雙層晶體管導(dǎo)致imx903成本為989兩倍?能別造謠了嗎!
最近看到了一些極其離譜的微博,如下:

現(xiàn)在來概括一下這篇微博的重點(diǎn):這篇微博主要想表達(dá)的觀點(diǎn)是三個(gè):1.imx903的成本是imx989的2倍;2.只要上了雙層晶體管,989,858,866,888這些傳感器就被“吊打”了。當(dāng)然最后還有小像素實(shí)現(xiàn)翻倍的大感光。
實(shí)際上真是這樣嗎?本來雙晶體管技術(shù)因?yàn)槟壳笆占Y料不全,是沒想寫的。但是看到如此離譜的說法,不寫點(diǎn)啥,真不行了。
imx903的成本有沒有可能達(dá)到imx989的兩倍?
實(shí)際上,根據(jù)外媒拆解和相關(guān)證券公司對小米12Sultra的BOM硬件成本分析,關(guān)于imx989的成本部分已經(jīng)了解的很完全了。和手頭上有的幾款傳感器做對比,989因?yàn)槊娣e大,成本是很貴的。imx989的BOM成本約為28美元(合200人民幣),對比imx700的成本為22美元,imx608的成本也是22美元,imx888的成本是14美元,imx766倒是足夠便宜的批發(fā)價(jià)——9美元,也是它能下放到千元機(jī)的基礎(chǔ)。
所以,imx989成本的一倍大概就是56美元了——這是個(gè)什么離譜的水平?我們可以根據(jù)外媒給出的BOM成本圖一窺究竟。根據(jù)外媒和相關(guān)證券公司的報(bào)告,IPhone14 Promax的BOM成本為454美元,其中各部分的BOM成本占比如下:

可以看到,攝像頭組件的BOM成本僅為11%*454=50美元。這和imx803的報(bào)告BOM成本相符,imx803的成本為16美元,而算上傳感器防抖組件的6美元、鏡頭的2美元、藍(lán)寶石鏡片、霍爾傳感器、對焦馬達(dá)等2美元,整個(gè)主攝的BOM成本為26美元。其他四攝(長焦(BOM8美元)、超廣角(BOM5美元)、前置(BOM4美元)、lidar(BOM8美元))占據(jù)剩下的,當(dāng)然因?yàn)椴煌瑪?shù)據(jù)的估計(jì)不同,根據(jù)單一組件加起來的BOM成本之和是51美元,和上圖的估計(jì)稍有1美元偏差,但是總體差距不大。
也就是說,蘋果很少用更貴的傳感器的料。對于imx803,目前我對網(wǎng)絡(luò)爆料的Gen6工藝、高速讀出、全高DTI、雙14bit等參數(shù)表示極高的懷疑,如果真做到這個(gè)水平,它的成本超過imx989是完全合理的,但是很遺憾,它的成本只有16美元,且據(jù)techinsights拆解報(bào)告,它還只是部分PDAF,應(yīng)該就是一個(gè)技術(shù)傳承自imx700的更便宜一些的傳感器。
所以imx903成本增加到56美元可能嗎?還是分析一下整個(gè)模組的成本:一般根據(jù)蘋果歷代BOM報(bào)告,作為成本控制大師庫克,BOM成本一般控制在整機(jī)BOM的10%左右,不會更多。因此,算出來攝像頭的BOM乘以10就是整機(jī)BOM成本了。imx903的成本增加到56美元的話,傳感器面積進(jìn)一步增大,導(dǎo)致傳感器防抖組件、對焦組件、鏡頭成本都需要進(jìn)一步上漲,目前看來總體增加100%是很合理的水平,這樣除了傳感器,主攝其他組件的成本就是10*2=20美元,加上傳感器,主攝BOM成本就是76美元。
下一代IPhone還要上潛望式長焦鏡頭,根據(jù)相關(guān)拆解,假如蘋果就上谷歌pixel6Pro同款大底潛望式,單顆攝像頭的BOM成本就要25美元。
就假設(shè)其他的攝像頭不變,整個(gè)模組的BOM成本就已經(jīng)達(dá)到76+25+8+5+4=118美元??赡茏x者對118美元的BOM成本沒有概念,覺得不就是相對于上代翻倍了嗎?我們再看一個(gè)。

