如果用國產手機拍攝呢?月亮都能拍,還拍不了特朗普嗎?也許可以,但很遺憾的是,大部分國產高端手機,拍照的功臣也是索尼。
這個信息并不被國產手機商宣傳,以至于網上有個比較像劇本的直播,一位觀眾指責博主買日本車不愛國,但得知自己的手機也是用索尼芯片時,竟然哭了。
無論手機、還是相機,要有好的拍照效果需要兩個器件:鏡片和圖像傳感器,前者用來接收影像光線,后者將光線轉化為數字信號。這兩個器件分別占手機攝像頭成本的20%和50%。
索尼正是目前圖像傳感器技術(CMOS)的龍頭老大,占據42%左右份額,是第二名三星(19%)和第三名豪威(11%)的總和。
然而在2010年時,索尼還是CMOS領域的追趕者,市占率只有7%,豪威則是當仁不讓的一哥,占據半壁江山。那么,頭把座椅是怎么輪轉的?索尼的老大地位會被取代嗎?
索尼能有如此地位,非常關鍵的是“自我革命”,放棄成熟的CCD市場、進軍CMOS領域,參與并加速了CMOS對CCD的技術取代。而CCD技術則造就了柯達公司,成為了商業(yè)案例中經典的失敗者。
CCD的全稱是Charge-coupled Device電荷耦合器件,CMOS全稱是Complementary Metal Oxide Semiconductor(互補金屬氧化物半導體)。
這兩個詞都是半導體術語,因為圖像傳感技術最初是由貝爾實驗室在1969年發(fā)明,最初是用于存儲的,后來發(fā)現(xiàn)電光效應也可以用于形成數字成像。第一塊商業(yè)化CCD也是由美國半導體公司仙童半導推出。
CCD問世后,便被廣泛用于天文觀察。而民用領域則由當時的“膠卷相機之王”柯達,在1975年發(fā)明了世界第一臺數碼相機,而且還開發(fā)出了彩色功能。但是,由于擔心這項技術會影響公司的膠卷和沖印業(yè)務,于是就雪藏了。
然而,嗅到商機的日本公司卻興奮起來了。他們一沒舊包袱、正好可以挑戰(zhàn)老大,二有存儲技術,正好可以復用。于是,索尼、佳能等公司抓住CCD的潮流,成為數碼時代的主流玩家。等到柯達意識到膠卷時代一去不復返、也趕緊轉型CCD時,黃花菜已經涼了。
2012年柯達破產,但這個消息并沒有讓業(yè)內震驚、甚至關心,因為這時候圖像識別領域正發(fā)生著新一輪的技術替代、新王舊王爭奪戰(zhàn)。
索尼如日中天的時候,另一位挑戰(zhàn)者也上路了。這就是由幾位中國留學生于1995年在美國硅谷創(chuàng)辦的豪威OmniVision,采用的則是CMOS技術。
CMOS技術基本是和CCD同時代的技術,雙方差異CCD是將一列像素統(tǒng)一匯總到“傳輸通道”后,再進行放大識別,而CMOS則為每一個像素都配置了放大電路。于是,各有優(yōu)劣。
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總結來看,CMOS取代CCD技術,因為,在供給端搭上了“摩爾定律”的紅利,在需求端搭上了“消費電子”的紅利。
制造工藝方面,CCD技術工藝復雜,將電荷轉移到“傳輸通道后”還涉及三個處理器、三組不同電壓同步時鐘控制等,集成度低、難度大;而CMOS每個像素都有放大電路,量多、但技術難度小。
而且,隨著芯片制程不斷提高,單像素所需電路面積不斷縮小,但功能卻可以不斷增加,而且成本也可以下降。
需求端,主要在于功耗。CCD雖然可以捕捉微弱光線(這就是為什么被用于天文領域),但由于將一列電信號匯總再放大,需要較大功率、功耗高。而CMOS單一像素放大器帶寬要求低,功耗大幅降低。
天文領域是固定場景,電源可以充分供應,但諸如相機、手機等消費端,功耗就很關鍵了。寧可像素低點,但總比拍幾張就沒電強。
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來源:微視界
于是,伴隨著手機逐漸普及,CMOS也開始嶄露頭角,并逐漸成為主流。蘋果手機就是CMOS技術的擁護者,豪威在2000年上市,2007年切入蘋果供應鏈,也一度是蘋果的一供,作為CMOS的代表、風光無兩。
