在今年的CES上，拉斯維加斯斥資23億美元建造的新地標Sphere，受到了廣泛關注。Sphere在劇場內(nèi)安裝了一個世界最大的高分辨率LED屏幕，以球幕形式包圍觀眾席頂部與四周，以提供沉浸式視覺環(huán)境。
打造沉浸式視覺環(huán)境已成為下一代娛樂設施的主流趨勢。屏幕顯示技術以及各類傳感器的進步為沉浸式視覺提供了良好的基礎。最新報道顯示，意法半導體（以下縮寫為ST）成功打造了世界上最大的圖像傳感器，為Sphere的落地提供了助力。隨著ST公布該傳感器的新細節(jié)，有關CMOS圖像傳感器（CIS：CMOS image senor）的競爭也逐漸顯露。
大尺寸CIS的競爭：汽車、高端手機市場的爭奪戰(zhàn)
智能手機帶給了CIS十年的黃金增長期。智能手機是CIS最大的應用領域（約占七成市場）。由于過去兩年手機市場低迷，導致該種類的CIS市場不景氣，直到去年年底手機CIS庫存結構才有所好轉(zhuǎn)。雖然近期市場關于CIS價格上漲的消息不斷，但手機CIS市場已經(jīng)趨于成熟，頭部企業(yè)優(yōu)勢明顯，目前的市場格局很難被打破。
汽車領域是目前CIS廠商的必爭之地。目前，索尼、三星等手機CIS龍頭企業(yè)正在向車規(guī)級CIS發(fā)展，安森美等傳統(tǒng)汽車傳感器龍頭也緊盯這塊市場。卷技術、卷價格，已然成勢。因此，對于其他CIS廠商來說，尋找一個合適的應用市場突破，是他們爭奪到更多市場份額的“捷徑”。
打造沉浸式娛樂平臺是一個契機，大尺寸CIS在其中充當了重要的角色。CMOS底面積越大，進光量越高、噪點越少、成像質(zhì)量越好。大尺寸、下一代沉浸式顯示器對視頻捕捉提出了具有挑戰(zhàn)性的要求。顯示器的尺寸和分辨率的組合需要詳細的圖像分辨率，同時也會暴露圖像中的缺陷。這需要傳感器在能夠創(chuàng)建非常高分辨率圖像的同時，保持圖像具有高質(zhì)量、低噪聲以及高動態(tài)范圍。為解決這些挑戰(zhàn)，在與Sphere的合作中，ST在傳感器級別進行圖像縫合，利用“拼接”技術創(chuàng)建了一個巨大的2D縫合316兆像素CMOS圖像傳感器，用以捕獲18Kx18K視頻。
顯然，ST宣布為Sphere打造出世界上最大的圖像傳感器，是向更多終端廠商展示ST在CIS領域，尤其是在大尺寸CIS領域的實力。
大尺寸CIS的應用不僅限于打造類似于Sphere這樣的巨型屏幕，高端手機市場、VR/AR等消費電子市場也存在對大尺寸CIS市場的需求。廠商在特定市場展示出來的實力，最終會傳導至通用市場，之后逐漸延伸進入到各個行業(yè)中使用。目前大尺寸CIS市場格局還未成熟，圍繞該領域的競爭將成為未來相關廠商的重點。
成熟工藝的新生命：在新興應用中的價值
ST這枚全球最大的圖像處理器采用65nm工藝制造，是成熟工藝賦能新興市場應用的又一佐證。
CIS通常采用成熟工藝。一方面是因為成熟工藝經(jīng)過了長時間的驗證和改進，更加可靠，有助于確保圖像傳感器的穩(wěn)定性和一致性。另一方面，通用圖像傳感器產(chǎn)品通常需要較高的產(chǎn)能，尤其是在應對消費電子市場的大規(guī)模需求時，成熟制程的高產(chǎn)能有助于滿足這些需求。目前，全球頭部CIS企業(yè)的主流產(chǎn)品均是成熟工藝制程。
成熟工藝在賦能新興應用方面發(fā)揮著至關重要的作用。對于汽車、醫(yī)療設備等需要長期運行和高一致性的應用領域，成熟工藝一直是主力擔當。通過長期驗證和優(yōu)化，成熟工藝提供了一系列優(yōu)勢，包括成本效益、高產(chǎn)能、快速上市、產(chǎn)品穩(wěn)定性和市場認可度。這使得新興應用能夠在競爭激烈的市場中更好地滿足用戶需求、提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時降低制造成本。制造商在選擇工藝時，成熟工藝的這些優(yōu)勢使其成為一種可行的、值得考慮的制造選擇，特別是在注重規(guī)?；?、成本控制和市場迅速響應的新興應用領域。
