三星 ISOCELL CMOS 将崛起，索尼 Exmor 必衰落？

月初我们关注了坐拥许久 CIS（CMOS 图像传感器）龙头宝座的索尼 Exmor 发家史，而千年老二，三星 ISOCELL 图像传感器的发展故事其实更励志。

曾跟索尼类似，以前的三星其实也是一家相机厂商 —— 早在胶片时代，当时三星旗下的「三星精密」（如今为韩华 Techwin）曾引入过日本美能达技术，生产过美能达 HI-MATIC S、HI-MATIC SD 等机型 —— 后面三星精密被韩华集团收购了，而日本美能达的相机和胶片业务被索尼收购，造就了如今索尼 α 系列相机。

胶卷时代的三星推出了多款紧凑型相机、单反，甚至在 1995 年收购了禄来，却因为后来的亚洲金融危机影响下，于 1999 年将禄来转手。而三星相机的数码之路其实早在 1993 年就开始了，与韩国科学技术院 KAIST 一起研发 CCD 传感器，并于 1996 年推出了首款数码相机 Kenox SSC-410N —— 这时的三星就已经开始图像传感器的研发之路。

后来三星推出了卡片形态的小型数码相机 Digimax 系列，并在 2005 年与宾得合作开发相机，并由三星提供 CCD 图像传感器，于 2006 年推出了三星首款数码单反相机 GX-1S；直至 2008 年完成与宾得合作的最后一款作品 GX-20 后，就转战无反相机的开发，直到 2010 年三星推出了 NX 系列，借 NX10 成为世界上第一款 APS-C 画幅的无反相机。

2012 年的 8 月份，三星推出了 Galaxy Camera 这款能上网、通话的 Android 相机；次年三星还在 APS-C 画幅无反相机上如法炮制了 Galaxy NX，同样支持 4G 网络的连接。

早就瞄准无反未来的三星于 2015 年推出了 NX500 后就此沉寂，于 2017 年正式宣布停止相机业务，三星相机自此成为历史。

在三星的相机时代里，三星也推出过多款富有代表性的 CMOS 传感器，特别是 2014 年三星推出了最旗舰的无反相机 NX1，用的是一块 2800 万像素的 APS-C 画幅的图像传感器 S5KVB2，在普遍 128nm 制程的时代用上了 65nm 的工艺制程，是世界上首款 APS-C 画幅的背照式 CMOS 传感器，进光量提升到了 30%。

▲ S5KVB2

三星的相机业务倒下了，但它的 CMOS 图像传感器（CIS）之路却从未放弃。

在最后一款相机 NX500 发布的第二年，即 2016 年三星就正式推出了 CMOS 图像传感器品牌 ISOCELL，至今已诞生 6 年 —— 所谓的 ISOCELL 其实是三星早在 2013 年就推出的一项技术，而这项技术贯穿了如今三星 CMOS 的产品线。

ISOCELL 可以看作是个复合词，ISO 取自「isolate 隔离 / 分离」一词，而 CELL 即细胞、蜂巢、小隔间的意思，形象地概括了 ISOCELL 这项技术基本的思路原理。

之前我们在「索尼 Exmor 图像传感器发家史」中就提到过 CMOS 图像传感器经历了从以前普通 FSI 前照式到 BSI 背照式的进化过程，BSI 背照式传感器将传统的 FSI 前照式传感器电路的线路移到光电二极管的背部，扫除了大部分光线的阻挡，直接提升 CMOS 表面的进光量（感光量）。

普通 BSI 背照式传感器确实能因为更大的进光量而提升暗光拍摄能力，却容易造成另一个问题，像素接收到过多光后容易「溢出」，影响到相邻的像素，直接影响最终的成像效果。

三星 ISOCELL 这项技术就是在传感器的像素之间形成了物理阻隔层（绝缘层），让像素形成单独的「cell 小隔间」，防止像素的光信号对隔壁像素的干扰，进而直接提升画面的纯净度。

三星 CMOS 图像传感器还没建立品牌名的 2014 年，三星 Galaxy S5 诞生了，虽说这可能是 Galaxy S 系列造型最受吐槽的一款机型，但背后这枚摄像头使用的传感器意义非凡。

它是三星自家的 S5K2P2，这是三星 ISOCELL 技术首次在智能手机落地，也是世界上首款相位对焦的移动图像传感器，三星的 Galaxy S 系列正式开启手机摄影时代，三星半导体开启了影响至今的 ISOCELL 时代。

三星的 ISOCELL 与索尼的 Exmor 成长路线不太相同，索尼可以说是乘着苹果 iPhone 4S 的东风开始打入移动平台，然后发力做大做强的；而三星更多的是先靠自家 Galaxy S / Note 旗舰系列让大家看到三星半导体在移动平台 CMOS 图像传感器的能力。

