手機(jī)背后的相機(jī)CMOS傳感器

眾所周知，SOC與半導(dǎo)體行業(yè)密不可分，而做為手機(jī)最重要的功能之一的CMOS圖像傳感器，同樣與半導(dǎo)體行業(yè)有著密不可分的聯(lián)系。

CMOS圖像傳感器卻從來(lái)沒(méi)有趕過(guò)制程紅利的“時(shí)髦”：即使是現(xiàn)在理論上最為先進(jìn)的SONY Exmor也不過(guò)40nm的制程就已經(jīng)完全夠用。三星坐擁半導(dǎo)體生產(chǎn)制作一條龍之利卻也沒(méi)有想過(guò)借助新制程的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行“降維打擊”，這個(gè)問(wèn)題的原因是什么?

其實(shí)最初的時(shí)候，相機(jī)CMOS也有著制程壓制這一說(shuō)來(lái)著。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，數(shù)碼相機(jī)速度的本源就是CMOS讀取，而CMOS作為半導(dǎo)體，刷速度聽(tīng)起來(lái)不就是CPU/GPU那套高頻+制程一波流的事兒么?

聽(tīng)起來(lái)似乎和其他半導(dǎo)體芯片也沒(méi)有什么區(qū)別。但是問(wèn)題來(lái)了：CMOS相機(jī)傳感器是模擬+數(shù)字電路的組合體，模擬電路對(duì)制程的要求非常低，即使是當(dāng)初常年被嘲笑的佳能祖?zhèn)?00nm都綽綽有余，真正需要提速的只有數(shù)字電路部分，而這也是實(shí)現(xiàn)高速的最關(guān)鍵前提。

因此，這個(gè)組合體沒(méi)有辦法直接沿用純數(shù)字電路的制程工藝，所以還真不是直接塞給臺(tái)積電、三星之類(lèi)的純數(shù)字電路代工廠就能搞定。

但是到了這個(gè)時(shí)候，影響相機(jī)速度——包括高分辨率和高幀數(shù)在內(nèi)的所有重要參數(shù)在內(nèi)——的重要一環(huán)就成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC：此前大部分廠商選擇將其做到片后，用片外ADC來(lái)解決速度問(wèn)題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)4K內(nèi)錄。

既然相機(jī)已經(jīng)迫切需要提高速度，而制程已經(jīng)成為了困擾這一問(wèn)題的最大障礙。那么為什么不繼續(xù)猛刷，直接上最新工藝呢?其實(shí)之前已經(jīng)提過(guò)，對(duì)于CMOS的模擬電路來(lái)說(shuō)，并不需要高制程，提制程對(duì)它來(lái)說(shuō)屬于“只增成本，不增效益”的事兒。所以聰明的傳感器工程師們想出了一個(gè)新招：模擬、數(shù)字二合一不方便刷制程，那把它們分開(kāi)不就歐了?沒(méi)錯(cuò)，這就是堆棧式CMOS設(shè)計(jì)，在索尼這兒叫Exmor RS。

這也就是目前手機(jī)上所使用最多，最常見(jiàn)的堆棧式CMOS。堆棧式的好處就是模擬電路依然可以繼續(xù)保留此前的“祖?zhèn)髦瞥獭?，而?shù)字電路部分則可以交給臺(tái)積電等廠商，由最新的工藝制作。

這樣的結(jié)果就是CMOS傳輸速度直接飆升，快到機(jī)內(nèi)處理器都來(lái)不及處理，只能再堆一塊DRAM來(lái)緩存數(shù)據(jù)。第一代堆棧式CMOS誕生于2014年，使用者蘋(píng)果iPhone 6，制造者正是索尼。這也讓iPhone 6成為第一臺(tái)有240fps 720P升格慢動(dòng)作視頻功能的手機(jī)。

從此之后，960幀乃至更高的慢動(dòng)作、4K60幀的高速處理再到如今的8K拍照、視頻……

因此，CMOS傳感器需要刷制程么?

是的，在處理層和后續(xù)的數(shù)字電路部分，它們已經(jīng)做了自己需要的提升。至于模擬電路芯片部分，就算是現(xiàn)在最極限的最小像素也有足足0.8μm，對(duì)比nm甚至高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。

無(wú)論是因?yàn)楣δ茏饔靡嗷蚴浅杀九c工藝的成熟度來(lái)講，保持在100nm左右或許是一個(gè)更好的選擇。