這是華為P40的BOM表,注意不是Pro和Pro+的,一會可以估計(jì)一下Pro和Pro+的BOM成本??梢砸姷?,P40的攝像頭模組的BOM包括后置三攝+前置+前置景深鏡頭,當(dāng)然還沒算前置紅外發(fā)射器、后置激光對焦組件,成本已然達(dá)到了50美元。Pro+相比P40,后置增加了一顆tof和10倍長焦,超廣角從普通的超廣角換成imx608(BOM成本增加到22美元),估計(jì)總BOM成本在150美元-200美元之間。P40Pro將10倍更換成5倍,再去掉3倍鏡頭,總BOM成本估計(jì)在100美元左右(當(dāng)然,當(dāng)年余總也表示P40Pro的相機(jī)成本超過100美元:

)。所以,你能想象一下蘋果的相機(jī)模組成本達(dá)到120美元是什么情況了嗎?華為終端手機(jī)利潤率根據(jù)年報(bào)大概9%多點(diǎn),蘋果的利潤率大概40%以上,當(dāng)然,IPhone14Promax售價(jià)比P40Pro高50%情況下,相機(jī)BOM成本僅為P40Pro一半,由此可以推斷,一旦蘋果用上總成本118美元的相機(jī)模組,售價(jià)有望突破2萬元。
蘋果賣2萬,銷路有多窄?當(dāng)年IPhonexs僅僅售價(jià)超過12000元,大部分消費(fèi)者就接受不了了,因此價(jià)格自發(fā)售后一路狂瀉。筆者并不認(rèn)為蘋果在下代就可以實(shí)現(xiàn)將BOM成本為16美元的imx803更換到BOM成本為56美元(為imx803的3.5倍)的imx903.就算下代蘋果取消Pro max增加Ultra機(jī)型,溢價(jià)也很難支撐如此昂貴的相機(jī)模組。并且,這還是在超廣角、lidar等沿用14Promax的情況下計(jì)算的,如果蘋果下代進(jìn)行升級,總成本達(dá)到P40Pro+的水平很有可能。但是,蘋果在相同的成本情況下售價(jià)比華為貴1倍,目前全世界應(yīng)該不會有如此多的消費(fèi)力去購買,除非蘋果不要利潤率了。
所以,imx903相比imx989的成本增加10-20%才很有可能,并且以果果一貫的作風(fēng),同代相機(jī)傳感器一般是比安卓更差的(至少目前的資料和BOM成本如此),903擁有目前如此炸裂的硬件參數(shù),明顯不太可能。與其相信果果有如此炸裂的相機(jī)規(guī)格,不如期待下三星(但是聽說HP2牙膏擠多了,所以三星下代還要沿用)或者解除封印之后能和索尼繼續(xù)PY新傳感器的華為。
2. 上了雙層晶體管,舊大底一定會被吊打嗎?
在了解這個(gè)問題前,還是要看看關(guān)于雙層晶體管的解讀。知名鍵攝8老師關(guān)于雙層晶體管的定義是:

所以說,這是個(gè)小像素才有用的技術(shù),大像素沒啥用。
為啥?
來看看索尼的文檔對雙層晶體管技術(shù)是咋說的。首先,由于把光電二極管當(dāng)中非感光區(qū)的電路與感光區(qū)域部分分離,可以做到1.解放微透鏡設(shè)計(jì);2.由于光電二極管可以單獨(dú)生產(chǎn),因此可以優(yōu)化光電二極管的阱容,做到更深、更大。
首先來看1。因?yàn)楣怆姸O管當(dāng)中復(fù)位、選擇、放大等晶體管在目前常見的堆棧式傳感器(imx700,608,989,858,888等)都是放置在和感光區(qū)域旁邊的,它占用了傳感器寶貴的感光面積。因此,為了解決這一問題,索尼工程師在光電二級管上又引入了一層微透鏡,通過進(jìn)一步將打在每個(gè)像素上的光進(jìn)一步聚焦到感光區(qū)域,這樣使得其他不需要感光的二極管就接收不到光線了,因此解決了這個(gè)問題。
