安森美如何为汽车、工业打造智能之“眼”？

• 作者 | 周雅

乘着智能汽车的“东风”，图像传感器作为机器视觉之“眼”，正在往越来越精密的方向刷新技术高度。在民间消费者角度，也流传着这样一个评估汽车智能化的直观感受：

“如何感受汽车智能化？坐进驾驶室里就知道。”
“如何评判驾驶室智能化？数数传感器种类和数量就知道。”

图像传感器是一种将光学图像转换成电子信号的设备，典型的图像传感器的核心是CCD单元(Charge-Coupled Device，电荷藕合器件)和CMOS单元(Complementary Meta-Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)。不过，现代多数传感器均使用CMOS单元，是因为高速和低功耗、低成本、高集成度等制造方面的优势。

在汽车电子领域，CIS(CMOS图像传感器)已经大规模出现在智能车载行车记录、前视及倒车影像、360°环视影像、防碰撞系统等之内。而随着汽车智能化发展，单辆汽车平均搭载CMOS图像传感器的数量将显著增加。据德勤分析，L1/L4级别自动驾驶的传感器数量为6个，而L3/L4/L5分别达到13/29/32个。

图像传感器是复杂的半导体器件。图片来源/安森美

作为全球CMOS图像传感器领域的霸主之一，安森美(onsemi)聚焦“智能感知”和“智能电源”两大重点，在汽车和工业领域逐渐走出一条强势发展之路。

安森美智能感知事业群工业及消费应用分部副总裁兼总经理John Gerard，于7月8日在中国（上海）机器视觉展暨机器视觉技术及工业应用研讨会Vision China 2024期间，对媒体分享了这么两组数据：

先来看智能感知领域，安森美的CIS(CMOS图像传感器)在「汽车」和「工业」领域的市占率持续第一。Yole Group数据显示，2023年安森美在全球汽车CIS领域以33%的市场份额位居第一，其次是中国的豪威集团（27%）和日本的索尼（14%）。John Gerard补充说道，“此外，在用于泊车辅助的超声波传感器领域，安森美也是第一；在用于汽车ADAS的激光雷达领域，安森美也是新兴的领导者。”而在全球工业/安防CIS领域，安森美以31%的市场份额超越索尼（30%）成为领先者。

再看智能电源领域，安森美在SiC(碳化硅)功率元件市场强势增长，根据TrendForce集邦咨询数据显示，2023年，安森美在SiC功率半导体市场由2022年的第四名跃居第二名，市场份额为23.6%，而意法半导体（ST）以32.6%市占率位居第一。John Gerard介绍说，“在工业领域，安森美提供MV(中压)MOSFET、HV(高压)MOSFET、碳化硅和IGBT功率器件，为不同的应用提供高能效。”

安森美智能感知事业群工业及消费应用分部副总裁兼总经理John Gerard

如果数据只能反应出事实的一面，那么接下来安森美的分享，则给出了另外的角度。

“买买买”中成长起来的CIS巨鳄
在图像传感器领域，安森美之所以能独占鳌头，与多年的技术沉淀和商业策略有很大关系。

安森美的前身，可追溯到摩托罗拉的标准产品半导体业务，1999年它从摩托罗拉分拆之后，正式成为了一家叫做「安森美半导体」(ON Semiconductor) 的独立公司。

而进一步夯实半导体行业地位，是在2016年，安森美收购「仙童半导体」（Fairchild Semiconductor），成为一家顶级的半导体制造商。仙童半导体开创了用硅而不是更常见的锗来制造晶体管，它还开创了平面工艺，可以更容易地以更低的成本制造性能更高、可靠性更高的晶体管，得益于这种平面工艺，仙童半导体在1960年开发了第一个商业上可行的集成电路，“这是我们当代许多创新成果的奠基”。

从技术沉淀上，上面这两段经历，造就了安森美在半导体技术领域，集成了摩托罗拉和仙童半导体的技术根基；而从商业版图上，安森美开辟了一条“买买买”的豪气之路，也因此在行业里一骑绝尘。

安森美在图像传感器领域的里程碑事件

上图可以直观看见安森美的历史渊源，囊括了这家公司的收购历程，包括收购了Cypress、Truesense、Aptina、Sensl等公司，这里的每一家，都是传感器阵列的佼佼者。比如：

