2022年CIS行業(yè)研究 CIS產(chǎn)業(yè)鏈、競(jìng)爭(zhēng)格局分析

2022年CIS行業(yè)研究CIS產(chǎn)業(yè)鏈、競(jìng)爭(zhēng)格局分析一、原理：光學(xué)成像CIS是光學(xué)鏡頭模組的重要組成部分光學(xué)鏡頭由鏡片、濾光片、CIS、馬達(dá)和保護(hù)蓋板組成；根據(jù)證券之星官網(wǎng)、前瞻產(chǎn)業(yè)研究院援引ittbank，按照BOM成本劃分，光學(xué)鏡頭模組中CIS占比超過(guò)50%，其次為鏡頭，占比20%，模組封裝、音圈馬達(dá)、紅外濾光片則分別占到19%、6%、3%。因此CIS在鏡頭中價(jià)值量占比最大。CIS是高度集成的圖像系統(tǒng)芯片CIS全稱CMOSImageSensor，CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）圖像傳感器是一個(gè)高度集成的圖像系統(tǒng)芯片；當(dāng)外界光線照射到CMOS圖像傳感器，傳感器擁有的感光單元陣列會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，光電效應(yīng)使得陣列上的每個(gè)感光單元產(chǎn)生對(duì)應(yīng)外界色彩和亮度的電荷信號(hào)，之后信號(hào)會(huì)被模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)，從而還原出現(xiàn)實(shí)的影像。CIS原理：光電信號(hào)數(shù)模轉(zhuǎn)換CMOS圖像傳感器是模擬電路和數(shù)字電路的集成，主要由四個(gè)組件構(gòu)成：微透鏡、彩色濾光片（CF）、感光二極管（PD）、電路層。光通過(guò)具有球形表面的微透鏡后聚攏穿過(guò)彩色濾光片，拆分成為紅、藍(lán)、綠色光進(jìn)入感光二極管內(nèi)并轉(zhuǎn)化為電子，再經(jīng)由像素電路轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，最后通過(guò)邏輯電路輸出成為圖像數(shù)字信號(hào)。CIS分類：FSI、BSI、StackedCMOS圖像傳感器根據(jù)感光元件安裝位臵，主要可分為：前照式結(jié)構(gòu)(FSI)、背照式結(jié)構(gòu)(BSI)，在背照式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上還可以進(jìn)一步改良，又被稱為堆棧式結(jié)構(gòu)(Stacked)。背照式CIS：晶圓工藝是在標(biāo)準(zhǔn)CIS邏輯電路晶圓基礎(chǔ)上，通過(guò)晶圓鍵合、晶圓減薄等工序，將原本臵于彩色濾膜和光電二極管之間的金屬布線移至芯片的另一側(cè)，由此光線可由無(wú)阻擋的襯底背面直接進(jìn)入光電二極管，可以顯著改善量子效率的同時(shí)也提升了小尺寸像素設(shè)計(jì)的自由度。堆棧式CIS：能在處理電路得到更多的晶體管，擁有更快的速度，原來(lái)不容易實(shí)現(xiàn)的HDR、升格等，現(xiàn)在變得很常見(jiàn)。讀出速度也變得更快。而且，由于將像素區(qū)域和處理電路區(qū)域堆疊，像素區(qū)域能做得更大。CIS主要參數(shù)及應(yīng)用比較影響CMOS圖像傳感器的主要參數(shù)指標(biāo)包括如下：像素總數(shù)和有效像素總數(shù)（個(gè)）、像素尺寸（μm）、光學(xué)尺寸（英寸）、幀率（fps）、信噪比（dB）、動(dòng)態(tài)范圍（dB）、感光度（V/lux*sec）、量子效率等。按照不同下游應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)發(fā)展水平和要求也不同。二、產(chǎn)業(yè)鏈&技術(shù)迭代&歷史圖像傳感器：CMOSvsCCD圖像傳感器大類主要分為CCD圖像傳感器（電荷耦合器件圖像傳感器）和CMOS圖像傳感器（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器）兩大類。