Understanding CMOS Image Sensors: Chinese Manufacturers Will Not Be Absent

เซ็นเซอร์ภาพเป็นหนึ่งในเซ็นเซอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและสำคัญที่สุดในปัจจุบัน โดยหลักๆ แล้วจะใช้ชุดของหน่วยรับแสงและวงจรควบคุมเสริมเพื่อรับสัญญาณความสว่างและสีของวัตถุ และส่งข้อมูลภาพดิจิทัลผ่านเทคนิคการประมวลผลสัญญาณและภาพที่ซับซ้อน หน่วยรับแสงในเซ็นเซอร์ภาพมักใช้โฟโตไดโอดเพื่อแปลงสัญญาณโฟโตอิเล็กทริก เมื่อได้รับแสง โฟโตไดโอดจะสร้างสัญญาณกระแส ซึ่งความเข้มของกระแสจะแปรผันโดยตรงกับความเข้มของแสง

เซ็นเซอร์รับภาพเป็นส่วนประกอบหลักของโมดูลกล้องโทรศัพท์มือถือ เซ็นเซอร์รับภาพแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ เซ็นเซอร์รับภาพ CCD และเซ็นเซอร์รับภาพ CMOS ทั้ง CCD และ CMOS ใช้โฟโตไดโอดสำหรับการแปลงแสงเป็นไฟฟ้า เพื่อแปลงภาพเป็นสัญญาณดิจิทัล แต่มีความแตกต่างกันในวงจรประมวลผลสัญญาณที่อยู่รอบๆ โฟโตไดโอด และวิธีการประมวลผลสัญญาณไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยหน่วยรับแสง เทคโนโลยี CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) ซึ่งเป็นดาวรุ่ง ได้รับความสนใจและทรัพยากรในการวิจัยอย่างมากตั้งแต่ทศวรรษที่ 1990 ค่อยๆ ไล่ตาม CCD (Charge-Coupled Device) ปัจจุบัน CMOS ครองตำแหน่งสำคัญในตลาดเซ็นเซอร์รับภาพ โดยเซ็นเซอร์ CMOS มีข้อได้เปรียบที่สำคัญและคิดเป็น 90% ของส่วนแบ่งการตลาด

(1) อาร์เรย์พิกเซลของเซ็นเซอร์เกิดปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก

(2) ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกทำให้แต่ละหน่วยพิกเซลในอาร์เรย์พิกเซลสร้างสัญญาณประจุที่สอดคล้องกับสีและความสว่างภายนอก

(3) สัญญาณจะถูกแปลงเป็นสัญญาณภาพดิจิทัลโดยตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล

(4) สัญญาณดิจิทัลจะถูกประมวลผลโดย ISP ที่รวมอยู่บนชิปเดียวกัน จากนั้นจึงส่งออก พูดง่ายๆ คือ เซ็นเซอร์ CMOS เปรียบเสมือนเมทริกซ์เซลล์แสงอาทิตย์ โดยแต่ละพิกเซลคือเซลล์ในเมทริกซ์ แต่ละเซลล์จะถูกชาร์จตามความสว่างและการจัดเรียงสีที่อยู่ด้านหน้า และโดยการนับประจุของแต่ละเซลล์ จะได้ความสว่างและสีที่สอดคล้องกัน จึงสามารถสร้างภาพฉากจริงขึ้นมาได้

เซ็นเซอร์ CMOS รวมฟังก์ชันการรับภาพและการแปลงสัญญาณไว้ในชิปเดียว เซ็นเซอร์รับภาพ CMOS มีการเติบโตอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และใกล้จะเข้ามาแทนที่เซ็นเซอร์ CCD อย่างสมบูรณ์ จากข้อมูลของ IC Insights ในปี 2017 ยอดขายเซ็นเซอร์ CMOS คิดเป็น 89% ของยอดขายเซ็นเซอร์รับภาพทั้งหมด (เทียบกับเพียง 54% ในปี 2007) และปริมาณการจัดส่งคิดเป็น 81% ของปริมาณการจัดส่งเซ็นเซอร์รับภาพทั้งหมด ด้วยส่วนแบ่งการตลาด 81% ในปี 2017 เราเชื่อว่าเซ็นเซอร์ CMOS ด้วยความคุ้มค่าที่เหนือกว่า จะยังคงรักษาความได้เปรียบอย่างเด็ดขาดต่อไป และจะบีบส่วนแบ่งการตลาดของ CCD ให้แคบลงไปอีก

1. ชิปเซ็นเซอร์ภาพ CMOS ใช้เทคโนโลยีการผลิตมาตรฐานที่เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก ส่งผลให้ต้นทุนต่อหน่วยต่ำลงอย่างมากเมื่อเทียบกับ CCD ในระหว่างการผลิตจำนวนมาก

2.เซ็นเซอร์ CMOS รวมหน่วยรับภาพและหน่วยประมวลผลสัญญาณไว้บนซับสเตรตเดียวกัน ช่วยลดขนาด พร้อมทั้งรักษาการใช้พลังงานต่ำและการสร้างความร้อนต่ำ ทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์พกพาและอุปกรณ์ขนาดเล็กต่างๆ

3. ในทางตรงกันข้าม เซ็นเซอร์ CCD มีต้นทุนไม่คุ้มค่า มีขนาดใหญ่ สร้างความร้อนสูง และใช้พลังงานมาก ทำให้ไม่เหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ในปัจจุบัน

ตลาดเซ็นเซอร์รับภาพ CMOS คาดว่าจะเติบโตจาก 4 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2550 เป็น 19 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2565