所以,像素越大,感光區(qū)域占比越大,實(shí)際上在微透鏡的加持下,因?yàn)楣庾哟虻椒歉泄鈪^(qū)造成的光線浪費(fèi)已經(jīng)可以忽略了。一般的,像素大于0.8微米,就已經(jīng)不認(rèn)為它影響感光了。至于大于1微米,可以認(rèn)為不存在光線被浪費(fèi)的問題。
因此,在常見的大底當(dāng)中,甚至包括大多數(shù)長焦傳感器這種小底,因?yàn)橄袼孛娣e足夠大,光線浪費(fèi)在非感光區(qū)的問題本身就可以當(dāng)它不存在。常見的長焦小底傳感器,imx520,單像素大小1.22微米,和imx700一樣大了;s5k3m5,和ov08a10,單像素大小1微米,哪怕是上了長焦的imx586,單像素大小也有0.8微米,受它影響也是不大的。
那么索尼為什么要引入這項(xiàng)技術(shù)呢?原因是手機(jī)長焦為了卷像素,面積又沒辦法擴(kuò)大,導(dǎo)致單像素面積越來越小。imx858和ov64b已經(jīng)縮到0.7微米了,此時(shí)因?yàn)榕月氛嫉拿娣e已經(jīng)足夠大了,因此總會有一部分光被浪費(fèi)在非感光區(qū);而jn1更是縮小到了0.64微米,未來為了卷像素?cái)?shù)好看,像素還會更小。因此,在小像素上為了避免光線浪費(fèi),必須要用到雙層晶體管技術(shù)。
但是大底,哪怕是低像素小底,上這項(xiàng)技術(shù)除了省掉微透鏡以外,可以說毛用沒有。因?yàn)閱蜗袼孛娣e足夠大,導(dǎo)致旁路占的面積很小,故而完全不受影響;這也就是索尼下一代大底鮮有上雙層晶體管技術(shù)的,目前已知的就一個(gè)小像素高像素大底imx802;而更多更小像素的底才會上這項(xiàng)技術(shù),因?yàn)樗鼈冃枰?,這樣索尼可以用自己先進(jìn)封裝工藝但是半導(dǎo)體制造的劣勢和三星先進(jìn)封裝工藝弱但是半導(dǎo)體制造工藝強(qiáng)的三星進(jìn)行錯位競爭。
2就是可以設(shè)計(jì)阱容更大的傳感器。首先還是要說明,阱容更大只是代表像素能吃更多的光子,從而提升白天的動態(tài)范圍;至于夜晚,人手抖動的情況下,單像素在昏暗的情況下明顯沒辦法做到一幀填飽像素阱,因此這時(shí)候單像素能吃多少光子,完全僅和光學(xué)防抖的能力有關(guān),光學(xué)防抖能力越強(qiáng),單幀才能有更長的安全快門,單像素才能吃到更多的光子,畫質(zhì)才會更好。
而白天,單像素阱容低的傳感器動態(tài)范圍一定更差嗎?相信這個(gè)問題看過S23U和989機(jī)型對比的人心中已有答案。沒錯,在當(dāng)前算力如此強(qiáng)的場景,單幀動態(tài)范圍高,算力更強(qiáng)的手機(jī)顯然可以多堆棧幾幀來提升動態(tài)范圍,效果一樣不差。并且,現(xiàn)在還有很多人嫌手機(jī)HDR過于暴力,開始減少堆棧張數(shù),強(qiáng)調(diào)明暗對比和光影,因此大底上上太大阱容,明顯意義是不大的。筆者認(rèn)為大底目前單像素阱容做到6ke(四合一24ke)的水平就已經(jīng)夠用了。
但是在小像素小底上,因?yàn)橄袼孛娣e小,才導(dǎo)致阱容低,遠(yuǎn)低于10ke的水平——這也就是為何小像素需要雙層晶體管,單像素面積太小,就只能把阱加深,導(dǎo)致總阱容積不遜于大像素。因此,這也是個(gè)大底上沒啥卵用的技術(shù)——大底阱容已經(jīng)夠大了,不需要再大了。

最后關(guān)于小像素實(shí)現(xiàn)翻倍的感光能力,它來源于索尼論文的吹B——就像當(dāng)年索尼關(guān)于2*2OCL的論文一樣,落地實(shí)際的傳感器總會和實(shí)驗(yàn)室技術(shù)有些差異。并且,我也不太認(rèn)為索尼會放棄微透鏡技術(shù)——畢竟雙核對焦、2*2OCL沒有微透鏡,是沒辦法工作的??偛荒芤?yàn)橐粋€(gè)沒啥卵用的雙層晶體管技術(shù),放棄掉對焦優(yōu)勢吧,那三星還不得笑瘋了,三星在對焦方面追了索尼3年。
