动了“广角”、“长焦”、“微距”和“虚化”等 3D 成像质量的提升,同时促进双摄或多摄视觉解决方案市场规模稳步增长。
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2020 年 6 月,华为推出的 P40 Pro+,摄像头达到了 7 个(前摄 2 个+后摄 5个),摄像头从单一的拍摄功能也加入了广角、超广角、3D 感知、景深、潜望等功能。根据 Sigmaintell 的统计,得益于华为、三星、苹果、小米、OPPO、VIVO等手机方案中对摄像头数量的增加,以及对摄像头定制化(TOF、景深、潜望等)和高像素需求的上升,手机摄像头传感器销售额也逐年上升。

二、汽车领域


除手机领域以外,用于汽车的 CMOS 图像传感器发展十分迅速。根据 Yole Development 及 IC insights 统计数据,2016-2018 年全球车载 CMOS 图像传感器市场规模分别为 5.4 亿美元、6.6 亿美元和 8.7 亿美元,占比从 4.66%提升至 6.13%。预计 2023 年将上升至 32 亿美元,年复合增长率 29.7%,汽车市场也将成为仅次于手机的第二大 CMOS 图像传感器应用领域。
据旭日大数据的数据显示,2019 年全球车载摄像头的出货量约为 2.5 亿颗,预估 2020 年将达到 3.2 亿颗,2021 年将达到 4 亿颗。
车载摄像头主要包括内视摄像头、后视摄像头、前视摄像头、侧视摄像头、环视摄像头等,主要应用于 360 全景影像、前向后碰撞预警、车道偏移报警和行人检测等 ADAS 中。目前,后视摄像头是 CIS 汽车领域的主要应用,总体呈稳定增长趋势,2016 年全球销量为 5,100 万台,2018 年为 6,000 万台,2019 年达到 6,500 万台,增长较为迅速。根据 Yole Development 的预计,到 2024 年平均每台汽车拥有 3 颗摄像头。
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近年来,随着车联网、智能汽车、自动驾驶等应用的逐步普及,汽车上摄像头的数量迅速增加,应用领域从传统的倒车雷达影像、前置行车记录仪慢慢延伸到电子后视镜、360 度全景成像、线路检测、障碍物检测、防撞和自动驾驶等。在未来,随着汽车驾驶智能化的发展,消费者对于行车安全的提高及 ADAS 技术的不断成熟,车载 CMOS 图像传感器市场规模或将高速成长。

三、安防监控领域


根据 Yole Development 的数据显示,从 2012 年以来,CMOS 图像传感器在安防领域逐渐完成对 CCD 的替代,2015 年安防领域 CMOS 图像传感器市场规模超过 CCD,并在后续年度呈逐年上升趋势。
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2016 年,安防领域的 CMOS 图像传感器市场用量约为 1 亿颗,预计到 2022年将增长至 3.2 亿颗。根据 IC Insights 的数据,2018 年 CMOS 图像传感器在安防领域的市场规模为 8.2 亿美元,预计 2023 年将上升至 20 亿美元,年复合增长率 19.5%。
根据 IHS 的数据,2006 年全球监控摄像头出货量不到 1,000 万部,到 2016年已经超过 1 亿部,未来将持续上升。中国是全球最大的视频监控市场,2018年中国市场占全球专业视频监控设备投入的比例约为 46%。未来随着物联网的普及以及监控摄像机的不断发展,物联网的出现使得监控摄像机不仅局限于机场、火车站、银行和办公楼等企业应用,而是成为了零售、智慧城市和智能家居的重要组成部分,以用于收集和分析大数据,安防领域的需求将持续上涨,对 CMOS图像传感器的需求也将同步提升。

