SoC已快進到5nm 為何攝影機還在μm級

如果說最近科技圈最熱議的新聞，那麼關於晶片的內容一定是避不開的。麒麟未來發展如何，中芯是否又會成為新的「華為」？這些我們還不得而知。

不過說回到手機這個產品上，其實跟半導體行業密不可分的並不只有SOC，如今手機最重要的功能之一的影像背後，同樣與半導體行業有著密不可分的聯繫。

首發三星GN1的vivo X50 Pro+

不過在這一項上，CMOS影像感測器卻從來沒有趕過製程紅利的「時髦」：即使是現在理論上最為先進的SONY Exmor也不過40nm的製程就已經完全夠用。

三星坐擁半導體生產製作一條龍之利卻也沒有想過藉助新製程的優勢進行「降維打擊」，這個問題的原因是什麼？

其實最初的時候，相機CMOS也有著製程壓制這一說來著。簡單來說，數位相機速度的本源就是CMOS讀取，而CMOS作為半導體，刷速度聽起來不就是CPU/GPU那套高頻+製程一波流的事兒么？聽起來似乎和其他半導體晶片也沒有什麼區別。

來自索尼的兩種感測器形式

但是問題來了：CMOS相機感測器是模擬+數字電路的組合體，模擬電路對製程的要求非常低，即使是當初常年被嘲笑的Canon 祖傳500nm都綽綽有餘，真正需要提速的只有數字電路部分，而這也是實現高速的最關鍵前提。

因此，這個組合體沒有辦法直接沿用純數字電路的製程製程，所以還真不是直接塞給台積電、三星之類的純數字電路代工廠就能搞定。

但是到了這個時候，影響相機速度——包括高解析度和高幀數在內的所有重要參數在內——的重要一環就成了模數轉換器ADC：此前大部分廠商選擇將其做到片後，用片外ADC來解決速度問題，進而實現4K內錄。

既然相機已經迫切需要提高速度，而製程已經成為了困擾這一問題的最大障礙。那麼為什麼不繼續猛刷，直接上最新製程呢？

其實之前已經提過，對於CMOS的模擬電路來說，並不需要高製程，提製程對它來說屬於「只增成本，不增效益」的事兒。

所以聰明的感測器工程師們想出了一個新招：模擬、數字二合一不方便刷製程，那把它們分開不就歐了？沒錯，這就是堆棧式CMOS設計，在索尼這兒叫Exmor RS。

iPhone 6

這也就是目前手機上所使用最多，最常見的堆棧式CMOS。

堆棧式的好處就是模擬電路依然可以繼續保留此前的「祖傳製程」，而數字電路部分則可以交給台積電等廠商，由最新的製程製作。這樣的結果就是CMOS傳輸速度直接飆升，快到機內處理器都來不及處理，只能再堆一塊DRAM來快取數據。

第一代堆棧式CMOS誕生於2014年，使用者蘋果iPhone 6，製造者正是索尼。這也讓iPhone 6成為第一台有240fps 720P升格慢動作影片功能的手機。

從此之後，960幀乃至更高的慢動作、4K60幀的高速處理再到如今的8K拍照、影片……

因此，CMOS感測器需要刷製程么？是的，在處理層和後續的數字電路部分，它們已經做了自己需要的提升。

至於模擬電路晶片部分，就算是現在最極限的最小像素也有足足0.8μm，對比nm甚至高出一個數量級。

因此，無論是因為功能作用亦或是成本與製程的成熟度來講，保持在100nm左右或許是一個更好的選擇。