โทรศัพท์มือถือเป็นตลาดแอปพลิเคชันที่ใหญ่ที่สุดสำหรับเซ็นเซอร์ CMOS โดยมีการเติบโตอย่างรวดเร็วในพื้นที่แอปพลิเคชันใหม่ ๆ เช่น ยานยนต์และความปลอดภัย ในปี 2017 ขนาดตลาดของเซ็นเซอร์ CMOS สำหรับโทรศัพท์มือถือคิดเป็น 62% ของตลาดแอปพลิเคชันทั้งหมด โดยมีมูลค่า 7.75 พันล้านดอลลาร์ คาดว่ารายได้จากตลาดเซ็นเซอร์ CMOS สำหรับโทรศัพท์มือถือจะถึง 8.6 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2022 ในปีต่อ ๆ ไป ยานยนต์ การตรวจสอบความปลอดภัย การแพทย์ ของเล่น/เกม และแอปพลิเคชันอุตสาหกรรมจะเป็นแรงขับเคลื่อนหลักของการพัฒนาเซ็นเซอร์ CMOS อย่างรวดเร็ว

ภาคยานยนต์จะกลายเป็นตลาดแอปพลิเคชันที่ใหญ่เป็นอันดับสองสำหรับเซ็นเซอร์ CMOS 3) สาขาการแพทย์/การวิจัย: ก่อนหน้านี้ เซ็นเซอร์ CCD ถูกใช้เป็นหลักในสาขาการแพทย์และการวิจัย อย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี สาขาเหล่านี้กำลังมองหาที่จะแทนที่ผลิตภัณฑ์เก่าส่วนใหญ่ด้วยเซ็นเซอร์ CMOS ที่มีต้นทุนต่ำกว่าและประสิทธิภาพสูงกว่า คาดว่าพื้นที่แอปพลิเคชันนี้จะมี CAGR ที่ 34% โดยมียอดขายสูงถึง 867 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2020

ภายใต้สถานการณ์การใช้งานเซ็นเซอร์ CMOS ที่หลากหลายมากขึ้นและความต้องการประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจากผู้ใช้งานปลายทาง เซ็นเซอร์ CMOS กำลังผ่านการพัฒนาเทคโนโลยีอย่างรวดเร็ว โดยผู้ผลิตรายใหญ่ได้เปิดตัวเทคโนโลยีล้ำสมัยใหม่ๆ อยู่บ่อยครั้ง โดยยกตัวอย่างคุณภาพของภาพ (โดยเฉพาะในสภาพแสงน้อย) และความเร็วในการถ่ายภาพ ซึ่งเป็นสองข้อกำหนดพื้นฐาน อุตสาหกรรมได้นำเสนอโซลูชันมากมาย:

1. ความสามารถในการถ่ายภาพในที่แสงน้อยมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อเซ็นเซอร์รับภาพในโทรศัพท์มือถือ กล้อง และการใช้งานในอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเซ็นเซอร์รับภาพสำหรับระบบรักษาความปลอดภัยและยานยนต์ที่ต้องการการทำงานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน วิธีแก้ปัญหามาตรฐานอุตสาหกรรมคือการเพิ่มขนาดเซ็นเซอร์และการรับแสง ซึ่งจะเพิ่มพื้นที่ต่อพิกเซล นอกเหนือจากนี้ ยังมีอีกสองวิธีคือการใช้ BSI-CMOS (เซ็นเซอร์รับภาพ CMOS แบบรับแสงด้านหลัง) และเทคโนโลยีแสงอินฟราเรดใกล้

ด้วยเทคโนโลยีแบ็คอิลลูมิเนชั่น (back-illuminated) และแสงอินฟราเรดใกล้ (near-infrared light) คุณภาพของภาพจากเซ็นเซอร์ CMOS ในสภาพแสงน้อยจึงได้รับการปรับปรุงอย่างมาก

2. เซ็นเซอร์ความเร็วสูงสามารถจับภาพวัตถุที่เคลื่อนไหวได้ดีกว่า โดยมีฟีเจอร์เช่น การลดเสียงรบกวนหลายเฟรม, การบันทึกวิดีโอแบบสโลว์โมชั่น, และการลดการบิดเบือนของภาพ สิ่งนี้มีความสำคัญต่อการถ่ายภาพด้วยโทรศัพท์มือถือ, การตรวจสอบการจราจร, และการขับขี่อัตโนมัติ เมื่อมีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ความเร็วสูงระหว่างกล้องและวัตถุ (เช่น การจับภาพการสวิงกอล์ฟหรือเสาไฟจากยานพาหนะที่เคลื่อนที่) จะเกิดปัญหาเช่น เส้นโค้ง, ขอบภาพเบลอ, และการเปิดรับแสงที่ไม่ถูกต้องในบางส่วนของภาพ ซึ่งเรียกว่าเอฟเฟกต์โรลลิ่งชัตเตอร์ สาเหตุหลักของเอฟเฟกต์โรลลิ่งชัตเตอร์คือเซ็นเซอร์ภาพไม่สามารถจับภาพพิกเซลทั้งหมดได้อย่างรวดเร็ว; ดังนั้นเซ็นเซอร์ความเร็วสูงจึงเกิดขึ้น