CCD和CMOS圖像傳感器的主要區(qū)別在于二者感光二極管的周邊信號(hào)處理電路和對(duì)感光元件模擬信號(hào)的處理方式不同：CCD圖像傳感器：感光元件接受的模擬信號(hào)直接進(jìn)行依次傳遞，在感光元件末端將所傳遞的模擬信號(hào)統(tǒng)一輸出，并由專門的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片及信號(hào)處理芯片進(jìn)行放大、數(shù)模轉(zhuǎn)化及后續(xù)數(shù)字信號(hào)處理，CCD圖像傳感器具有高解析度、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，但生產(chǎn)成本相對(duì)較高，主要用于專業(yè)相機(jī)、攝影機(jī)等設(shè)備。CMOS圖像傳感器：每個(gè)感光元件均能夠直接集成放大電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，無(wú)需進(jìn)行依次傳遞和統(tǒng)一輸出，再由圖像處理電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步處理，CMOS圖像傳感器具有成本低、功耗小等特點(diǎn)，且其整體性能隨著產(chǎn)品技術(shù)的不斷演進(jìn)而持續(xù)提升。歷史發(fā)展，技術(shù)迭代：CMOS占據(jù)主導(dǎo)從上世紀(jì)90年代開(kāi)始，CMOS圖像傳感技術(shù)在業(yè)內(nèi)得到重視并獲得大量研發(fā)資源，CMOS圖像傳感器開(kāi)始逐漸取代CCD圖像傳感器。如今，CMOS圖像傳感器已占據(jù)了市場(chǎng)的絕對(duì)主導(dǎo)地位，基本實(shí)現(xiàn)對(duì)CCD圖像傳感器的取代，而CCD僅在衛(wèi)星、醫(yī)療等專業(yè)領(lǐng)域繼續(xù)使用。CMOS傳感器芯片主要優(yōu)勢(shì)CMOS圖像傳感器芯片主要優(yōu)勢(shì)可歸納為以下三個(gè)層面：成本層面：CMOS圖像傳感器芯片一般采用適合大規(guī)模生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)流程工藝，在批量生產(chǎn)時(shí)單位成本遠(yuǎn)低于CCD；尺寸層面：CMOS傳感器能夠?qū)D像采集單元和信號(hào)處理單元集成到同一塊基板上，體積得到大幅縮減，使之非常適用于移動(dòng)設(shè)備和各類小型化設(shè)備；功耗層面：CMOS傳感器相比于CCD還保持著低功耗和低發(fā)熱的優(yōu)勢(shì)。CIS產(chǎn)業(yè)鏈：Fabless、Fab-lite、IDM并存國(guó)內(nèi)本土CMOS圖像傳感器設(shè)計(jì)廠商目前一般采取Fabless模式，包括思特威、韋爾股份（豪威科技）、格科微等。Fabless模式的優(yōu)點(diǎn)集中在其輕資產(chǎn)、低運(yùn)行費(fèi)用和高靈活度，可以專注于芯片的設(shè)計(jì)和創(chuàng)研工作。在晶圓產(chǎn)能供應(yīng)緊張的階段，F(xiàn)abless廠商能否獲得上游晶圓代工廠的穩(wěn)定供貨至關(guān)重要。晶圓代工廠選擇合作伙伴的標(biāo)準(zhǔn)也不僅僅停留在短期價(jià)格的層面。國(guó)內(nèi)外的晶圓代工廠商都會(huì)更傾向于與有自主技術(shù)、有產(chǎn)品能力、并與下游行業(yè)客戶綁定較深的優(yōu)質(zhì)Fabless廠商保持穩(wěn)定的供應(yīng)關(guān)系。CIS創(chuàng)新路徑之像素技術(shù)競(jìng)賽依然是未來(lái)CIS競(jìng)爭(zhēng)中一個(gè)關(guān)鍵的方面，推動(dòng)著CIS向更小像素、3D集成技術(shù)和新穎像素設(shè)計(jì)方向發(fā)展。我們認(rèn)為CIS創(chuàng)新路徑圍繞兩個(gè)方面：像素點(diǎn)數(shù)量不斷增加，像素尺寸不斷縮小，分辨率以及清晰度持續(xù)提升。隨著H.265編碼技術(shù)的普及、4K甚至更高分辨率視頻應(yīng)用逐漸上量，加之人臉識(shí)別和物體識(shí)別等智能視頻需求的興起，都意味著未來(lái)市場(chǎng)對(duì)CMOS圖像傳感器能夠支持更高分辨率和更高幀率的輸出需求將越來(lái)越迫切。CIS創(chuàng)新路徑之工藝CIS產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從FSI（前照式）技術(shù)工藝過(guò)渡到BSI（背照式）技術(shù)工藝，現(xiàn)在又轉(zhuǎn)向堆棧式BSI技術(shù)工藝。