2022年CMOS行业供需情况分析.pdf

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1、2022年 CMOS行业供需情况分析1.CMOS行业需求：传统领域稳定增长，新兴领域快速爆发1.1.CMOS成为图像传感器主流技术图像传感器是摄像头的重要组成部分，CMOS图像传感器成为主流。图像传感器的主要功能是将光学信号转化为电学信号并呈现在终端，是由光敏元件、放大电路、数模转换器、存储器数字信号处理器等集成在一起的电路，广泛应用于各类摄像设备，是摄像头的重要组成部分。根据元件的不同可以分为互补金属氧化物（CMOS）半导体图像传感器及电荷耦合器件（CCD）图像传感器两大类。典型的CMOS图像传感器（CIS）由多个模块组成，分别完成不同的功能，其中像素阵列完成光电信号的转换，将光学信号转换为

2、电学信号，时序控制电路完成对电学信号的处理，数模转换则将信号转换为需要的数字信号便于最终输出。相较于 CCD图像传感器，CMOS图像传感器从90年代开始得到重视并大力发展，从市场占比来看CMOS图像传感器市场份额由2012年 55.4%上升至2019年 83.2%,在图像传感器市场逐渐占据主导地位。背照式结构逐渐取代前照式成为CM O S 图像传感器主流。从结构上来看，根据感光元件安装位置的区别可以将C M O S图像传感器分为前照式结构(F SI)和背照式结构(B SD ,其中背照式是将光电二极管置于金属配线层之前。相较于前照式结构，背照式增加了单位像素的受光量，传感器灵敏度有明显改善，但是

3、制作工艺涉及晶圆的正面背面从而变得复杂,对生产工艺要求加大，且会带来可靠性退化的问题。随着技术的发展，目前出现堆栈式CM O S 传感器，其将像素区域与处理电路分隔开，分别置于上下两层，从而能够针对性的优化，对于像素部分进行画质优化，电路部分进行速度优化。但由于生产过程更加复杂，成本昂贵，堆栈式多用于高端手机、数码相机、机器视觉等领域。图1 7:堆栈式CMOS图像传感器结构图(1)非堆栈式(2)堆栈式数据来源：公开资料，东北证券 誉是CM O S 图像传感器向着高像素、高帧率、高成像效果发展。CM O S 图像传感器的核心参数包括像素、帧率、成像效果，不同应用领域对于技术指标的要求有不同侧重。

4、应用于手机领域时，通常需要超高的像素，分辨率、清晰度、美观度等，应用于安防监控领域时，由于摄像机通常工作在高温、昏暗等苛刻的环境条件下，通常需要产品具有较高的信噪比,量子效率等，能够满足极端工作条件下的要求。在汽车电子方面由于隧道等环境的限制，需要产品具有较高的L ED闪烁抑制技术，较高的帧率满足环境的快速变化，在新兴的应用领域如机器视觉方面，则对不同的产品有不同的定制化需求。1.2.应用场景广泛，全球销量出货量保持较高增长全球CMOS图像传感器销售额与出货量保持较高增长。根据Frost&Sullivan统计，全球CMOS图像传感器销售额从2016年的94.1亿美元快速增长至2020年的179

5、.1亿美元，期间年复合增长率为17.5%,预计2021-2025年间将保持11.9%的年复合增长率，2025年全球销售额预计可达330.0亿美元。从出货量上来看，2016年至2020年，全球CMOS图像传感器出货量从41.4亿颗快速增长至77.2亿颗，年复合增长率16.9%o预计2021年至2025年，全球CMOS图像传感器的出货量将继续保持8.5%的年复合增长率，2025年预计可达116.4亿颗。智能手机为CIS下游最大应用场景，汽车电子、机器视觉等新兴领域快速增长。CMOS图像传感器主要应用市场包括智能手机、安防监控、汽车电子、机器视觉等方面。根据Frost&Sullivan的数据统计，销

6、售额来看，智能手机为其最大的应用市场，2020年占比为78.5%,汽车电子占比约10%,安防占比约4%。随着下游需求的改善，未来应用占比将有所变化，预计2024年下游手机需求占比下降为6 9%,汽车电子则提升至14%,安防领域占比将提升至8%。图 20:2019年 CIS市场下游应用格局手机其他消费电子安防汽车工业医疗及其他数据来源：Frost&Sullivan,东北证券 四定 管是1.3.新兴领域：快速扩张市场，车载CIS量价齐升新兴市场增长率高于全球CIS增长率。近年来随着5G、VR/AR、机器视觉、汽车电子的发展，给 CMOS图像传感器带来新的增长动力。据 Frost&Sullivan预