เพื่อแก้ไขปัญหาผลกระทบจากการเปิดรับแสงแบบโรลลิ่ง ชัตเตอร์ อุตสาหกรรมในปัจจุบันมีวิธีแก้ไขสองวิธี: วิธีหนึ่งคือเซ็นเซอร์ภาพแบบซ้อนสามชั้นที่ติดตั้ง DRAM ซึ่งออกแบบมาสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เช่น โทรศัพท์มือถือ เซ็นเซอร์นี้จะเก็บข้อมูลโดยตรงใน DRAM ที่รวมอยู่เพื่อให้สามารถถ่ายภาพและจับภาพได้อย่างรวดเร็ว วิธีที่สองคือเซ็นเซอร์โกลบอลชัตเตอร์ที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม เมื่อเปรียบเทียบกับเซ็นเซอร์โรลลิ่งชัตเตอร์แบบดั้งเดิมที่เปิดรับแสงทีละแถว เซ็นเซอร์โกลบอลชัตเตอร์จะเปิดรับแสงทั้งเซ็นเซอร์พร้อมกันเพื่อจับภาพวัตถุที่เคลื่อนไหวโดยไม่มีการบิดเบือน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการมองเห็นของเครื่องจักรและด้านความปลอดภัย

เพื่อให้ได้ความสามารถในการถ่ายภาพความเร็วสูง เซ็นเซอร์ CMOS ได้พัฒนาเส้นทางเทคโนโลยีหลักสองเส้นทาง:

นอกเหนือจากข้อกำหนดด้านคุณภาพและความเร็วของภาพแล้ว ยังมีความต้องการด้านการย่อขนาดในวงการแพทย์ (เซ็นเซอร์ CMOS สำหรับกล้องส่องตรวจทางการแพทย์ของ OmniVision มีขนาดเพียง 0.5 มม. สี่เหลี่ยม) ความน่าเชื่อถือสูงและความไวสูงในวงการยานยนต์ และต้นทุนต่ำสำหรับการใช้งานอย่างแพร่หลายในวงการ Internet of Things (IoT) ด้วยแรงผลักดันจากทั้งความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและความต้องการที่เปลี่ยนแปลงไป เซ็นเซอร์ CMOS จึงมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว

Sony, Samsung และ OmniVision เป็นผู้นำ ขณะที่ผู้ผลิตในประเทศมุ่งเน้นตลาดระดับกลางถึงล่าง

เซ็นเซอร์ CMOS จัดอยู่ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไปที่สามารถผลิตจำนวนมากได้ ทำให้เกิดการประหยัดต่อขนาดอย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีการลงทุนล่วงหน้าจำนวนมากเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ ซึ่งนำไปสู่สถานการณ์ที่ผู้แข็งแกร่งยังคงแข็งแกร่ง ปัจจุบันมีผู้ผลิตเซ็นเซอร์ CMOS หลายสิบราย แต่ตามสถิติของ YOLE ในปี 2016 ผู้ผลิตสามอันดับแรก ได้แก่ Sony, Samsung และ OmniVision ครองส่วนแบ่งการตลาดรวมกัน 72% ซึ่งบ่งชี้ถึงการกระจุกตัวของตลาดในระดับสูง

การกระจุกตัวของตลาดเซ็นเซอร์ CMOS เพิ่มขึ้นในปี 2559 โดยสามยักษ์ใหญ่ครองส่วนแบ่งการตลาดรวม 72%

Sony ยังคงครองอันดับหนึ่งในตลาดเซ็นเซอร์ CMOS อย่างมั่นคง ตามมาด้วย Samsung และ OmniVision อย่างใกล้ชิด จากสถิติของ YOLE ผู้นำอุตสาหกรรมอย่าง Sony มีส่วนแบ่งการตลาด 42% ในปี 2016 โดยมีผลิตภัณฑ์ครอบคลุมเครื่องใช้ไฟฟ้าสำหรับผู้บริโภคและการใช้งานในอุตสาหกรรมที่หลากหลาย มุ่งเน้นไปที่ตลาดระดับไฮเอนด์และมีความสามารถทางเทคโนโลยีที่แข็งแกร่งที่สุด อันดับสองคือ Samsung ซึ่งส่วนใหญ่กำหนดเป้าหมายไปที่ตลาดเครื่องใช้ไฟฟ้าสำหรับผู้บริโภค ดำเนินการในรูปแบบการผลิตและจำหน่ายด้วยตนเองเป็นหลัก ในด้านเทคโนโลยี ตามหลัง Sony อย่างใกล้ชิด และสามารถนำเสนอผลิตภัณฑ์ CMOS ในระดับเดียวกับ Sony ได้แล้ว อย่างไรก็ตาม เซ็นเซอร์ CMOS ของ Samsung มีการใช้งานในภาคอุตสาหกรรมค่อนข้างน้อย อันดับสามคือ OmniVision Technologies ซึ่งมีประสบการณ์เชิงลึกในการใช้งานในอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้าน CMOS สำหรับยานยนต์ ซึ่งมีส่วนแบ่งการตลาดสูงกว่า Sony

ในบรรดาผู้ผลิตเซ็นเซอร์ CMOS สามรายชั้นนำ Sony มีความได้เปรียบอย่างมีนัยสำคัญในด้านขนาด

ในผลิตภัณฑ์เรือธงและผลิตภัณฑ์หลักในภาคส่วนต่างๆ ส่วนใหญ่ใช้โซลูชันเซ็นเซอร์ CMOS จากสามยักษ์ใหญ่เหล่านี้ จะเห็นได้ว่าโทรศัพท์มือถือยอดนิยมหลายรุ่นเมื่อเร็วๆ นี้ใช้เซ็นเซอร์ CMOS จาก Sony, Samsung และ OmniVision ผู้ผลิตทั้งสามรายนี้ครองส่วนแบ่งการตลาดเซ็นเซอร์ CMOS ส่วนใหญ่ในภาคส่วนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ในการใช้งานทางอุตสาหกรรม เช่น ยานยนต์และระบบรักษาความปลอดภัย ผลิตภัณฑ์จาก ON Semiconductor, OmniVision และ Sony เป็นที่นิยมโดยทั่วไป โดยเซ็นเซอร์ CMOS ของ Samsung มักพบได้เฉพาะในผลิตภัณฑ์ของตนเองเท่านั้น