四、医疗、科研及工业智能领域


传统医疗、科研及工业智能领域主要使用 CCD 图像传感器。随着技术的进步,现今医疗和科研领域则在谋求使用成本更低效果更好的 CMOS 图像传感器来替代大部分老旧产品。根据 Yole Development 的统计和预测,机器视觉摄像头的市场容量将从 2017 年的 20 亿美元增加至 2023 年的 40 亿美元。
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随着 CMOS 图像传感器下游应用领域的扩展,不同应用领域对 CMOS 图像传感器的性能要求差异化明显。CMOS 图像传感器的技术导向已逐渐从单一手机领域的同质化技术竞赛,向多应用市场的技术适应性和可实现性过渡,例如:汽车领域需要高可靠性和高灵敏度、监控领域需要无光环境清晰度、医疗领域需要小型化和低功耗、工业控制领域需要动态高速传感器、物联网大范围应用需要低成本。

行业内的主要企业及其基本情况


根据日本调研公司 Techno Systems Research(TSR)发布的 2019 年图像传感器市场报告,Sony(索尼)以 49.1%的份额排名第一,Samsung(三星)排名第二,份额为 17.9%;第三名是豪威科技(韦尔股份),占据 9.5%的市场份额,三家合计占全球约80%的市场份额。
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公司作为世界知名图像传感器设计公司,其主要竞争对手均为世界知名图像传感器供应商,主要有 Sony(索尼)、Samsung(三星)和 ON Semiconductor(安森美半导体)、海力士和意法半导体,具体情况如下:
① 索尼(Sony)
索尼是日本的一家全球知名的大型综合性跨国企业集团,是世界视听、电子游戏、通讯产品和信息技术等领域的先导者之一。在 CMOS 图像传感器领域,索尼是市场占有率最大的厂商。索尼公司在 2012 年推出堆栈式(Stacked)CMOS技术,可使整颗组件在同尺寸规格下得到更多的空间来获得更大面积的感光范围。长期以来,索尼在高端 CMOS 图像传感器市场保持较为显著的技术优势。
② 三星(Samsung)
三星是韩国最大的跨国企业集团,包括众多的下属企业,业务涉及电子、金融、机械、化学等众多领域,同时三星也是 CMOS 图像传感器行业主要研发与生产企业之一。借助三星自有品牌智能手机、平板电脑和其他消费电子设备的市场知名度和占有率,在 CMOS 图像传感器市场,三星是豪威科技的主要竞争对手之一。
③ 安森美(ON Semiconductor)
安森美是行业领先的半导体和集成电路器件供应商,其主要产品包括电源和信号管理、逻辑、分立及定制器件等。2014 年安森美收购了美国 CMOS 图像传感器公司 Aptina Imaging 和 Truesense Imaging,上述两起并购迅速提高了安森美在 CMOS 图像传感器行业的市场份额和知名度。目前,安森美已成为 CMOS 图像传感器领域主要竞争企业之一。
④ 意法半导体(ST)
意法半导体集团于 1988 年 6 月成立,是由意大利的 SGS 微电子公司和法国Thomson 半导体公司合并而成。意法半导体拥有丰富的芯片制造工艺,包括先进的 CMOS 逻辑、混合信号、模拟和功率制造工艺。
⑤ 海力士(Hynix)
海力士是韩国知名半导体企业,海力士从 2007 年开始投身 CMOS 图像传感器业务,通过收购 Siliconfle 迅速成为 CMOS 图像传感器领域主要生产商之一。

行业技术发展趋势及技术保障


背照式 BSI 技术和堆叠 BSI 技术的广泛应用已成为 CMOS 图像传感器领域的新常态,而多层堆叠(multi-stack)和混合堆叠(hydird-stack)等新技术的应用,使相位对焦(PDAF)、超级慢动作摄像等功能得到实现。
此外,嵌入式3D交互技术也是CMOS图像传感器技术的主要发展方向之一。随着车载应用、手机应用市场的进一步扩大,以及 VR 技术的成熟,该技术将成为未来 CMOS 图像传感器领域关键核心技术指标之一。
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