7、计，2020-2025年安防监控细分市场出货量年复合增长率预期将达到13.8%；汽车电子市场预期出货量年复合增长率将达到18.9%；新兴机器视觉领域年复合增长率更将达到45.6%。细分市场的预期增长率均高于CMOS图像传感器的整体增长率。(1)车载领域：不同功能的车载摄像头用量不同。按照功能来划分，车载用摄像头可以分为观察用摄像头和感知用摄像头，观察用摄像头主要功能为拍摄周围环境帮助驾驶员进行行车判断，感知用摄像头主要将拍摄的影像进行识别提取从而对车辆的行驶进行干预。此外，根据摄像头安装的位置可以分为环视、前视、后视及舱内摄像头。产品要求与法律法规构成车规级产品两道门槛。由于消费电子与汽车电子

8、使用环境的差异，汽车产品通常需要具备更高的可靠性和稳定性，在功率、过载、耐压、绝缘等方面要求更加严苛。如温度方面，消费电子一般标准为0-60C,而汽车电子至少需要-40-85C,不同方面标准的差异使得车规级产品比消费级产品更难。此外，汽车行业具有健全严苛的法律法规，行业协会或标准化组织也制定大量行业规范来约束企业，相关产品的上下游企业遵循ISO/TS16949质量管理体系，相较于消费电子通常需要遵循的IS09000标准规范，ISO/TS16949针对性更强，质量把控更加严格，例如需要以零缺陷为目标等。企业即便已获得IS09000并获得认证，要再获得IS O/TS16949质量认证仍需要漫长的时

9、间。图 2 2:车载用摄像头示意图数据来源：招股说明书，东北证券车载摄像头的五大技术要求。一是更高的动态范围(H D R),汽车CIS的动态范围要超过120dB,通常在120-140dB之间，从而能够在隧道等光线昏暗的情况下看清路况,而一般的手机摄像头动态范围通常在60dB左右。二是LED灯闪烁抑制，LED灯往往以肉眼无法识别的频率(90Hz)进行闪烁，对于快门时间更短的CMOS图像传感器而言，LED闪烁往住会引起A I系统误判。三是工作的温度范围更加苛刻，车载摄像头连续工作时间较长，工作环境相较于手机用产品更加恶劣多变，车载摄像头测试需要在水中浸泡数天，以及1000小时以上的温度测试，要能够

10、适应零下40。-零上105的温度范围。四是对于低照的极高要求，为了提高夜间行驶的安全性，要求汽车摄像头具有较强的感光能力，夜视功能将成为车载摄像头的标配。五是高像素趋势。随着智能驾驶自动化程度升级，摄像头像素也逐步升级，从IM P发展至8Mp等，有助于扩大检测范围。（2）机器视觉：机器视觉对全局快门技术提出高要求。机器视觉主要指通过计算机等设备使机器具有类似人类的“观察”和“认知”能力，这个过程通常需要人工智能、计 算 机 科 学、图像处理和模式识别等多学科配合完成。从应用场景来看，目前在机器视觉领域内的可分为工业机器视觉应用，例如产线检测、不良品筛检、自动化流水线运作等，以及消费级机器视觉应

11、用如无人机、扫地机器人、AR/VR等。机器视觉的应用 对CMOS图像传感器的性能提出更高的要求，例如减少果冻效应，即当相机与被摄对象之间存在相对位移时，减少画面所发生的直线部分弯曲、边缘模糊和部分画面曝光错误，这要求传感器具有优良的全局快门技术。全球市场规模高速增长，预计未来五年CAGR达到35.7%o据Frost&Sullivan数 据，全球新兴领域CMOS图像传感器市场迅速扩张，全局快门CMOS图像传感器总出货量从2018年 的1100万颗迅速增至2020年 的6000万颗，复合增长率 高 达133.5%。2021年出货量为1.16亿颗，随着未来应用的扩展预计2025年出货量将增至3.92

12、亿颗，2021-2025年间年均复合增长率为35.6%0图 2 3:新兴领域全局快门CMOS出货量及其增速新兴领域全局快门CMOS出货量(千万颗)YoY1.4.手机领域：占比最大市场，多摄普及带动需求增长智能手机为CMOS图像传感器最大的应用市场。智能手机经过多年的发展销量增速有所下降，销量趋于平稳。根据Frost&Sullivan的数据，2012-2015年智能手机出货量呈现爆发式增长，年均复合增长率达到25.6%,之后增长速度明显放缓，2020年由于疫情干扰等原因消费疲软，手机销量同比下降 9%,仅 为 12.4亿部，预计2022-2024年间年均复合增长率仅为3.2%。随着手机市场进入零