โทรศัพท์มือถือยอดนิยมส่วนใหญ่ใช้เซ็นเซอร์ CMOS จาก Sony, Samsung และ OmniVision

นอกเหนือจากยักษ์ใหญ่สามรายที่ครองตลาดกระแสหลักแล้ว ยังมีผู้เล่นอีกสองรายที่อยู่ในตลาดระดับไฮเอนด์และระดับล่าง อย่างไรก็ตาม ในแง่ของขนาดตลาดและฐานลูกค้าปลายน้ำ พวกเขาไม่สามารถเทียบได้กับตลาดกระแสหลัก ในสองส่วนสุดท้าย เราจะแนะนำเซ็นเซอร์ CMOS จาก Sony, Samsung และผู้ผลิตในประเทศบางรายก่อน เราจะเน้นที่ OmniVision ในบทที่ 3

ผู้ผลิตเซ็นเซอร์ CMOS รายใหญ่สามรายมีความแตกต่างกันอย่างมากในด้านปริมาณการจัดส่งและ ASP

I. Sony: ผู้นำด้านเทคโนโลยี ยึดครองตำแหน่งสูงสุดอย่างมั่นคง

ธุรกิจเซ็นเซอร์ CMOS ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของแผนกเซมิคอนดักเตอร์ของ Sony ได้กลายเป็นหนึ่งในธุรกิจหลักที่ทำกำไรได้มากที่สุดของ Sony แม้ก่อนที่จะมีการนำเซ็นเซอร์ภาพ CMOS มาใช้กันอย่างแพร่หลาย เซ็นเซอร์ภาพ CCD ของ Sony ซึ่งมีข้อได้เปรียบในด้านความไวและอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการเฝ้าระวัง การขนส่ง และสาขาอื่นๆ เมื่อเซ็นเซอร์ภาพ CMOS ค่อยๆ กลายเป็นกระแสหลัก Sony ยังคงเป็นผู้นำตลาด โดยอาศัยความสามารถทางเทคโนโลยีที่แข็งแกร่งซึ่งสะสมมาในยุค CCD ในปี 2016 ยอดขายเซ็นเซอร์ CMOS ของบริษัทอยู่ที่ 4.858 พันล้านดอลลาร์ คิดเป็น 70% ของรายได้ทั้งหมดของแผนกเซมิคอนดักเตอร์ ในปีงบประมาณ 2017 (ตั้งแต่วันที่ 1 เมษายน 2017 ถึง 31 มีนาคม 2018) ธุรกิจเซมิคอนดักเตอร์ของ Sony ซึ่งได้รับแรงผลักดันจากยอดขาย CMOS ที่แข็งแกร่ง มีรายได้ 850 พันล้านเยน (ประมาณ 7.79 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ) เพิ่มขึ้น 10% เมื่อเปรียบเทียบกับปีที่ผ่านมา; กำไรจากการดำเนินงานสูงสุดเป็นประวัติการณ์ที่ 164 พันล้านเยน (ประมาณ 1.5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ)

หลังจากการพัฒนามาหลายปี โซนี่ได้กลายเป็นผู้นำในอุตสาหกรรมในด้านเทคโนโลยี โดยมีประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ที่เหนือกว่า มีการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่อย่างต่อเนื่อง และการปรับปรุงอย่างรวดเร็ว ทำให้คู่แข่งยากที่จะท้าทายตำแหน่งผู้นำในระยะสั้น ในด้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เทคโนโลยีที่เป็นตัวแทนของโซนี่มากที่สุดคือเทคโนโลยีเซ็นเซอร์แบบซ้อน เซ็นเซอร์แบบซ้อนถูกนำมาใช้โดยผู้ผลิตอุปกรณ์เคลื่อนที่ทันทีที่เปิดตัว และโซนี่ได้พัฒนาเซ็นเซอร์แบบซ้อนสามชั้นที่มี DRAM ต่อไป

Sony เป็นผู้บุกเบิกเทคโนโลยีเซ็นเซอร์แบบซ้อน (stacked sensor technology)

ในการใช้งานในอุตสาหกรรม Sony มีเทคโนโลยีหลักสองประเภทคือ STARVIS และ Pregius STARVIS ส่วนใหญ่ใช้ในด้านความปลอดภัย เป็นเทคโนโลยีที่ช่วยเพิ่มความไวของเซ็นเซอร์ CMOS แบบรับแสงด้านหลังให้ดียิ่งขึ้น ไม่เพียงแต่เพิ่มความไวต่อแสงที่มองเห็นได้ แต่ยังปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้ประโยชน์ของแสงในช่วงความยาวคลื่นกว้าง เช่น แสงอินฟราเรดใกล้ ซึ่งมักใช้ในกล้องวงจรปิด Pregius เป็นชื่อที่ Sony ใช้เรียกเทคโนโลยี Global Shutter โดยทำงานด้วยการเพิ่มหน่วยจัดเก็บข้อมูลไว้ใต้แต่ละพิกเซล ในระหว่างการเปิดรับแสง พิกเซลทั้งหมดจะเปิดรับแสงพร้อมกัน และข้อมูลจะถูกจัดเก็บไว้ในหน่วยจัดเก็บข้อมูลที่สอดคล้องกันเพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบแบบ rolling shutter เทคโนโลยีนี้ส่วนใหญ่ใช้ในระบบ machine vision สำหรับอุตสาหกรรม