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作為CCD龍頭的索尼,已經站在了柯達的位置。但一場輕資產和重資產的對決,調轉了豪威和索尼的地位。
索尼和豪威相比,前者是“IDM一體化”,也就是設計、制造都能做。后者是Fabless,即只做設計,制造交給臺積電等芯片制造公司。
一體化和輕資產相比,劣勢是投入大、優(yōu)勢在于“話語權在我”。雖然豪威是蘋果的一供,但蘋果也看到了豪威沒辦法確保產能的劣勢。因此,當蘋果預測到手機銷量可以快速擴大時,就對供貨商產能提出了要求。
顯然,豪威是沒辦法保證的。而索尼是自建工廠,自然可以拍胸脯了。2011年,索尼在熊本和長崎研發(fā)中心投入400和1000億日元應對CMOS需求擴張。蘋果也相應地把索尼列為了一供,豪威成為二供。
在產品技術方面,感光面積越大,圖像信息越多。除了產能優(yōu)勢之外,IDM模式,也確保索尼在感光領域,做出了幾次創(chuàng)新引領。顯著的技術升級是2008年的“背照式”。
傳統(tǒng)技術下,感光二極管位于電路晶體管后方,導致進光量受到一定遮擋。于是,索尼就將結構翻了個,讓光線首先進入感光二極管,從而增大感光量。雖然只是翻個身,但技術難度還是有的,比如二極管基板更薄、良率更低。
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隨后,索尼又在背照式基礎上開發(fā)了“堆棧式”,通過堆疊方式,將像素層在感知單元中的面積占比,從60%提升到近90%。
于是,索尼迎來了“性能”、“產能”的雙擊,成功完成了從CCD切換到CMOS。一次正確而困難的選擇,避免了柯達悲劇的發(fā)生。
而且由于圖像傳感是模擬電路和數字電路的結合,模擬電路是一個經驗積累高壁壘的領域,光學又是對性能差異高敏感的領域。因此,索尼的優(yōu)勢也十分明顯。但是,競爭結束了嗎?
豪威市占率下滑后,也沒有放棄。
一方面,芯片制造領域,臺積電的技術紅利也開始彰顯。芯片制造工藝提升所需要的資本越來越大,索尼的IDM升級也難度更大、費用更大。不得已,索尼也開始尋求臺積電支持。2019年底,索尼也首次給了臺積電訂單,并引入臺積電28nm制程。
既然都用臺積電技術,大家差異就沒那么顯著了。
另一方面,豪威也迎來了國產替代的春風。豪威的創(chuàng)始人是中國留學生,后來公司也被國內公司韋爾股份收購。在中美摩擦之后,華為、小米等公司也將高端機型訂單交給了豪威,促進其技術提升。
豪威的市占率逐漸提升,一場“國產復仇”的劇本似乎正在上演。但依然還是有攔阻,尤其在芯片制造端。臺積電夾在中美摩擦之間,對大陸公司的支持,忽暗忽明;對日本的支持,則是顯而易見。
2021年11月,臺積電和索尼聯(lián)合宣布,臺積電在熊本成立子公司“日本先進半導體制造有限公司( JASM)”,并將在2024年完工投產。二期工廠將于2024年建設,2027年投產。
幸運的是,在芯片制造方面,大陸也一直保持著追趕。而且CMOS所需的制程,并不如CPU芯片那么領先。追趕差距并不算很大。
回到開篇的問題,在圖像傳感領域,索尼既不是技術發(fā)現(xiàn)者、也不是產品發(fā)明者,為什么能夠成為扛把子呢?
柯達的倒塌赫然在前,將索尼“自我革命”的勇氣,反襯得如此光亮。自我革命,不是稱王的必然條件,卻是一個人、一個公司、一個國家,跟隨時代發(fā)展、引領時代發(fā)展的必然要求。
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還是索尼相機厲害啊。
抓拍特朗普,索尼這波兒贏馬了。
大片兒取決于取景框背后的大腦,而非相機。
優(yōu)秀的攝影器材才能夠拍出優(yōu)秀的作品
這抓拍攝影師也很厲害呀