Un CMOS, despliega un mercado de 100 mil millones de chips

A medida que disminuyen los dividendos del consumo de dispositivos móviles, los fabricantes de teléfonos móviles luchan por acceder al mercado de alta gama.Desde lentes hasta chips, pantallas y baterías, todos los aspectos del rendimiento se han mejorado ampliamente.Sin embargo, los avances en diversos aspectos se han estancado.Con el tiempo, los fabricantes de teléfonos inteligentes han vuelto a centrar su atención en la cámara.Los golpes en la cámara de los teléfonos inteligentes son cada vez más prominentes y han pasado 13 años desde que se lanzó el innovador producto iPhone 4.

El número de píxeles ha aumentado de dos millones a decenas de millones, superando los límites de una sola lente.En consecuencia, ha aumentado el número de lentes en un solo teléfono.Desde cámaras duales hasta cámaras múltiples (cámaras triples, cámaras cuádruples), han surgido numerosos términos deslumbrantes: píxeles de nivel DSLR, lentes gran angular y ultra gran angular, apertura ajustable, zoom óptico 3x, teleobjetivos estilo periscopio, uno sensores de pulgadas, etc.

Los fabricantes colaboran cada vez más con marcas de imágenes de renombre como Hasselblad, Leica, Zeiss y Sony.

La mayoría de los consumidores están dispuestos a pagar por las funciones de la cámara, por lo que convertir los teléfonos inteligentes en cámaras se ha convertido en una medida nacida de la necesidad de los fabricantes ante la creciente homogeneización de la innovación en los teléfonos inteligentes.

Por el contrario, la recientemente obsoleta tecnología CCD, un tipo de cámara de tarjeta equipada con un sensor de imagen CCD, ha experimentado un resurgimiento.Ha surgido una ola de nostalgia por el CCD, caracterizada por una preferencia por lo viejo sobre lo nuevo.El CCD, alguna vez considerado 'desecho electrónico', se ha convertido en un nuevo favorito entre los jóvenes y los entusiastas de la moda.

El antepasado del CMOS de los teléfonos inteligentes, el CCD, cambió la forma en que observamos y registramos el mundo.Sin embargo, su inventor no recibió el Premio Nobel de Física hasta 40 años después, en 2009. Se puede decir que sin el progresivo desarrollo del CCD, el CMOS no habría existido.La estrella en ascenso CMOS ha tomado el relevo del CCD y se dirige hacia un futuro más lejano.

Al leer este artículo, comprenderá:

1. El pasado y el presente de CMOS.

2. Cómo los sensores discretos pueden explotar en un mercado de miles de millones de dólares.

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La 'base' de las cámaras digitales: del CCD al CMOS

Sensores de imagen, CCD y CMOS: ¿puedes distinguirlos?

Esta es la proyección capturada por el primer sensor de imagen CCD: 'S'. En 1969, Bell Labs inventó el dispositivo de carga acoplada (CCD), que podía convertir imágenes ópticas en señales electrónicas, sentando las bases para las cámaras digitales.

Esta es la 'S' registrada por un CCD en 1972, el año en que los ingenieros de SONY completaron con éxito la proyección de la letra 'S' con un CCD de 64 píxeles;Fuente: Red

Al principio, el rendimiento del CCD era limitado y sólo podía capturar información sobre el brillo, por lo que estaba restringido a grabar imágenes en blanco y negro.

Los 'Ocho Traidores' abandonaron Bell Labs y llegaron a Silicon Valley.Poco después del lanzamiento del primer procesador de ocho bits de Intel, el 8008, en 1973, Fairchild Semiconductor presentó el primer dispositivo de carga acoplada (CCD) comercial del mundo.

En 1975, el 'Rey del Cine' Kodak utilizó el CCD Fairchild 201100 para crear la primera cámara digital.Esta cámara tenía 1,3 millones de píxeles, lo que eliminaba la necesidad de película.El CCD capturó imágenes, pero no pudo almacenarlas.Para solucionar este problema, utilizó memoria de acceso aleatorio (RAM) para capturar datos de imágenes, que luego se transfirieron a una cinta de casete.

