CMOS图像传感器(CMOS Image Sensors,CIS)是一个数百亿美元规模的传统大赛道,拥有诸如Sony、Samsung、Omnivision、ST、Onsemi这样的半导体巨头占据主要市场占有率。在这样一个CR5超80%、竞争门槛较高的传统市场,是否还有勇于探索商业模式的公司的发展机遇和成长空间?
本文将聚焦汽车智能化,深入探讨高阶智能驾驶将为CIS带来什么样的技术变革和投资机遇。2030年全球车载CIS市场将达48亿美元,技术迭代窗口期下,本土创新企业正借势突围,重塑千亿赛道竞争格局。富华资本近期对元视芯智能的投资,体现了对这一新兴市场的关注与信心。未来,随技术的慢慢的提升,CIS将在推动汽车产业智能化方面发挥逐渐重要的作用。
基于摄像头(即CIS)的视觉感知一直是智驾最核心的感知方式。特别是Tesla在2023年底,将其智驾软件FSD v12从“rules-based”升级为基于神经网络的端到端大模型后,“以视觉数据为主进行大模型训练”已基本成为整个汽车行业的技术路线共识,视觉感知的重要性进一步提升。
我们看到,中国20万元以上的热销车型中,除特斯拉因未配备环视摄像头、全车共搭载9颗CIS外(8颗车外+1颗舱内),自主品牌(特别是新势力品牌如问界、小米、蔚小理等)搭载的摄像头数量多在12颗或更多。
智驾车型常见的CIS配置为:2颗前视+2颗侧前+2颗侧后+1颗后视+至少1颗舱内监控+4颗环视(环视非智驾必须,但属于消费者强感知配置,故逐渐成标配),共12颗。如果考虑近期开始兴起的舱内多模态交互、电子内外后视镜等需求,则单车CIS搭载数量还将进一步提升。
在20万元以下的大众市场,我们已看到高阶智驾加速渗透的确定趋势。以近期成为爆款的小鹏MONA M03为例,其车价下探至12万元,标配8个摄像头(max版为12个),在满足那群消费的人对外形、空间、能耗/续航的基础诉求之外,M03的智能化是其成功的最主要的因素。这一案例也充分说明智驾进入大众市场在成本端的可行性和需求端的受欢迎程度。
对于车载CIS而言,在车规传感器或芯片都需具备的高可靠性、宽工作时候的温度等要求之外,高动态范围(HDR)和LED闪烁抑制(LFM)是满足高阶智驾感知要求的关键性能指标。
HDR指在同一画面中,特别亮的部分和特别暗的部分都能看得清楚,是实现难度*的指标。LFM则指能够有效识别和捕捉不停“眨眼”(即频闪)的LED光源(如交通信号灯)。LFM的实现依赖于曝光算法和单帧HDR的共同作用;因此,HDR是车载CIS最重要的性能指标之一。
Onsemi提供的对比图很好地展示了具备优秀HDR+LFM性能的CIS的成像效果(下图的下半部分,上半部分为缺少HDR+LFM的成像效果)。具备HDR+LFM的CIS能保证车辆在进出隧道、逆光行使等高危驾驶场景中也拥有良好的视觉感知能力,逐步提升智驾安全。
传统的处理方法包括多次曝光(multiple exposure)和大小像素(split diode)。但多次曝光的缺点在于容易形成运动伪影(motion artifacts),而大小像素存在暗光信噪比下降、生产的基本工艺和传感器校正复杂、高温下易温漂等问题。因此,为了更好满足汽车应用场景的需求,以Onsemi和Omnivision为代表的CIS巨头已转向LOFIC(lateral overflow integration capacitors)技术,并分别于2023年5月和9月首次对外宣发了其*代LOFIC车载CIS产品(PR宣传,非量产时点)。
LOFIC 技术的核心在于为每个像素增加一个大电容,用于接收高光照强度下从像素溢出的电子(其接收能力,即full well capacity,可达单个像素的数十倍),以此来实现单次曝光高HDR的感知能力。根据Onsemi提供的三种技术对比图(如下),能够正常的看到LOFIC在HDR、弱光、敏感度、固定模式噪声、色彩保真度、运动伪影、可扩展性上均有良好表现。
相比大小像素,LOFIC的制造工艺较为成熟,其技术挑战更多在于电路设计和降噪算法。因增加的电容存在漏电、串扰,导致信号噪声大,这就要求CIS厂商能够摸清LOFIC的成像特性,从软硬件全方位去消除噪声影响。因为CIS是一个集成光学+像素+模拟+算法+SoC的复杂系统,要做好LOFIC CIS的技术门槛实际非常高。
8月27日,小鹏汽车公布用于高阶智驾的视觉感知方案。在采用前后两颗 8MP LOFIC CIS的情况下,小鹏汽车称L3级智驾不再需要配备昂贵的激光雷达,且能带来如下好处:
-释放20%算力,可用于提升大模型参数;(与lidar相比)视觉信息无需转化,直接在神经网络中作为输入
-实时感知距离比上一代提升1.25倍,识别速度提升40%,延时减少100ms
小鹏汽车将在11月正式上市的P7+车型上,开始搭载这一套以LOFIC CIS为核心的高阶智驾感知方案。
根据保守估算(仅按单车平均9颗CIS考虑),到2030年,全球车载CIS市场有望达到48亿美元,其中中国为16亿美元。在这样一个新技术起步落地的车载CIS赛道,能够正常的看到目前的竞争格局较整体CIS市场更为集中。全球市场占有率大多分布在在Omnivision和Onsemi手中,而中国市场则以Omnivision为主。从不同像素规格的CIS产品看,也是高度集中的竞争格局。
因此,富华资本认为车载CIS市场容得下更多玩家入场,这或许是CIS创业公司弯道超车、至少是追赶上巨头脚步的历史性机遇。
沿着这一投资逻辑,富华资本于近期投资了深圳市元视芯智能科技有限公司(简称“元视芯”)。元视芯成立于2021年底,运营不到3年时间,已完成多颗车载和手机CIS产品的研发;其车载CIS采用LOFIC技术,性能达到行业*水平。未来,富华资本将持续关注视觉感知技术变革,助力我国汽车产业智能化加速发展。