เทคโนโลยี STARVIS ของ Sony ช่วยเพิ่มความไวของ CMOS ให้ดียิ่งขึ้น

ในด้านผลิตภัณฑ์ โซนี่ได้สร้างสายผลิตภัณฑ์ CMOS ที่ครอบคลุมที่สุดในอุตสาหกรรม ครอบคลุมหลากหลายสาขา และรักษาฐานตลาดที่แข็งแกร่งในกลุ่มตลาดระดับกลางถึงระดับสูง ในภาคส่วนอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เซ็นเซอร์ CMOS ของโซนี่ได้กลายเป็นตัวเลือกที่พบได้บ่อยที่สุดสำหรับผู้ผลิตรายใหญ่ และเป็นคุณสมบัติมาตรฐานในผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์ ไม่ว่าจะเป็นโทรศัพท์มือถือหรือกล้องถ่ายรูป ตัวอย่างเช่น CMOS ซีรีส์ IMX400 ที่เปิดตัวในช่วงครึ่งหลังของปี 2017 ได้รับความต้องการอย่างมากจากผู้ผลิตรายใหญ่ทันที Huawei P20 Pro ซึ่งโดดเด่นอย่างมากในช่วงต้นปีนี้ด้วยความสามารถในการถ่ายภาพที่ยอดเยี่ยม ก็ใช้เซ็นเซอร์ IMX600 ล่าสุดของโซนี่เช่นกัน ในภาคอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ โดยเฉพาะในพื้นที่เฉพาะทาง เช่น ระบบรักษาความปลอดภัยและวิชันซิสเต็มสำหรับอุตสาหกรรม โซนี่ก็เป็นผู้นำเช่นกัน มีเพียงในบางพื้นที่ระดับไฮเอนด์เท่านั้นที่ยังคงตามหลังผู้จำหน่ายเซ็นเซอร์รับภาพเกรดอุตสาหกรรมที่มีชื่อเสียง เช่น Teledyne Dalsa, ON Semiconductor และ e2v

II. Samsung: ใช้ประโยชน์จากทรัพยากรของกลุ่มเพื่อก้าวขึ้นสู่ความโดดเด่นในภาคผู้บริโภค

เซ็นเซอร์ CMOS สำหรับผู้บริโภคของ Samsung ได้ก้าวตามทัน Sony มาโดยตลอด และค่อยๆ ลดช่องว่างทางเทคโนโลยีลง ตอนนี้ เมื่อใดก็ตามที่ Sony เปิดตัวเซ็นเซอร์ CMOS ใหม่สำหรับโทรศัพท์มือถือ Samsung ก็สามารถตามมาอย่างรวดเร็วด้วยผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพใกล้เคียงกัน ตัวอย่างเช่น หลังจาก Sony เปิดตัวเซ็นเซอร์ CMOS แบบสามชั้น IMX400 ได้ไม่นาน Samsung ก็ได้เปิดตัว S5K2L3 ที่แข่งขันกัน โดยใช้ในโทรศัพท์เรือธงซีรีส์ S และ Note ของตน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา Samsung ได้นำหลักการจัดหาแบบผสมผสานสำหรับเซ็นเซอร์ CMOS กล้องหลักของโทรศัพท์เรือธง โดยใช้ทั้งเซ็นเซอร์ซีรีส์ IMX ของ Sony และเซ็นเซอร์ ISOCELL ของ Samsung ในภูมิภาคและรุ่นต่างๆ ของโทรศัพท์

ในปี 2013 ซัมซุงได้แนะนำเทคโนโลยี ISOCELL ซึ่งส่งผลให้ประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์ CMOS ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ในความเป็นจริง ก่อนหน้านี้ Galaxy S5 เซ็นเซอร์ของซัมซุงส่วนใหญ่พบในสมาร์ทโฟนระดับเริ่มต้นที่มีราคาอยู่ประมาณ 1000 หยวน หลังจากนั้นซัมซุงได้นำเทคโนโลยี ISOCELL มาใช้ใน Galaxy S5 และประสิทธิภาพของมันได้รับการยอมรับในตลาด โดยตรงกับการขาดแคลนเซ็นเซอร์ CMOS ของโซนี่ เซ็นเซอร์ CMOS ของซัมซุงที่มีชื่อเสียงอยู่แล้วได้รับการส่งเสริม และผู้ผลิตในประเทศ เช่น หัวเว่ย, เมจู, เสี่ยวมี่ และ OPPO เริ่มทดลองใช้งานในบางรุ่น ซึ่งเปิดประตูให้เซ็นเซอร์ CMOS ของซัมซุงเข้าสู่ตลาดระดับกลางถึงระดับสูง

เทคโนโลยี ISOCELL ของ Samsung ช่วยลดการข้ามสัญญาณระหว่างพิกเซล

อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานในอุตสาหกรรม ซัมซุงล้าหลังคู่แข่ง ในด้าน CMOS สำหรับรถยนต์ ส่วนแบ่งตลาดของซัมซุงแทบจะเป็นศูนย์ ในการใช้งานในอุตสาหกรรมอื่น ๆ เช่น ความปลอดภัย เซ็นเซอร์ CMOS ของซัมซุงนั้นผลิตและขายเองเป็นหลัก อย่างไรก็ตาม ธุรกิจ CMOS ของซัมซุงได้รับการสนับสนุนจากกลุ่มซัมซุงทั้งหมด และศักยภาพในการใช้งานในสายผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ นั้นมีความสำคัญ ด้วยทรัพยากรทางการเงินที่แข็งแกร่งและการสนับสนุนจากกลุ่มซัมซุง ธุรกิจเซ็นเซอร์ CMOS ของซัมซุงคาดว่าจะสะสมความสามารถในการแข่งขันที่แข็งแกร่งขึ้นในอนาคต