同時，隨著技術的進步，采用成熟工藝的芯片也可以通過堆疊等方式來提升產(chǎn)品性能，以實現(xiàn)比擬先進工藝的性能的例子越來越多。在成本更低的優(yōu)勢下，這使得成熟工藝的應用場景更加廣泛。
成熟工藝的競賽：全球廠商競爭激烈
圖像傳感器廠商在設計芯片架構時不但需要充分考慮芯片整體性能以確保各個指標平衡，而且需要將研發(fā)與下游代工廠的工藝特點結合。很多頭部圖像傳感器廠商也將芯片制造能力視為是該類芯片競爭的關鍵要素之一。
打造圖像傳感器的成熟制造能力成為了業(yè)界的新焦點。從市場格局看，幾乎所有的IDM企業(yè)的產(chǎn)線均是成熟工藝。將成熟工藝運用到爐火純青，是芯片制造企業(yè)實力的重要體現(xiàn)。尤其是在先進工藝被少數(shù)幾家晶圓代工廠所壟斷、美國對芯片制造進行一輪又一輪審查的情況下，全球市場強化了對成熟工藝制造能力的關注。
在各國鼓勵將芯片制造能力留在本地之時，成熟工藝的擴建比賽開始了。龍頭晶圓代工廠在全球布局，IDM緊隨其后。ST作為歐洲半導體龍頭在這場競賽中同樣大動作頻出。在擴大現(xiàn)有的法國克羅爾12英寸晶圓廠產(chǎn)能基礎上，2022年7月，ST聯(lián)合格芯宣布將在該工廠附近建立一個新的12英寸晶圓聯(lián)營廠。同時，ST在意大利阿格拉特12英寸晶圓廠的投資力度仍在繼續(xù)加大。按照他們的計劃，在2022年至2025年間，公司會將12英寸晶圓的內(nèi)部制造產(chǎn)能擴大一倍。
差異化是成熟工藝競爭的關鍵點。在新興領域和終端應用日益多樣的情況下，市場對差異化工藝的需求愈發(fā)旺盛，這都推動了成熟制程工藝成為近期半導體市場的焦點之一，引來了行業(yè)領先的晶圓廠商紛紛發(fā)力布局。
CIS領域是成熟工藝打造差異化競爭的領域。目前，ST專用的CMOS成像生產(chǎn)設施正在逐步提升新產(chǎn)品的產(chǎn)能，這些產(chǎn)品具備最先進的后端照明(BSI)技術，以及深溝槽隔離(DTI)等創(chuàng)新設計特性，解決了像素串擾等重要的技術難題。其常規(guī)的多項目晶圓 (MPW) 服務也有助于降低開發(fā)成本，并可將昂貴的專用掩膜組所涉及的風險降至最低。使得ST在CIS的競爭中占據(jù)優(yōu)勢。這些技術的積累，為ST能夠打造大尺寸、高分辨率的CIS打下了良好基礎。
ST方面也曾表示：“要打造達到Sphere采用的CIS這種尺寸、分辨率和速度的定制化傳感器，同時還要滿足低噪聲、高動態(tài)范圍和極其苛刻的良率要求，ST法國克羅爾12英寸晶圓廠下線的第一批晶圓成功地應對了這一挑戰(zhàn)”。不難看出，克羅爾工廠的芯片制造實力以及公司在CIS領域方面的Know-how積累成為了ST在成熟工藝打造差異化核心競爭優(yōu)勢。
芯片制造的未來：成熟工藝的潛力
下游應用市場需求日趨多樣，在特定應用市場的競爭最終都會傳導至芯片制造端，促使差異化工藝需求不斷增加。而作為實現(xiàn)差異化的最佳選擇，成熟工藝市場潛力巨大，是目前全球建廠擴產(chǎn)的主要目標。在新興應用不斷涌現(xiàn)的今天，利用好成熟工藝的資源將會是贏得未來市場競爭的關鍵。
成熟工藝發(fā)展依賴于全球半導體分工合作，無論是國際廠商還是國內(nèi)廠商都離不開全球半導體產(chǎn)業(yè)鏈以及終端應用市場的支持。加強與成熟工藝產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作，將會不斷促進企業(yè)在全球市場中的競爭力。