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Kodak se convirtió en uno de los primeros actores de la tecnología CCD.Desafortunadamente, a pesar de los importantes beneficios obtenidos por Kodak gracias a la fotografía cinematográfica, la empresa decidió detener la investigación e innovación en CCD cuando descubrió que las cámaras digitales no requerían película.Esta negativa a adaptarse llevó a desperdiciar una mano ganadora.

Sony se subió al tren de las cámaras digitales, inició el proyecto CCD en 1973 y fabricó un chip que admitía 110.000 píxeles en 1978. La cámara MAVICA, introducida en 1981, se convirtió en la primera cámara digital disponible comercialmente en el mundo.En 1985, Sony lanzó la primera videocámara CCD portátil, la M8.

Esta ola de innovación tecnológica se extendió rápidamente por Japón, y las empresas japonesas ingresaron agresivamente al mercado mundial de cámaras digitales.En el siglo XXI, Sony, Fuji, Kodak, Philips, Panasonic y Sharp se encontraban entre los seis fabricantes capaces de producir en masa productos relacionados con CCD.

A finales de la década de 1990, el CCD encontró aplicaciones más allá de las cámaras digitales de consumo, y se utilizó ampliamente en imágenes electrónicas profesionales, exploración espacial, imágenes de rayos X y otros campos de investigación.

A medida que la tecnología CCD maduró, sus inconvenientes surgieron gradualmente: procesos de fabricación complejos, incompatibilidad con procesos estándar, altos costos de producción, gran tamaño y alto consumo de energía.El sensor de imagen semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS) surgió como el mayor ganador después del CCD.

Estos dos tipos de sensores de imagen, CCD y CMOS, corresponden esencialmente a los procesos TTL y CMOS, respectivamente.

CCD (dispositivo de carga acoplada) sigue la estructura MOS (semiconductor de óxido metálico), que presenta una serie de condensadores (condensadores MOS) cuidadosamente dispuestos para convertir fotones en electrones para la captura de imágenes.Por otro lado, el CMOS (Semiconductor de óxido metálico complementario) sigue la estructura MOSFET (Transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico).

Los sensores CCD recopilan datos de forma pasiva y requieren voltaje externo para mover la carga en cada píxel, mientras que los sensores CMOS recopilan datos de forma activa, amplificando y emitiendo la carga generada por el diodo fotosensible directamente a través de transistores.El CCD genera señales analógicas para su posterior procesamiento, mientras que los sensores CMOS pueden generar directamente datos procesados;Fuente: COVENTOR.

Estos dos métodos de adquisición diferentes marcan la diferencia más notable en el consumo de energía entre ellos.Además, existen diferencias en la calidad de la imagen, velocidad de procesamiento y otros aspectos, como se detalla en el siguiente cuadro:

En realidad, la tecnología CMOS ha sentado las bases más sólidas para los circuitos integrados de baja potencia, convirtiéndola en la tecnología de chips actualmente predominante en todo el mundo.A medida que los sistemas de visión artificial pasan de diseños tradicionales a nivel de placa a pequeños sistemas inteligentes, los procesos CMOS pueden seguir el ritmo de la Ley de Moore, logrando una mayor integración de chips y un menor consumo de energía.

En los primeros años, los sensores de imagen no se fabricaban mediante procesos CMOS.No fue hasta finales de la década de 1980 que la Universidad de Edimburgo desarrolló con éxito el primer sensor de imagen CMOS de un solo chip del mundo.En 1997, la empresa VLSIVersion, con sede en el Reino Unido, logró la comercialización de sensores de imagen CMOS por primera vez.

En el año 2000, Sony desarrolló con éxito su primer sensor de imagen CMOS (IMX001).Sin embargo, en aquel momento, los inconvenientes del sensor CMOS en términos de calidad de imagen y ruido todavía eran importantes, lo que impedía un desafío inmediato a la posición dominante del CCD.

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sensores discretos,

Irrumpiendo en un mercado de miles de millones de dólares

Sin embargo, con el progreso y la madurez de la tecnología CMOS y la continua reducción de costos, los precios de las cámaras digitales realmente han comenzado a ser más asequibles, mientras que el desarrollo de CCD ha entrado en un 'período de cuello de botella'. Después de 2010, los sensores CMOS se han convertido en la tecnología dominante, no reemplazando completamente al CCD pero sí en gran medida suplantándolo.Los sensores CCD ahora se conservan sólo en equipos profesionales de formato medio de alta gama.