ผู้ผลิต CMOS ในประเทศ:

มุ่งเป้าไปที่ตลาดระดับต่ำถึงกลาง โดยพัฒนาเทคโนโลยีที่เป็นอิสระอย่างแข็งขัน

โดยทั่วไปแล้ว ผู้ผลิตเซ็นเซอร์ CMOS ในประเทศยังตามหลังผู้ผลิตต่างประเทศในด้านขนาดและเทคโนโลยี โดยผลิตภัณฑ์ของพวกเขาส่วนใหญ่ใช้ในภาคอิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภคระดับต่ำถึงกลาง อย่างไรก็ตาม ผู้ผลิตเซ็นเซอร์ CMOS ในประเทศชั้นนำบางราย เช่น Superpix และ Galaxycore กำลังขยายส่วนแบ่งตลาดและเจาะตลาดระดับกลางถึงสูงอย่างค่อยเป็นค่อยไปโดยอิงจากเทคโนโลยีหลักที่เป็นอิสระของพวกเขา

I. Superpix

ก่อตั้งขึ้นในปี 2547 บริษัท ซูเปอร์พิ๊กซ์ ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ เทคโนโลยี จำกัด เป็นผู้ผลิตแบบ Fabless ที่เชี่ยวชาญด้านการวิจัยและพัฒนา รวมถึงการขายเซ็นเซอร์รับภาพ CMOS ด้วยเทคโนโลยีหลักที่เป็นอิสระของบริษัท ได้แก่ เทคโนโลยีการประมวลผลสัญญาณ "SuperPix" และเทคโนโลยี "SuperImage" บริษัทได้พัฒนาหน่วยประมวลผลภาพ CMOS ชั้นนำในประเทศเป็นจำนวนมาก บริษัทมุ่งเน้นผลิตภัณฑ์ CMOS ที่มีพิกเซลต่ำ โดยผลิตภัณฑ์หลักครอบคลุม 300,000 พิกเซล, 1.3 ล้านพิกเซล, 2 ล้านพิกเซล และ 5 ล้านพิกเซล ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีราคาค่อนข้างถูกและได้รับการยอมรับอย่างสูงในตลาดระดับกลางถึงล่าง โดยมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในกล้องโทรศัพท์มือถือ, กล้องแท็บเล็ต และกล้องคอมพิวเตอร์

หลังจากสร้างฐานที่มั่นในตลาดระดับล่างถึงปานกลาง Smartisan กำลังมองหาที่จะขยายเข้าสู่ตลาดระดับกลางถึงระดับสูง หลังจากปี 2015 บริษัทได้พัฒนาผลิตภัณฑ์ชิปความละเอียด 8 เมกะพิกเซลและ 12 เมกะพิกเซล และประสบความสำเร็จในการเปิดตัวสู่ตลาด ได้รับการตอบรับเป็นอย่างดี ผลิตภัณฑ์ CMOS ของบริษัทยังได้เข้าสู่ห่วงโซ่อุปทานของโทรศัพท์มือถือยอดนิยมบางรุ่น เช่น โทรศัพท์ 360 N7 ผลิตภัณฑ์หลักของ Smartisan

นอกเหนือจากกลุ่มผลิตภัณฑ์ข้างต้น Smartisan ยังได้บรรลุผลลัพธ์ที่เป็นนวัตกรรมบางประการในการวิจัยและพัฒนาชิปเซ็นเซอร์พิเศษที่มีมูลค่าเพิ่มสูงสำหรับการจดจำลายนิ้วมือ การจดจำม่านตา การถ่ายภาพทางการแพทย์ และการสำรวจ:

(1) Smartisan ได้ร่วมมือกับพันธมิตรในการพัฒนาชิปเซ็นเซอร์สแกนลายนิ้วมือแบบ Optical ความแม่นยำสูง และโมดูลสแกนลายนิ้วมือแบบ Optical บางพิเศษ เทคโนโลยีนี้ให้ความละเอียดสูงขึ้นและการตรวจจับการมีชีวิต ทำให้การจดจำลายนิ้วมือมีความปลอดภัยสูงขึ้นอย่างมาก

(2) พันธมิตรใช้ชิปเซ็นเซอร์รับภาพการจดจำม่านตาในผลิตภัณฑ์ใหม่ เช่น โทรศัพท์มือถือที่ใช้การจดจำม่านตา แท็บเล็ตที่ใช้การจดจำม่านตา และล็อคประตูอัจฉริยะ

(3) ชิปเซ็นเซอร์รับภาพ CMOS สำหรับกล้องส่องตรวจทางการแพทย์ถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น การผ่าตัดผ่านกล้องแบบแผลเล็กในระบบหัวใจและหลอดเลือด และการส่องกล้องตรวจกระเพาะอาหาร

(4) ชิปเซ็นเซอร์รับภาพ CMOS สำหรับอุปกรณ์สังเกตการณ์ถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์สังเกตการณ์ที่ผลิตในประเทศ

(5) ชิป Machine vision ถูกนำไปใช้ในสาขาต่างๆ เช่น ปากกาอ่านหนังสือ, การวางตำแหน่งโฮเวอร์ของโดรน, และการวัดระยะทางในอุตสาหกรรม