而同年后面的 Galaxy Note 4，2015 年的 Galaxy S6 系、Galaxy Note 5 用的继续是这枚 S5K2P2 传感器 —— 不过这几款机子还同时混用了对家索尼 IMX240 传感器；后面的 S7、S8、S9 等系列也是三星 ISOCELL、索尼 Exmor 双供应商策略，而且混用的型号双方技术、参数、性能都较为相似，很难不让人联想到三星半导体和索尼半导体二者在背地里是否有什么交易或者技术交流，一同推进行业的进步。

2016 年 Galaxy S7 上用的这颗 S5K2L1，是历史上首款搭载 Dual Pixel 技术的移动 CMOS 图像传感器，可以看作是相位对焦技术的进化版，一个像素含有两个独立的光电二极管，让传感器的所有像素点同时实现成像和对焦，大大提升了对焦速度 —— 前段时间介绍的 GN5 所用的就是这项技术的进阶版 Dual Pixel Pro。

2017 年，索尼在移动平台推出了 IMX400 这款含有 DRAM 芯片的堆栈式 CMOS；三星这边，直到 2018 年的 Galaxy S9 的 S5K2L3，才真正实现索尼一年前的集成 DRAM，实现超高速连拍和慢动作捕捉等，而这一代 S 系列继续混用了索尼的 IMX345 传感器。

同一年，即 2018 年，三星正式公布了与日本 Fujiflim 富士共同研发新的 CMOS 传感器技术，ISOCELL Plus —— 以往的 ISOCELL 技术里，像素之间的隔离用的是金属层作为网格，金属层会反射、吸收光线而造成了光损耗，ISOCELL Plus 技术则解决了光损耗问题，据说能提升 15% 的灵敏度，也因如此，采用这项技术的 CMOS 传感器能将像素做小，在有限的传感器尺寸内塞入更多的像素 —— 次年的 Galaxy S10 的 S5K2L4 传感器用的就是这项技术，而近几年三星的一亿像素 HMX、HM2、HM3 传感器用的也是这项技术。

2021 年，三星正式公布了全新 ISOCELL 技术，命名为 ISOCELL 2.0，在原本 ISOCELL 的基础上用新材料，融合了 ISOCELL Plus 降低光学折射损耗的能力，另外还在色彩滤镜之间新增了屏蔽层，进一步提升感光灵敏度 —— 如此一来甚至能做到不降低感光能力的前提下，进一步压缩传感器尺寸。

有趣的是 ISOCELL 2.0 这项技术于 GH1（S5KGH1）这款传感器首发，而这款传感器则是由 vivo S9 首发，搭载在前置摄像头上。

借助 ISOCELL 2.0 技术，三星已开启了 2 亿像素时代。

2021 年 9 月份，三星正式发布了全新的 HP1 图像传感器，是全球首款 2 亿像素的移动 CMOS 图像传感器，在 ISOCELL 2.0 技术的加持下，将 1/1.22 英寸型的 CMOS 单像素尺寸控制到了 0.64μm，甚至用上了 Tetrap Pixel 的 16 合 1 像素合成技术输出合成像素 2.56μm 的 1250 万像素图像 —— 直到今年年中摩托罗拉的 X30 Pro（海外名称 edge 30 Ultra）才正式首发量产这块芯片。

三星今年推出的第二款 2 亿像素的 HP3 传感器将单像素尺寸压缩到 0.64μm，传感器尺寸类型也压到 1/1.4 英寸，不过搭载这款传感器的量产机暂时还没有落地。

如今索尼的 Exmor 系列传感器依旧是行业的龙头没错，2021 年的市场份额达 45%，常年老二的三星 ISOCELL 虽然只有 26%，但三星从 ISOCELL 到 ISOCELL Plus，再到如今 ISOCELL 2.0 技术一路走来技术的进步可谓亮眼，特别是近几年借 ISOCELL Plus 和 ISOCELL 2.0 推出过不少高素质的旗舰传感器，也有过一些综合产品力较高的主流和入门产品。不久后的未来，三星的 ISOCELL 是有一定的可能性超越索尼的 Exmor，成为如今 CMOS 图像传感器龙头的。

毕竟三星在半导体的优势不可忽略，前段时间甚至有消息称三星将会让出部分 DRAM 晶圆产线以支持 CMOS 图像传感器的生产，争取在 2025 年做到第一的水平；再加上价格优势，三星其实已经从索尼这边抢走了不少订单，而未来索尼会以何种姿态应对呢？值得我们拭目以待。