Detrás de que CMOS se haya convertido en la principal tecnología fotográfica, está surgiendo una fuerza formidable.Nacidos casi simultáneamente con las cámaras digitales en 1999-2000, los teléfonos inteligentes se han convertido en un poderoso contendiente.

A medida que los teléfonos inteligentes evolucionaron desde teléfonos básicos hasta dispositivos inteligentes, incorporando funcionalidades de cámara mejoradas y actualizando continuamente el número de píxeles de la cámara para mejorar la experiencia fotográfica, gradualmente han erosionado la participación de mercado de las cámaras digitales.

En 2008, Nokia presentó el clásico N96, equipado con una cámara de 5 megapíxeles.Durante ese año, Nokia vendió la asombrosa cifra de 460 millones de teléfonos móviles en todo el mundo, una hazaña que no sólo superó a muchos fabricantes de cámaras sino que también planteó un desafío para las empresas de telefonía móvil posteriores.Durante un tiempo, Nokia se convirtió en el 'fabricante de cámaras' más grande del mundo.

El año 2010 marcó un punto de inflexión crucial tanto para los teléfonos móviles como para las cámaras digitales.Con el lanzamiento del iPhone 4, con una cámara trasera de 5 megapíxeles y una experiencia de usuario y calidad de imagen mejoradas a través de interfaces de software y algoritmos optimizados, el panorama de la fotografía con teléfonos móviles dio un importante salto adelante.Los fabricantes de teléfonos inteligentes Android cambiaron su enfoque de la carrera de los megapíxeles a áreas como lentes, procesadores y algoritmos de optimización.

Vale la pena señalar que entre 2003 y 2010, los envíos de cámaras digitales experimentaron un crecimiento constante cada año.Sin embargo, después de alcanzar su punto máximo con 121 millones de unidades enviadas en 2010, los envíos comenzaron a disminuir rápidamente.Los teléfonos inteligentes pronto superaron a las cámaras digitales en envíos y las dejaron muy atrás.

El vertiginoso aumento de la demanda de teléfonos inteligentes se convirtió en una oportunidad lucrativa para los fabricantes de sensores.

Los sensores de imagen CMOS han hecho que las 'cámaras con chip' sean cada vez más viables.Las tres ventajas de 'bajo costo de producción', 'bajo umbral técnico' y 'bajo consumo de energía' se han vuelto insustituibles para los sensores CMOS.

La integración de la funcionalidad de un solo chip, que permite la producción masiva de chips a gran escala, ha reducido significativamente los costos de producción.Las lentes digitales en dispositivos como teléfonos inteligentes y computadoras se han vuelto más pequeñas, más eficientes energéticamente, más rápidas en la generación de imágenes y más asequibles.Hoy en día, incluso el pequeño sensor de imagen de un teléfono inteligente puede alcanzar un número de píxeles de cientos de millones, lo que contribuye a la rápida proliferación de la electrónica de consumo.

En 2011 se llamaron la atención sobre los datos de numerosos fotógrafos profesionales y aficionados a la fotografía.Los datos revelaron que apenas un año después de su lanzamiento, el iPhone 4 de 5 megapíxeles superó a la Nikon D90 de 12 megapíxeles, lanzada tres años antes, convirtiéndose en el dispositivo de captura más popular en Flickr.

La superación del iPhone 4 marcó la paulatina aceptación de la fotografía móvil por parte de los fotógrafos profesionales.En ese momento, las ventas de cámaras digitales habían disminuido un 29% en los últimos cinco años, y las ventas de videocámaras tradicionales también habían disminuido un 21%.

Los sensores de lentes móviles han evolucionado desde sensores CCD con unos pocos cientos de miles de píxeles hasta sensores CMOS de 200 millones de píxeles, logrando un salto cualitativo en el rendimiento de imágenes e impulsando un rápido crecimiento del mercado.A pesar de una desaceleración en la demanda de teléfonos inteligentes por parte de los consumidores alrededor de 2020, el sector de las cámaras de los teléfonos inteligentes sigue siendo sustancial y continúa mostrando un crecimiento.