在堆棧式BSI技術(shù)工藝中TSV（硅通孔）技術(shù)被用來(lái)連接傳感器陣列和logicdie（邏輯芯片）。堆棧式BSI標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為使用銅與銅連接的混合堆棧。最新CIS產(chǎn)品確實(shí)將混合連接間距縮小到像素間距，這為實(shí)現(xiàn)像素連接開(kāi)辟了道路。三、競(jìng)爭(zhēng)格局&市場(chǎng)空間CIS市場(chǎng)規(guī)模：千億市場(chǎng)，快速成長(zhǎng)根據(jù)思特威招股說(shuō)明書援引Frost&Sullivan統(tǒng)計(jì)，自2016年至2020年，全球CMOS圖像傳感器出貨量從41.4億顆快速增長(zhǎng)至77.2億顆，期間年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到16.9%。預(yù)計(jì)2021年至2025年，全球CMOS圖像傳感器的出貨量將繼續(xù)保持8.5%的年復(fù)合增長(zhǎng)率，2025年預(yù)計(jì)可達(dá)116.4億顆。全球CMOS圖像傳感器銷售額從2016年的94.1億美元快速增長(zhǎng)至2020年的179.1億美元，期間年復(fù)合增長(zhǎng)率為17.5%。預(yù)計(jì)全球CMOS圖像傳感器銷售額在2021年至2025年間將保持11.9%的年復(fù)合增長(zhǎng)率，2025年全球銷售額預(yù)計(jì)可達(dá)330.0億美元。CIS銷售額：新興應(yīng)用如汽車電子、醫(yī)療占比將持續(xù)提升根據(jù)格科微招股說(shuō)明書援引Frost&Sullivan統(tǒng)計(jì)，2019年，全球智能手機(jī)及功能手機(jī)CMOS圖像傳感器銷售額占據(jù)了全球73.0%的市場(chǎng)份額，平板電腦、筆記本電腦等消費(fèi)終端CMOS圖像傳感器銷售額占據(jù)了全球8.7%的市場(chǎng)份額。至2024年，新興領(lǐng)域應(yīng)用將推動(dòng)CMOS圖像傳感器持續(xù)增長(zhǎng)，但隨著智能手機(jī)多攝趨勢(shì)的不斷發(fā)展，手機(jī)用CMOS圖像傳感器仍將保持其關(guān)鍵的市場(chǎng)地位。CIS行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局：一超多強(qiáng)，小而美全球CMOS圖像傳感器行業(yè)呈現(xiàn)寡頭壟斷態(tài)勢(shì)。根據(jù)格科微招股說(shuō)明書援引Frost&Sullivan統(tǒng)計(jì)，以出貨量口徑統(tǒng)計(jì)，2020年，市場(chǎng)份額排名前五的供應(yīng)商合計(jì)占據(jù)了96.0%的市場(chǎng)份額。其中，格科微以20.4億顆的出貨量位列市場(chǎng)第一，占據(jù)29.7%的市場(chǎng)份額，豪威科技排市場(chǎng)第四，占據(jù)14.6%份額。以銷售額口徑統(tǒng)計(jì)，2020年，格科微以58.6億元的銷售額位居行業(yè)第四，市場(chǎng)占有率為4.7%，豪威科技排市場(chǎng)第三，占據(jù)11.3%份額。2022年CIS市場(chǎng)預(yù)測(cè)：龍頭強(qiáng)者恒強(qiáng)，手機(jī)貢獻(xiàn)71.4%根據(jù)韋爾股份21年報(bào)援引Counterpoint預(yù)測(cè)，受智能手機(jī)、汽車、工業(yè)和其他應(yīng)用需求增長(zhǎng)推動(dòng)，2022年全球圖像傳感器（CIS）市場(chǎng)營(yíng)收將達(dá)到219億美元，同比增長(zhǎng)7%，其中手機(jī)CIS市場(chǎng)將貢獻(xiàn)71.4%的營(yíng)收，前三大CIS供應(yīng)商索尼、三星和豪威合計(jì)營(yíng)收比例達(dá)到77%。四、下游應(yīng)用多點(diǎn)開(kāi)花CIS下游應(yīng)用領(lǐng)域的不同技術(shù)特點(diǎn)智能手機(jī)：5G時(shí)代手機(jī)用戶對(duì)智能手機(jī)的拍攝功能有很高的需求，智能手機(jī)拍攝功能，包括分辨率、清晰度、美觀度和全場(chǎng)景適應(yīng)能力，已成為智能手機(jī)的核心亮點(diǎn)，因此對(duì)圖像傳感器的超高像素的要求非常高。