过去十年是 CIS(CMOS Image Sensor,CMOS 图像传感器)飞速发展的十年,索尼的半导体部门正是借此崛起。根据 Yole 的报告,索尼坐稳了全球第一大 CIS 供应商位置——即使不算刚刚收购的东芝,销售额也达到了 35%、出货量更是高达 50%,超过第二名三星、第三名 Omnivision 之和。
与此同时,索尼 CIS 一靠 iPhone 二靠 DXOMark 实现了名利双收。
今天索尼传感器看着风光无限,可谁想到过去十年索尼不为人知的努力与遭受的白眼,比如说尼康的旗舰全副几乎不采用索尼传感器,像素长期被佳能压制,另一方面索尼在 CIS 的“黑科技”一点也不黑,事实上不过遵循业界技术发展而已,过去十年是索尼 CIS 的奋斗史、追赶史。
Exmor 诞生
与欧美企业喜欢采用简单明了的命名方式不一样(比如说普及最广的彩色滤镜阵列,就根据其特征命名为 RGGB 排列,或采用发明者的名字),日本企业命名更具“神秘东方色彩”,一个能够通俗易懂的技术会加上玄之又玄的名字,这点索尼最为突出。
在 2007 年,索尼发布了首款 Exmor 传感器。相对以往 CIS,Exmor 最大变化是内置了 ADC(analog-to-digital converter,模数转换器)。
在外置 ADC 传感器传输数据时,每列像素产生的信号先通过降噪电路,汇聚后再通过外部总线传输到单个或数个 ADC 之中。而 Exmor 每列像素拥有独立的 ADC,在 CIS 芯片上即可完成模数转换,最后通过数字总线传输出去。
由于 Exmor 的 ADC 数量非常庞大,每个 ADC 能在低频率下运行,仅达到 kHz 级别,远远低于外置 ADC 的 MHz 级别,有效减少了噪声,也利于实现高速读取,而且 Exmor 输出的是数字信号,抗干扰性更好,易于长距离布线,亦无须 ADC 靠近 CIS 布置,大幅度简化了 PCB 设计。
IMX035 是索尼首块 Exmor 传感器,应用于安保领域,1/3 英寸、像素为 1328 x 1024,能以全像素输出 120fps,内置 ADC 功不可没。
Exmor 的成果迅速被索尼应用到其它领域之中, 2008 年发布的单反相机尼康 D3X、索尼 A900 正是采用了索尼 24MP 全副传感器 IMX028,不过在 IMX028 上索尼只能实现 12bit、5fps 全像素连拍,为了保证画质尼康不得不外置了 14bit ADC。
(尼康 D3X 上的 IMX028)
与业界先进水平相比——例如是 ARRI 在 2005 年推出的 D20 摄像机(其 6MP、Super35 规格 CIS 在 12bit 下峰值输出达到了 150fps)或是稍逊的 2007 年亮相 Red One Mysterium-X(4K@60fps),索尼在 2007 年才实现了内置 ADC,还是在小尺寸传感器下实现的,落后不是不是一丁半点,但凭借 Exmor 索尼拿到了进入 CIS 市场的“准入证书”,开始了小步快跑的追赶之路。
而日本另一家大型 CIS 制造商佳能长年徘徊在内置 ADC 的门槛之外,2015 年传感器销售额大跌 16% 毫不让人意外。
(Red One Mysterium-X 上的传感器)