而對于傳感器技術(shù)已經(jīng)發(fā)展如此成熟的今天,我倒是很推崇華為芬研所(前身是諾基亞影像部)的一群瘋子兼天才玩出的花活:我認(rèn)為這才是真正的創(chuàng)新,就像他們搞出的imx608傳感器構(gòu)型一樣,索尼在此之前從來沒有想過也沒有做過像素十六合一,從而實(shí)現(xiàn)4.48微米大像素,從而兼顧視頻、拍照、暗光拍照、暗光錄像,還有超高速錄像的五大能力,并且因?yàn)槊娣e大和總線讀出速度的提升可以去掉DRAM層,還可以減少成本?,F(xiàn)代傳感器發(fā)展已經(jīng)很成熟了,2*2OCL對焦再強(qiáng)在大底傳感器上也就比dual PD強(qiáng)百分之幾,甚至對焦邏輯或算法好點(diǎn)的就算你有2*2OCL,我也能做到比你快。還有這次雙晶體管技術(shù),在大像素的傳感器上(大像素不一定大底)更是沒啥用。因此,2*2OCL技術(shù)和這次雙晶體管技術(shù)都是為小像素準(zhǔn)備的技術(shù)。2*2OCL用到50MP大底上不但對焦和dual PD(四合一就叫octa-PD)拉不開差距,還因此損失四倍分辨率,但是如果進(jìn)一步做小像素,做到總像素2億,就可以實(shí)現(xiàn)2*2OCL增強(qiáng)對焦的同時(shí)至少不損失分辨率了(HP2依然能實(shí)現(xiàn)50MP分辨率)。當(dāng)然,2*2OCL雖然被做到HP2上了,但是對于現(xiàn)代已經(jīng)成熟的傳感器來說,對焦速度或許提升只有幾個(gè)點(diǎn),甚至對于一些算法好的Dual-PD機(jī)型更是沒有。
所以,在看到索尼引入新的技術(shù)后,先不要沸騰,先想想技術(shù)原理是不是能給大底帶來很多提升;如果可以再沸騰也不遲。在現(xiàn)代已經(jīng)發(fā)展成熟的傳感器領(lǐng)域,索尼目前的很多技術(shù)都是僅僅增加幾個(gè)點(diǎn)的提升,成本翻倍,甚至幾個(gè)點(diǎn)會被計(jì)算攝影抵消掉,消費(fèi)者體驗(yàn)不出來任何提升,這也是索尼的989相比700技術(shù)就是擠牙膏,甚至索尼連續(xù)3年沒創(chuàng)造出新的傳感器端革命技術(shù)的原因,就是因?yàn)閭鞲衅鳜F(xiàn)在發(fā)展的太成熟了,已經(jīng)沒太多需要改進(jìn)的地方了。
因此,在未來,主流的技術(shù)迭代方向依然不會變:亦或是像華為芬研所搞出來的奇葩imx608這類的傳感器那樣,玩?zhèn)鞲衅鞯膖rick;或者傳感器保持牙膏不變,開始卷鏡頭(當(dāng)然實(shí)際上現(xiàn)代鏡頭性能也很成熟了,就算卷鍍膜鏡片透光率什么的也還是幾個(gè)點(diǎn)的提升。因此鏡頭上玩trick——也就是針對鏡頭結(jié)構(gòu)、形態(tài)上的改進(jìn)讓它在更小體積內(nèi)發(fā)揮更大的性能,依然是未來主流方向)。手機(jī)鏡頭目前諸多光學(xué)缺陷或者光學(xué)限制已經(jīng)解決兩個(gè)了——一個(gè)邊角畫質(zhì)劣化和焦平面太小導(dǎo)致近攝虛化,通過可變光圈解決了;之后長焦進(jìn)光量太弱的問題,小米拿出了直立式長焦,OPPO靠傳統(tǒng)堆料思路上大底加中光圈,華為則是玩鏡頭創(chuàng)新形態(tài),各家都給出了自己的方案。鏡頭這塊能卷的東西還多著呢。最近兩年除了imx989以外,相2020年那樣傳感器百花齊放的時(shí)代消失了,未來會更多的聚焦在鏡頭部分,因?yàn)橄啾瘸墒斓膫鞲衅鳎R頭這塊形態(tài)、功能、設(shè)計(jì)自由度非常之高,幾乎擁有無限的可能性,哪怕是手機(jī)上尚未解決的光學(xué)問題就足夠手機(jī)廠商再擠十幾年牙膏的了,因此鏡頭才會形成手機(jī)廠商下一個(gè)要卷的方向。