· Truesense公司的前身——Kodak(柯达)的图像传感器部门，柯达科学家Bryce Bayer所发明的「拜耳阵列」正是图像传感器的基础技术之一。

· 2011年，安森美收购了Cypress半导体的CMOS图像传感器业务部，Cypress的定制CMOS传感器被广泛用于ARRI专业数字摄影机上，采用ARRI摄影机、镜头和灯光系统拍摄的电影屡次获得奥斯卡各类最佳影片、最佳摄影等奖项。John Gerard在采访中透露：“70%好莱坞电影拍摄都采用基于安森美图像传感器技术的ARRI摄像机。”

· 2014年，安森美又收购了Aptina，其前身是“CMOS图像传感器的发明者”Eric Fossum创办的第一家CMOS商业化公司Photobit(Photobit曾经于1986年发布了首款百万像素CCD传感器)。

· 2018年，通过收购SiPM和SPAD的供应商SensL，安森美扩展了自己在3D成像、雷达和LiDAR(激光雷达)领域的技术实力，进而扩大了在ADAS(高级驾驶辅助系统)等自动驾驶汽车应用的市场份额。

· 2024年7月，安森美宣布完成收购SWIR Vision Systems，其胶体量子点(CQD)技术，能将系统的可视性和检测范围从标准CMOS传感器波长扩展到了SWIR波长。通过此次收购，安森美将把硅基CMOS传感器和制造专长与CQD技术相结合，以更低的成本、更高的产量提供高度集成的SWIR传感器。这将带来结构更紧凑、成本效益更高的成像系统，具有更宽的光谱，可广泛应用于商业和工业领域。

再回溯2021年，为了更进一步聚焦技术组合、差异化产品线、市场定位，「安森美半导体」更名为安森美(onsemi)，凭借“智能感知”和“智能电源”两轮驱动，把目光着重放在工业、汽车两大板块。

就这样，通过持续扩大商业版图，安森美可以说是历史最悠久的CMOS图像传感器公司（至今超过45年）。也因此拥有业界最多的成像专利（超过2300项），同时也拥有较为完整的产品组合。John Gerard进一步指出，“从最早的CCD传感器，到现在高性能的CMOS传感器，安森美有很多合作伙伴和经典里程碑成像产品，包括首台原型数码相机，从而逐步扩展到工业、汽车、消费、IoT等25个细分领域。”

每一次技术突破，每一次商业落地，都是安森美在成像技术领域的一次进阶。

打出一套产品组合拳

上文已经提及，汽车和工业这两大板块，是安森美的核心业务板块。我们再来看工业领域，这家公司同样提供了完整的CIS产品及解决方案。

在此次Vision China上，安森美重点展示了「全局快门传感器」和「卷帘快门传感器」两大类产品线。

其中，「全局快门」的工作原理，是指在快门打开时，所有像素同时开始曝光，再在快门关闭时同时结束曝光，因此可以拍摄到非常清晰、锐利的图像，很适合快速抓拍，如体育摄影、野生动物拍摄、机器人拍摄等场景。

而「卷帘快门」的工作原理，是指在快门关闭前，从传感器的顶部到底部以扫描式的方式逐条曝光，这种方式的缺点是容易出现动态模糊的果冻效应（jello effect）或拖影，尤其是在快门速度较慢时更明显，所以适用于拍摄非动态物体，如人像摄影、静物摄影等。

相比之下，全局快门具有更高的响应速度、更清晰的图像质量，但是所需要的传感器面积更大、功耗相对更高、成本也更贵；卷帘快门可以在更小尺寸内、实现更高分辨率，价格相对亲民。

1、全局快门传感器

根据安森美智能感知事业群工业及消费应用分部产品线总监Danny Scheffer介绍，目前安森美面向工业领域的全局快门CIS产品线，主要有三个系列、共22款产品：PYTHON系列、XGS系列、Hyperlux SG系列——PYTHON提供最高帧率，XGS提供最佳图像质量，Hyperlux SG提供最具成本效益的解决方案。

具体而言，PYTHON系列是安森美10年前就已开发的产品，也是是安森美第一款用于工业机器人、工业相机的产品，该系列分辨率从1.3MP到25MP有8种分辨率可供选择。“PYTHON的帧速率可以4倍地增长，从120fps变成480fps，可以应用于PCB检测、铁路的检测。”Danny Scheffer说道。

