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    SoC已快进到5nm 为何摄像头还在μm级

      [  中关村在线 原创  ]   作者:李泽卿   |  责编:周博林

    如果说最近科技圈最热议的新闻,那么关于芯片的内容一定是避不开的。麒麟未来发展如何,中芯是否又会成为新的“华为”?这些我们还不得而知。不过说回到手机这个产品上,其实跟半导体行业密不可分的并不只有SOC,如今手机最重要的功能之一的影像背后,同样与半导体行业有着密不可分的联系。

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    首发三星GN1的vivo X50 Pro+

    不过在这一项上,CMOS图像传感器却从来没有赶过制程红利的“时髦”:即使是现在理论上最为先进的SONY Exmor也不过40nm的制程就已经完全够用。三星坐拥半导体生产制作一条龙之利却也没有想过借助新制程的优势进行“降维打击”,这个问题的原因是什么?

    其实最初的时候,相机CMOS也有着制程压制这一说来着。简单来说,数码相机速度的本源就是CMOS读取,而CMOS作为半导体,刷速度听起来不就是CPU/GPU那套高频+制程一波流的事儿么?听起来似乎和其他半导体芯片也没有什么区别。

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     SoC已快进到5nm 为何摄像头还在μm级
    来自索尼的两种传感器形式

    但是问题来了:CMOS相机传感器是模拟+数字电路的组合体,模拟电路对制程的要求非常低,即使是当初常年被嘲笑的佳能祖传500nm都绰绰有余,真正需要提速的只有数字电路部分,而这也是实现高速的最关键前提。因此,这个组合体没有办法直接沿用纯数字电路的制程工艺,所以还真不是直接塞给台积电、三星之类的纯数字电路代工厂就能搞定。

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    但是到了这个时候,影响相机速度——包括高分辨率和高帧数在内的所有重要参数在内——的重要一环就成了模数转换器ADC:此前大部分厂商选择将其做到片后,用片外ADC来解决速度问题,进而实现4K内录。

    既然相机已经迫切需要提高速度,而制程已经成为了困扰这一问题的最大障碍。那么为什么不继续猛刷,直接上最新工艺呢?其实之前已经提过,对于CMOS的模拟电路来说,并不需要高制程,提制程对它来说属于“只增成本,不增效益”的事儿。所以聪明的传感器工程师们想出了一个新招:模拟、数字二合一不方便刷制程,那把它们分开不就欧了?没错,这就是堆栈式CMOS设计,在索尼这儿叫Exmor RS。

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    iPhone6

    这也就是目前手机上所使用最多,最常见的堆栈式CMOS。堆栈式的好处就是模拟电路依然可以继续保留此前的“祖传制程”,而数字电路部分则可以交给台积电等厂商,由最新的工艺制作。这样的结果就是CMOS传输速度直接飙升,快到机内处理器都来不及处理,只能再堆一块DRAM来缓存数据。第一代堆栈式CMOS诞生于2014年,使用者苹果iPhone 6,制造者正是索尼。这也让iPhone 6成为第一台有240fps 720P升格慢动作视频功能的手机。从此之后,960帧乃至更高的慢动作、4K60帧的高速处理再到如今的8K拍照、视频……

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    因此,CMOS传感器需要刷制程么?是的,在处理层和后续的数字电路部分,它们已经做了自己需要的提升。至于模拟电路芯片部分,就算是现在最极限的最小像素也有足足0.8μm,对比nm甚至高出一个数量级。因此,无论是因为功能作用亦或是成本与工艺的成熟度来讲,保持在100nm左右或许是一个更好的选择。

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