13、和游戏，头部厂商均开始着力高端化，中国智能手机市场平均售价有较大的提升，手机摄像头也经历了多次变革，在数量上多个摄像头成为主流方案,在技术发展上出现双目立体成像、结构光、ToF(Time ofFlight)等方案，技术上的变革推动需求的增长。多摄的普及：单部手机配置摄像头数增加成为趋势。单部手机的摄像头数量持续增加，目前单部手机摄像头配置数量可达到6 个。根据Frost&Sullivan的数据显示，双摄像头手机自2015年有所放量以来快速渗透，在 2018年渗透率达到4 0%,随后三摄及多摄开始快速发展，每部智能手机所搭载的摄像头数量逐年上升，预计2019年将由平均每台3.4颗提高至2024年

14、的4.9颗，为 CMOS图像传感器的需求注入动能。高像素成为趋势：高像素推动CIS技术升级。用户对于摄像清晰度的要求越来越高，主流智能手机像素水平已达到4800万至6400万，随着未来手机摄像头像素的进一步提升，CMOS图像传感器的技术与性能升级也会面临新的挑战，在控制传感器整体尺寸的前提下增加感光元件面、ToF(Timeof Flight),结构光、主动立体视觉等解决方案的研发等等。2024年预计全球手机用CIS市场规模约164亿美元，高像素摄像头快速增长。Frost&Sullivan预计2024年全球手机CMOS图像传感器出货量将达到67.8亿颗，市场规模达到164.1亿美元，年均复合增长

15、率6.3%。其中200万像素的摄像头由功能机摄像头逐渐承担景深摄像等功能带动出货量的回升，预计未来将保持约12%的 复合增长率。而 500万-1300万像素的传感器占据目前手机摄像头市场的主要份额，2012-2019年出货量复合增长率达到24%o 1300万像素-4800万像素的传感器以21.5%的市场占有率位居第二。而 4800万以上像素的传感器市占率仅8%,但预计未来快速增长，2024年出货量预计将达到6 亿颗。图2 8:摄像头像素变化 200万及以下 500万 至1300万 1300万以上数据来源：格科微，东北证券.圣 管是1 5 安防领域：稳增长传统市场，智能化成为发展方向全球安防覆盖

16、加大，中国为最大安防市场之一。安防行业主要是以构建安全防范系统为主要目的的产业，以维护社会公共安全为目的，包括视频监控、门禁识别、防盗报警细分领域。2019年全球安防产业总产值约3600亿美元，我国安防行业的收入规模达7562亿元，占比约3 5%,已成为全球最大的安防市场之一。2020年我国智能安防市场规模约为511亿元，2013-2020年市场规模年复合增长率达26%,2019年视频监控市场规模18亿元，2013-2019年市场规模年复合增长率达到20%oCMOS图像传感器厂商位于安防产业链上游。整个产业链来看，安防产业链涉及上游算法、芯片设计、存储器、图像传感器等零部件生产，中游软硬件及系

17、统集成、或提供智能安防运营服务，下游主要应用于城市、学校、医院、轨道交通、金融等行业。其中上游包括算法、芯片、零部件厂商，芯片企业可以分为主要分为IPC、DVR、NVR三类，代表厂商包括星宸科技、富瀚微等企业，零部件厂商如CIS企业代表厂商如索尼、三星等，中游安防设备软硬件厂商，包括海康威视、大华股份等企业，下游为终端应用厂商，可以划分为城市级、行业级以及消费级应用，代表企业包括赛维智能等企业。数字化集成、网络化和智能化为安防监控的发展方向。从发展路线来看，安防监控发展历程为3 个大的阶段，1970s的模拟视频监控、1990s开始的数字视频阶段及近几年兴起的智能网络视频监控阶段。模拟监控阶段的

18、核心设备是磁带录像机(V C R),数字视频阶段的核心设备是硬盘录像机(DVR),智能网络视频监控时代没有核心硬件设备，系统变得开放而分散，使用的设备包括网络摄像机(TPC)、视频编码器(DVS)、网络录像机(NVR)及中央管理平台(C MS)等，目前的实际应用中，各种类型的产品和系统架构均有一定比例，并均将继续存在一定时间，但智能网络视频监控系统代表了视频监控技术未来的发展方向。由于安防监控系统涉及的领域众多，通常包括视频监控、报警、高压电网、门禁、紧急报警等十多个子系统，如果子系统之间无法通信将会在出现状况时管理效率低下，造成人力、物力的浪费，而借助计算机、通信等技术实现网络互联将会改善现