安森美智能感知事业群工业及消费应用分部产品线总监Danny Scheffer

XGS系列的功能更丰富，分辨率从1.3MP到25MP有11种分辨率可供选择，特点是「多用途、兼容性强」，此外它还具有超低功耗的优势，与竞争产品相比，功耗可降低达2倍，这也使得其更易于进行热管理，成本也相对较低，适用于通用机器视觉、电池检测、半导体检测、智能交通系统 (ITS)、广播(8K at 60fps)等领域。“它可以做到30fps，拍电影就用它，美国体育场转播系统就是采用该系列。”Danny Scheffer透露。

Hyperlux SG系列的特点是「紧凑型」，有3种分辨率可供选择，拥有卓越的微光性能和eHDR，并可提供最具成本效益的解决方案。“Hyperlux SG是比较经济实惠的产品，主张性价比就选它。”

此外，安森美面向工业全局快门图像传感器产品中，还拥有支持深度信息感知的Hyperlux ID系列。目前Hyperlux ID系列有一款产品，即内置深度影射的1.2MP智能iToF（间接飞行时间），内置深度处理、嵌入式存储和高速性能，适用于物流、机器人和无人机等领域。

据Danny Scheffer介绍，之所以选择做iToF，而不是苹果等厂商选择的dToF，是由于技术突破——“安森美的iTOF技术相比传统的iTOF传感器可以覆盖更长的距离，传统的iToF一般是5米左右，我们可以做到20米，深度距离长，环境光抑制能力也更强，可以适用于更多的应用场景，可以支持在户外工作。”

安森美Smart iToF运动深度感知方案，可以实现最远20米的检测距离

2、卷帘快门传感器

同样，在卷帘快门传感器领域，安森美也有三个产品系列，分别是：Hyperlux LP、Hyperlux LH、Hyperlux。

其中，Hyperlux LP系列的特点是「低功耗」，采用堆栈式架构，1.4微米BSI像素，可实现超小的传感器尺寸和超低功耗。同时，还支持运动唤醒(WOM)功能，可以进一步降低功耗；且支持智能感兴趣区域(SmartROI)功能，可以大幅节省带宽。根据安森美智能感知事业群工业及消费应用分部产品线总监Jason Wang介绍，“现在Hyperlux LP系列是业界功耗最低的传感器，其8MP的产品功耗只有同行的1/3”。

安森美智能感知事业群工业及消费应用分部产品线总监Jason Wang

具体到产品型号，Hyperlux LP系列包括：AR2020、AR0830、AR0544。其中，AR2020和AR0830在工业应用中得到广泛应用。AR2020可以将全帧20MP图像实时传输，这在工业领域得到了广泛采用，多家大公司正在使用中，并计划在年底推出相关产品。

Hyperlux LH系列的特点是「高动态」，采用堆栈式 2.0um BSI像素，HDR高达120 dB，其eHDR技术可节省系统资源，并且该传感器在近红外光谱中具有高量子效率，能够在不牺牲图像质量的前提下，减少其使用数量、降低光照强度需要、降低总体BOM成本。

Hyperlux系列则支持最高动态范围（150db）、LED 无闪烁，单次曝光可达110db HDR，具有卓越的微光性能和“一劳永逸” 的设置功能。

采用AR0822传感器的4K卷帘快门解决方案

20MP的AR2020和12MP的Hyperlux LH卷帘快门图像传感器方案

至此，安森美在工业和汽车CIS市场拿到亮眼的成绩背后，离不开长期打磨的产品技术创新，然而不止如此，安森美还拥有强大的遍布全球的研发与制造网络。据悉，安森美目前在全球9个国家拥有19座生产工厂，并在全球19个国家设有43个设计中心，此外还在5个国家设有解决方案工程中心，全球员工总数达到33000人。

具体到CIS产品（包括车规级的CIS）方面，安森美拥有完整的端到端的内部制造能力，涵盖了「晶圆制造(主要是在美国纽约州的晶圆厂) -- 色彩滤波阵列(CFA))和微镜技术（美国和亚洲均有200mm和300mm产能）-- 晶圆检测（美国爱达荷州）-- 组装（马来西亚）-- 最终测试（马来西亚）」等所有关键流程。

总结而言，安森美既拥有完整的内部制造体系，也有利用外部供应商的全球代工产能，以实现双供应链体系，进而保障供应链安全。同时也能够更好调节产能，应对市场需求的变化，为客户提供更稳定的供货。“客户可以根据供应链策略，灵活考虑方案。”安森美智能感知事业群工业及消费应用感知部门副总裁兼总经理John Gerard如是说。