安防監(jiān)控：安防攝像機(jī)需要在可見(jiàn)光不足、暴曬高溫以及其他各類的苛刻環(huán)境條件下保持長(zhǎng)時(shí)間正常工作，除常規(guī)參數(shù)達(dá)到基本要求外，其最重要的技術(shù)參數(shù)包括信噪比、HDR和量子效率，同時(shí)對(duì)耗電量、極端溫度條件工作性能等也有較高的要求。CIS之智能手機(jī)：演變方向&技術(shù)變革除高像素、多攝、3D攝像等趨勢(shì)外，智能手機(jī)攝像頭還經(jīng)歷了大光圈、更快自動(dòng)對(duì)焦、光學(xué)防抖等多種技術(shù)變革。整體上看，用戶對(duì)拍攝體驗(yàn)優(yōu)質(zhì)化、多樣化的需求對(duì)CMOS圖像傳感器的各方面性能提出了更為嚴(yán)格的要求，也推動(dòng)了市場(chǎng)需求的不斷增長(zhǎng)。CIS之智能手機(jī)：多攝普及根據(jù)格科微招股書，從2000年單攝手機(jī)問(wèn)世，到2011年雙攝手機(jī)推出，再到2019年后臵四攝手機(jī)發(fā)布，單部手機(jī)的攝像頭數(shù)量持續(xù)增加，2021年單部手機(jī)攝像頭配臵數(shù)量可達(dá)到6個(gè)甚至更多。而攝像頭數(shù)量與其中元器件數(shù)量成正比，因此直接帶動(dòng)了CMOS圖像傳感器需求的增加。CIS之智能手機(jī)：攝像頭數(shù)量增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯根據(jù)格科微招股書援引Frost&Sullivan統(tǒng)計(jì)，全球智能手機(jī)后臵雙攝及多攝（三攝及以上）的滲透率呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì)。后臵雙攝智能手機(jī)自2015年初具規(guī)模以來(lái)，于2018年滲透率達(dá)到高峰，占據(jù)40.0%的份額。此后，后臵三攝及以上的多攝智能手機(jī)逐漸成為市場(chǎng)主流，預(yù)計(jì)至2024年，后臵雙攝及多攝智能手機(jī)滲透率合計(jì)將達(dá)到98.0%。平均單部智能手機(jī)所搭載的攝像頭數(shù)量也在逐年上升，自2015年的2.0顆上升至2019年的3.4顆，年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到14.3%，此后預(yù)計(jì)將以年均7.3%的增長(zhǎng)率上升至2024年的4.9顆。智能手機(jī)攝像頭搭載數(shù)量的增加直接帶動(dòng)了CMOS圖像傳感器市場(chǎng)需求的上升，在智能手機(jī)市場(chǎng)進(jìn)入存量時(shí)代后，多攝趨勢(shì)為CMOS圖像傳感器市場(chǎng)注入了強(qiáng)大的發(fā)展動(dòng)能，使其有望實(shí)現(xiàn)顯著高于手機(jī)市場(chǎng)的增長(zhǎng)速率。CIS之智能汽車：智能化浪潮下的需求提升在汽車智能化浪潮中，汽車上攝像頭的數(shù)量和像素級(jí)別隨著自動(dòng)駕駛等級(jí)的提升不斷提升，以實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的路況判斷、信號(hào)識(shí)別及緊急狀況判斷。汽車廠商對(duì)圖像傳感器的需求從傳統(tǒng)的倒車?yán)走_(dá)影像、行車記錄儀擴(kuò)展到電子后視鏡、360度全景成像、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、駕駛員監(jiān)控（DMS）等系統(tǒng)。隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)和安全技術(shù)的發(fā)展，更多的攝像頭方案成為汽車標(biāo)配，車用圖像傳感器數(shù)量也將從傳統(tǒng)的兩顆左右提升至十余顆。同時(shí)，伴隨著更復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)像素要求的提升，車用圖像傳感器的單顆價(jià)值量也將有一定幅度的上漲。