19、状，这使得视频监控系统的复杂度提高，对 CM O S 图像传感器性能的要求也在不断升级，在低照度光线环境成像、H D R、超高清成像、智能识别等成像性能方面提出更高的要求。图 3 0:中国智能化安防行业市场规模及预测数据来源：前瞻产业研究院，东北证券9至管是安防领域对C IS参数要求复杂。安防监控摄像头通常要求 24小时全天候不间断工作，且能够在低照度光线环境下呈现清晰的图像，能够高低温工作环境下芯片性能不受影响，光线对比强烈环境下明暗细节均能呈现等。为此，C IS需要具备高信噪比、高感光度、超宽动态范围、超高近红外感度及低功耗等性能，技术要求复杂。预计2025年全球安防监控领域C IS出货量

20、将达到20亿美元。从出货量上来看，根 据 F rost&Sullivan的数据统计，2020年安防监控领域的CM O S 图像传感器出货量为4.1亿颗,市场份额占比约5%,预计2025年将达到8 亿颗，预期年复合增长率将达到13.75%。从销售额来看，2020年销售额为8.7亿美元，2025年预计将达到20.1亿美元，年复合增长率达到 18.23%。近年来随着国家对电子产业的扶持，本土厂商技术的不断成熟，国内企业在全球安防监控CMOS图像传感器市场将得到扩张。2.CMOS行业供给：美日企业占据主导，国内厂商快速崛起2.1.竞争格局集中，细分龙头有所区别全球CMOS图像传感器竞争格局相对比较集中

21、，C R 3占比超过70%。Sony、Samsung,豪威、格科微在出货量上占据较高的市场份额，而由于产品单价有所不同，销售额方面的竞争格局有所差别。以出货量为口径来看，2020年格科微、Sony、Sam sung,豪威科技分别占有 30%、23%、18%、15%的市场份额，以销售 额为口径统计，2020年 Sony、Samsung、豪威科技、格科微分别占有39%、24%、11%、5%的市场份额。图3 5:全球CMOS图像传感器竞争格局（出货量）3.99%格科微 sony三皇泰成科技 SK Hynix其他数据来源：公司招股说明书，东北证券当 在 当 是不同应用领域竞争格局有所不同。由于CM O

22、 S 图像传感器应用领域众多，在不同细分领域竞争格局有所不同。在手机领域，格科微约22%的市场份额，2020年索尼约2 4%,三星 19%；在安防领域，索尼在高端安防市场的销售额领先，市场份额达到2 5%,思特威市场份额为22%；在机器视觉领域 2020年全球范围内只有思特威、索尼、豪威三家厂商拥有大规模CM O S 图像传感器量产的能力，可达到千万级别的年度出货量；在汽车电子领域，安森美、索尼、豪威科技2020年度智能车载CMOS图像传感器的出货量市场份额分别为54%、29%和 8%o2.2.国产厂商崛起，不同领域各有千秋手机领域产品覆盖范围较弱，与龙头尚有差距。从像素覆盖范围来看，目前国内

23、企业中格科微涵盖2M p-8M P,思特威涵盖2M p-16MP,豪威科技涵盖IMP-13Mp的产品，相较于国际巨头三星、索尼等，在产品线齐全度上尚有一定差距。安防领域产品线齐全，国内企业出货量领先。在安防用CMOS图像传感器领域，从产品数量来看，思特威具有30余款产品，覆盖100万-800万像素，产品线齐全，核心性能指标表现较为优异。国内厂商安防领域CIS在技术指标上符合主流安防领域产品要求，从出货量来看，2020年思特威实现1.46亿颗CMOS图像传感器出货，出货量位居全球第一。汽车电子领域国内尚处发展期。由于下游智能车的发展,越来越多的厂商发力车载摄像头业务，但从产品来看，目前像覆盖范围相对低端，多用于后装摄像头，仍有较大的提升空间。从市场份额来看，前装车规级芯片市场目前主要由国外厂商占据，2020年安森美、索尼、豪威科技在车载领域CMOS图像传感器市场份额分别为54%、29%、8%o前装车载电子市场开拓难点和竞争壁垒主要在于车规级摄像头用户的切入，其对于产品可靠性、法律法规行业标准等均有较高要求，因此认证过程较长，通常需要7-8个月的认证周期。图3 6:全球CMOS图像传感器竞争格局（销售额）Sony三星豪威科技格科微 SK Hvnix其他数据来源：公司招股说明书，东北证券甚 至 管 是