บริษัทได้เข้าจดทะเบียนในตลาดหลักทรัพย์แห่งชาติและการเสนอราคา (NEEQ) ในปี 2015 และเป็นหนึ่งในบริษัทเป้าหมายในการปรับโครงสร้างสินทรัพย์ของ Will Semiconductor ที่กำลังดำเนินการอยู่ รายได้จากการดำเนินงานของบริษัทในปี 2016 และ 2017 อยู่ที่ 461 ล้านหยวนและ 462 ล้านหยวนตามลำดับ โดยมีกำไรสุทธิ 2.92 ล้านหยวนและ -14.88 ล้านหยวนตามลำดับ สาเหตุหลักที่ทำให้กำไรลดลงคือการชะลอตัวของตลาดโทรศัพท์มือถือ ซึ่งทำให้ความต้องการผลิตภัณฑ์ CMOS ระดับกลางถึงต่ำอ่อนแอลง การแข่งขันที่รุนแรงในตลาดระดับกลางถึงต่ำทำให้ราคาผลิตภัณฑ์และอัตรากำไรขั้นต้นลดลง ส่งผลกระทบต่อกำไร

ผลการดำเนินงานและอัตรากำไรขั้นต้นล่าสุดของ Spicore

ก่อตั้งขึ้นในปี 2546 GalaxyCore ดำเนินธุรกิจหลักในการออกแบบ พัฒนา และจำหน่ายเซ็นเซอร์รับภาพ CMOS, ชิปไดรเวอร์ LCD, ชิป SOC มัลติมีเดียแบบฝังระดับไฮเอนด์ และระบบประยุกต์ ในตอนแรก GalaxyCore เริ่มต้นด้วยเซ็นเซอร์ CMOS สำหรับกล้องคอมพิวเตอร์ และเข้าสู่ตลาดโทรศัพท์มือถือในปี 2550 ด้วยการใช้ประโยชน์จากการเติบโตอย่างรวดเร็วของตลาดโทรศัพท์มือถือในประเทศจีน ทำให้สามารถครองตลาดระดับกลางถึงระดับล่างได้อย่างรวดเร็ว

ในปี 2014 GalaxyCore ได้จัดส่งชิปเซ็นเซอร์รับภาพ CMOS มากกว่า 940 ล้านชิป และชิปไดรเวอร์ LCD มากกว่า 100 ล้านชิป โดยมียอดขายรวมเกิน 350 ล้านเหรียญสหรัฐฯ บริษัทติดอันดับหนึ่งในการจัดส่งชิปเซ็นเซอร์รับภาพ CMOS ในประเทศจีน และอันดับสองทั่วโลก อย่างไรก็ตาม การบุกตลาดระดับไฮเอนด์ของ Galaxycore ก็ประสบความล้มเหลวในเวลาต่อมา ขณะเดียวกันก็ต้องเผชิญกับการแข่งขันที่รุนแรงจากบริษัทต่างๆ เช่น Smartsens ในตลาดระดับกลางถึงระดับล่าง

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่สำคัญของ Galaxycore

ผู้ผลิต CMOS รายใหญ่อื่นๆ ในประเทศ ได้แก่ BYD Microelectronics, Changguang Chenxin และ Ruixin Microelectronics

OmniVision ผู้ผลิตที่ก่อตั้งมายาวนาน เตรียมพร้อมสำหรับการเติบโต

OmniVision ซึ่งก่อนหน้านี้ถูกซื้อโดยกลุ่มทุนในประเทศ ก็เป็นผู้เล่นคนสำคัญในวงการเซ็นเซอร์เช่นกัน ด้วยตำแหน่งที่เป็นเอกลักษณ์ เราจะกล่าวถึงแยกต่างหากในที่นี้

OmniVision (OV) ก่อตั้งขึ้นในแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา ในปี 1995 และเป็นผู้ให้บริการชั้นนำด้านโซลูชันการประมวลผลภาพดิจิทัล ชิปเซ็นเซอร์รับภาพ CMOS ในตระกูล CameraChip และ AmeraCubeChip ได้รับการนำไปใช้อย่างแพร่หลายในแอปพลิเคชันสำหรับผู้บริโภคและภาคอุตสาหกรรม OmniVision ได้เข้าจดทะเบียนในตลาดหลักทรัพย์ NASDAQ ในปี 2000 กลุ่มบริษัทจีนได้ดำเนินการแปรรูป OmniVision ให้เป็นบริษัทนอกตลาดหลักทรัพย์ในปี 2016 และวางแผนที่จะจดทะเบียนในตลาดหุ้น A-share ในเดือนพฤษภาคม 2018 Will Semiconductor ได้ประกาศกลับมาดำเนินการเข้าซื้อกิจการ OmniVision อีกครั้ง

OmniVision ครองส่วนแบ่งการตลาดเซ็นเซอร์ CMOS ประมาณ 12% นำหน้าคู่แข่งในระดับรองลงมาอย่างมาก ยอดขายเซ็นเซอร์ CMOS ของ OmniVision อยู่ที่ 1.25 พันล้านดอลลาร์สหรัฐฯ และ 1.44 พันล้านดอลลาร์สหรัฐฯ ในปี 2558 และ 2559 ตามลำดับ (ตามสถิติของ YOLE) คิดเป็นส่วนแบ่งการตลาด 12.2% และ 12.4% ขนาดนี้เป็นรองเพียง Sony และ Samsung และมากกว่า ON Semiconductor ซึ่งอยู่ในอันดับที่สี่ถึงสองเท่า