CIS之智慧安防：CIS在安防領(lǐng)域逐漸完成對(duì)CCD替代根據(jù)韋爾股份可轉(zhuǎn)債募集說(shuō)明書援引YoleDevelopment的數(shù)據(jù)顯示，從2012年以來(lái)，CMOS圖像傳感器在安防領(lǐng)域逐漸完成對(duì)CCD的替代，2015年安防領(lǐng)域CMOS圖像傳感器市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)CCD，并在后續(xù)年度呈逐年上升趨勢(shì)。2016年，安防領(lǐng)域的CMOS圖像傳感器市場(chǎng)用量約為1億顆，預(yù)計(jì)到2022年將增長(zhǎng)至3.2億顆。根據(jù)韋爾股份可轉(zhuǎn)債募集說(shuō)明書援引ICInsights的數(shù)據(jù)，2018年CMOS圖像傳感器在安防領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模為8.2億美元，預(yù)計(jì)2023年將上升至20億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率19.5%。CIS之機(jī)器視覺(jué)：機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用場(chǎng)景比較豐富機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域，近年來(lái)人工智能的理論和技術(shù)日益成熟，深度學(xué)習(xí)能力不斷提高，機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。伴隨著運(yùn)算能力的提升和3D算法、深度學(xué)習(xí)能力的不斷完善，機(jī)器視覺(jué)硬件方案的不斷成熟，同時(shí)各類軟件應(yīng)用解決方案相繼提出，使其在電子制造產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的廣度和深度都在提高，并且隨著智能化消費(fèi)品的技術(shù)進(jìn)步和隨之帶來(lái)的生活習(xí)慣和消費(fèi)行為的變化，包括無(wú)人機(jī)、掃地機(jī)器人、智能門禁系統(tǒng)、智能翻譯筆在內(nèi)的新興消費(fèi)電子產(chǎn)品在人們?nèi)粘Ｉ钪械臐B透率也大幅提升，消費(fèi)級(jí)的應(yīng)用也成為了新的高速增長(zhǎng)方向。機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用場(chǎng)景比較豐富，對(duì)性能參數(shù)要求的維度差異也比較大。如高速應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)快門速度要求很高，需要圖像傳感器具有很高的幀率以避免高速場(chǎng)景下的誤判導(dǎo)致事故發(fā)生。而對(duì)于如掃地機(jī)器人中用于測(cè)距的CMOS圖像傳感器而言，由于有3D成像的需求，所以其對(duì)HDR、感光度等特殊參數(shù)有一定的要求。五、主要廠商韋爾股份：半導(dǎo)體設(shè)計(jì)平臺(tái)化布局公司構(gòu)建了圖像傳感器解決方案、觸控與顯示解決方案和模擬解決方案三大業(yè)務(wù)體系協(xié)同發(fā)展的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)體系。產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、安防、汽車、醫(yī)療、AR/VR等領(lǐng)域，包括智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、安防設(shè)備、汽車、醫(yī)療成像、AR/VR頭顯設(shè)備等。格科微：聚焦CIS與DDI，走向Fab-Lite模式格科微是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的CMOS圖像傳感器芯片、DDI顯示芯片設(shè)計(jì)公司，公司量產(chǎn)的產(chǎn)品線主要覆蓋QVGA（8萬(wàn)像素）至1300萬(wàn)像素的CMOS圖像傳感器和分辨率介于QQVGA到HD之間的LCD驅(qū)動(dòng)芯片。思特威：CIS安防龍頭，加速拓展汽車與手機(jī)思特