La cantidad de cámaras en los teléfonos inteligentes de gama media y baja ha aumentado rápidamente, y los nuevos modelos se actualizan continuamente para incluir cuatro cámaras.Una vez que la cantidad alcanza un cierto nivel, la atención se centra en las comparaciones de desempeño.Incluso los modelos de gama baja están entrando en el dominio de los píxeles altos, donde las configuraciones anteriores de gama alta ya no son exclusivas, sino que ahora están disponibles en dispositivos de gama media a baja.

Según la firma de investigación de mercado Counterpoint Research, en la segunda mitad de 2022, el número promedio de cámaras por teléfono inteligente fue de 3,9, disminuyendo ligeramente a 3,8 en la primera mitad de 2023. Aunque se trata de una cifra notable, se espera que el mercado de teléfonos inteligentes se recupere. después de un año de reducción de inventario en 2024. Se proyecta que el mercado de módulos de cámara para teléfonos inteligentes reanude el crecimiento, y se espera que los envíos aumenten un 3% interanual a aproximadamente 4,171 mil millones de unidades.

Si analizamos los mercados de CCD y CMOS, la brecha entre ambos se está ampliando.

Los datos indican que el mercado mundial de sensores de imagen CCD alcanzó los 1.740 millones de dólares en 2022, y se prevé que alcance los 2.680 millones de dólares en 2031, creciendo a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 4,9% durante el período previsto de 2023-2031.En 2020, el mercado mundial de sensores de imagen CMOS estaba valorado en 20.725 millones de dólares y se espera que alcance los 39.624 millones de dólares en 2028, creciendo a una tasa compuesta anual del 8,6% durante el período previsto.Según Mordor Intelligence, el tamaño del mercado de sensores de imagen CMOS en 2023 será de 21.330 millones de dólares y se prevé que alcance los 30.080 millones de dólares en 2028.

La cuota de mercado de los sensores de imagen CMOS ha superado con creces la de los CCD y ha experimentado un rápido crecimiento sin precedentes.

来源: informes de mercados en crecimiento

来源: informes de mercados en crecimiento

Además de la mayor cuota de mercado en el sector de la electrónica de consumo, el ámbito de aplicación de los sensores de imagen CMOS también incluye equipos automotrices, aeroespaciales, médicos y militares.Actualmente, el mercado CIS (sensor de imagen CMOS) está dominado por empresas como Sony Semiconductor, STMicroelectronics, Samsung Electronics, OmniVision (OV) y ON Semiconductor.Entre ellos, los tres principales fabricantes, Sony, Samsung y OV, representan en conjunto más del 70% de la cuota de mercado.

El CCD, además de su papel dominante en la electrónica de consumo, también encuentra aplicaciones en áreas como seguridad y vigilancia, imágenes médicas y transporte automotor.La demanda de CCD sigue creciendo, especialmente en la visión industrial, donde existe una necesidad cada vez mayor de claridad de imagen y resistencia al ruido.Sin embargo, el desarrollo de la conducción autónoma y la tecnología CMOS está limitando el crecimiento del mercado CCD.

Actualmente, los principales escenarios de aplicación para CCD y CMOS todavía se encuentran en la electrónica de consumo.Sin embargo, el aumento y el uso generalizado de los teléfonos inteligentes han demostrado plenamente el valor de mercado de los CMOS, mientras que el CCD ha pasado a un segundo plano y sigue desempeñando un papel en las aplicaciones de imágenes de alta gama.

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Conclusión:

Los CCD, que constituyen una porción más pequeña del mercado de sensores de imagen, enfrentan desafíos al introducir nuevos productos de consumo, ya sea el resurgimiento de las cámaras compactas retro o las cámaras de alta gama con un precio elevado.CMOS ha alcanzado el dominio y los teléfonos inteligentes se han apoderado de la escena fotográfica en espacios limitados.Este cambio no sólo ha reducido el costo de la fotografía, haciéndola más accesible, sino que también ha impulsado avances en la tecnología CMOS.Ya sea en cámaras digitales, automóviles, robótica, drones o aplicaciones AR/VR, CMOS está prosperando y se espera que sus días brillantes continúen en el futuro.