แอปพลิเคชันปลายน้ำของบริษัทส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับสมาร์ทโฟน, กล้องติดรถยนต์, กล้องทางการแพทย์, อุปกรณ์เฝ้าระวัง, โดรน และกล้อง VR/AR ตามรายงานการวิเคราะห์ตลาดเซ็นเซอร์รับภาพ CCD/CMOS ที่จัดทำโดย BDO, OmniVision ครองส่วนแบ่งการตลาด 56% ในภาคส่วนความปลอดภัย และ 29% ในภาคส่วนยานยนต์ นอกจากนี้ OmniVision ยังมีการเติบโตอย่างรวดเร็วในหลายสาขาที่กำลังเกิดขึ้นใหม่ เช่น การถ่ายภาพทางการแพทย์, Internet of Things (IoT) และแอปพลิเคชันเฉพาะทาง

ในฐานะผู้ผลิตที่มีมายาวนานในวงการ CMOS, OmniVision มีความแข็งแกร่งทางเทคโนโลยีชั้นนำของอุตสาหกรรม ณ สิ้นเดือนพฤษภาคม 2561 OmniVision ถือครองสิทธิบัตร 4,060 ฉบับ การลงทุนด้าน R&D ในปี 2560 มีมูลค่าเกิน 1 พันล้านหยวน คิดเป็นกว่า 10% ของรายได้จากการดำเนินงาน และได้จัดตั้งสาขาและศูนย์ R&D ในหลายแห่งทั่วโลก ทำให้มีความแข็งแกร่งในการแข่งขันกับบริษัทอย่าง Sony

เซ็นเซอร์ CMOS เป็นแหล่งรายได้หลักของ OmniVision คิดเป็นกว่า 94% ของธุรกิจหลักมาสามปีติดต่อกัน โดยมีอัตรากำไรขั้นต้นเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง จาก 16.54% ในปี 2016 เป็น 24.83% ในห้าเดือนแรกของปี 2018 ชิป ASIC ซึ่งส่วนใหญ่ใช้เพื่อรองรับเซ็นเซอร์ CMOS มีอัตรากำไรขั้นต้นสูงและมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน ในทางตรงกันข้าม อัตรากำไรขั้นต้นของชิปแสดงผลแบบ LCOS (Liquid Crystal on Silicon) ลดลงอย่างมาก ส่วนใหญ่เกิดจากการปรับโครงสร้างผลิตภัณฑ์และผลิตภัณฑ์ใหม่ที่ยังอยู่ในช่วงการรวมระบบ อัตรากำไรขั้นต้นของชิปกล้องแบบ Camera Cube ติดลบ ส่วนใหญ่เกิดจากค่าเสื่อมราคาอุปกรณ์ที่สูง ผลิตภัณฑ์ทั้งสองประเภทนี้คิดเป็นสัดส่วนน้อยมากของธุรกิจของบริษัท และจะไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความสามารถในการทำกำไรของบริษัท

ก่อนปี 2011 OmniVision เป็นผู้นำในตลาดเซ็นเซอร์ CMOS แต่หลังจากนั้นก็เผชิญกับการแข่งขันที่ดุเดือด ส่วนแบ่งการตลาดของ Sony มีเพียงประมาณ 7% ในปี 2010 แต่เนื่องจาก OmniVision สูญเสียคำสั่งซื้อ iPhone ของ Apple ในปี 2011 และการเปลี่ยนไปใช้โทรศัพท์เรือธงระดับไฮเอนด์จำนวนมากไปยัง Sony ในเวลาต่อมา เซ็นเซอร์ของ Sony จึงเติบโตอย่างรวดเร็วหลังปี 2011 โดยมีส่วนแบ่งการตลาดเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง จนนำไปสู่การขาดแคลนอุปทานตั้งแต่ปี 2014 Samsung ใช้ประโยชน์จากโอกาสนี้ในการเข้าสู่ตลาดเซ็นเซอร์ความละเอียด 13 เมกะพิกเซลที่ค่อนข้างจำกัด และได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางจากแบรนด์โทรศัพท์มือถือจำนวนมาก และแซงหน้า OmniVision ขึ้นเป็นผู้เล่นรายใหญ่อันดับสอง ในตลาดระดับล่าง OmniVision ยังเผชิญกับการแข่งขันจากผู้ผลิตชาวจีนและเกาหลี โชคดีที่ OmniVision ยังคงรักษาส่วนแบ่งการตลาดไว้ได้ด้วยเทคโนโลยีที่ยอดเยี่ยม และค่อยๆ ขยายช่องว่างกับผู้เล่นระดับรองในตลาด

เมื่อเร็ว ๆ นี้ Will Semiconductor ได้เริ่มความพยายามในการเข้าซื้อกิจการ OmniVision อีกครั้ง หนึ่งในความแตกต่างจาก Sony และ Samsung คือ OmniVision ไม่มีโรงงานผลิตของตนเองหรืออาณาจักรธุรกิจอยู่เบื้องหลัง ดังนั้น OmniVision จึงมักประสบปัญหาด้านความสามารถในการผลิตที่ไม่เพียงพอและการรั่วไหลของเทคโนโลยีจากโรงงานผลิตของตน หาก OmniVision ร่วมมือกับ Will Semiconductor คาดว่าจะสามารถใช้ประโยชน์จากการบูรณาการอย่างลึกซึ้งกับตลาดทุนจีนเพื่อมุ่งเน้นไปที่นวัตกรรมทางเทคโนโลยี การสร้างความร่วมมือ และการระดมทุนได้ดียิ่งขึ้น ซึ่งจะช่วยให้พวกเขาสร้างระบบบรรจุภัณฑ์และการทดสอบโรงงานที่มีเสถียรภาพ เชื่อมต่อกับลูกค้าภายในประเทศจำนวนมาก และคว้าโอกาสในการพัฒนาที่มหาศาลในด้านเซ็นเซอร์ CMOS นำไปสู่ยุคใหม่ของการพัฒนา