影像是全人類的旺盛需求，我們的生活被手機攝像頭徹底改變了。極具活力的中國市場引領了手機攝像技術的發(fā)展。
表達門檻大大下降。一張圖片一個視頻勝過千言萬語，一鍵即可分享。2012年4月19日，微信4.0版本推出了朋友圈功能。
這個世界真的有魔鏡。智能手機廠家在攝像頭上找到了讓年輕人追捧的”財富密碼“。
后攝從雙攝向多攝迅速，實現(xiàn)暗光（夜景）+防抖+廣角+HDR+虛化+長焦+變焦+微距+3D深度相機等多種組合功能，還能實現(xiàn)光學變焦和和景深拍攝等。用于自拍的前攝也有雙攝了！
借助AI技術，美白瘦臉大眼瘦身長腿，大老爺們甚至可以變裝為女人，也實現(xiàn)了智能場景拍攝和不知真假的“P月”。
圖注：小視頻里，阿純通過AI成為小美女
掃碼支付實現(xiàn)了“無紙支付”，普及到了即使最偏遠的鄉(xiāng)間。我的錢包比臉還干凈，再找不到破開十元/百元后拿回一堆零鈔的快感了。
人類歷史上第一次有了通過手機直播的戰(zhàn)爭，影響了老百姓，反過來對戰(zhàn)爭又有影響。
今天講述的CMOS圖像傳感器（簡稱CIS）芯片便是手機攝像頭成像技術的核心。
圖注：一顆CIS芯片
圖注：手機攝像頭模組CCM (Camera Compact Module)結構(OPPO)
圖注：iPhone 14 Pro Max的攝像頭模組 (源:PBK REVIEWS)
值得驕傲的是，CIS誕生和發(fā)展的三十多年里，來自中國的科技工作者們前赴后繼，做出了最為關鍵的貢獻。這是一個很長的故事，里面有矢志不渝的堅守，有精誠合作的團隊，有驚心動魄的瞬間，也有千載難逢的機緣。
故事發(fā)生在愛丁堡大學（1987-95年，東大訪問學者王國裕和陸明瑩伉儷為最關鍵研發(fā)人員，VVL為意法ST收購），在硅谷（1995年，上交大55屆洪筱英創(chuàng)辦豪威科技(Omnivision)，一些清華留學生合伙創(chuàng)業(yè)，為韋爾收購），在西安（1995年，王國裕歸國創(chuàng)業(yè)，努力至今），在上海（格科微GalaxyCore趙立新、思特威SmartSens徐辰、芯視達CISTA杜崢等創(chuàng)業(yè)者們）......
CIS是一顆可以在中國大陸獨立發(fā)展的芯片，因為都是基于成熟制程(區(qū)別于先進制程)。2020年，國際分析機Yole曾指出，中國大陸或有希望首先在CIS領域實現(xiàn)技術獨立。2021年，Yole繼續(xù)指出：China becomes an image sensor land。
如果按數(shù)量計算，中國大陸已經(jīng)排名第一。2020年，全球生產了70億顆CIS，，七成用于手機。2021年出貨13.億支智能手機，每支配多個攝像頭，大家調侃為“浴霸、蓮蓬頭、花灑、蜂窩煤、麻將牌”，還怕有“密集恐怖癥”，連兒童手表也沒被攝像頭放過。
圖注：網(wǎng)友調侃攝像頭是麻將牌
傳統(tǒng)光學巨頭和中國手機廠家合作。徠卡先后和華為、小米（首推上億像素）合作，OPPO旗下一加攜手哈蘇，蔡司從與諾基亞合作轉向和VIVO合作。他們主要是調校系統(tǒng)。
2020年，CIS市場總金額為207億美元，2021年為213億美元。
圖注: CIS份額（按金額算）（源：YOLE)
全文1.4萬字，長文慎入。
第一章、膠片相機從繁榮到?jīng)]落
肖像畫歷史久遠，畫工毛延壽故意不畫出王昭君之美。
1839年8月19日法國畫家路易·達蓋爾發(fā)明了世界上第一臺真正的照相機。清末，照相機進入了中國大地。
80年代，我們兄弟倆還在讀小學時，父親任教的九都山學校組織看岳陽樓，這是我們第一次出遠門，感受這“浩浩蕩蕩，橫無際涯“。有位小戴老師有相機（海鷗或鳳凰），還會暗室沖洗照片。少年的我甚是羨慕，也夢想有個相機，但不知道“何年何月能得償所望”（星爺鹿鼎記臺詞）。
上世紀末參加工作后，我夢想成真，買過國貨，也買過奧林巴斯。不過，膠卷相機的沒落也進入了倒計時，有道是：夕陽無限好，只是近黃昏。2003年的最高峰，全球賣出了近十億個膠卷，從此開始走下坡路，直到歸于塵埃。
如今，富士膠卷奇跡般成功地轉型醫(yī)療材料廠家，柯達膠卷在 2012 年申請破產重組，在新冠疫情中傳說獲得美國政府貸款進入制藥行業(yè)。柯達居然還是第一個發(fā)明數(shù)碼相機的廠家，令人不勝唏噓。
可以馬上出照片的“立拍得”還有一些市場，但因為照片品質不高，也就和玩具無異了。
第二章：美國發(fā)明CCD和數(shù)碼相機，日本發(fā)揚光大
1、貝爾實驗室發(fā)明CCD，獲得諾貝爾獎
1948年，貝爾實驗室(現(xiàn)Nokia Bell Labs)發(fā)明了晶體管。1954年，東通工（索尼前身）學習到該技術，并在收音機上發(fā)揚光大。這樣的故事在CCD上重演了。
1969年，貝爾實驗室里發(fā)明了電荷耦合元件（Charge-coupled Device，簡稱 CCD）的發(fā)明。CCD作為半導體固態(tài)圖像傳感器，是將“光”的信息轉換成“電”的信息的魔術師，實現(xiàn)了用電子捕獲光線（光可被電子化捕捉）。兩位美國科學家Willard S. Boyle和George E. Smith獲得了2009年度的諾貝爾物理學獎。
圖注：戴輝于諾基亞貝爾實驗室拍攝的原始CCD芯片
2、美國柯達率先做出數(shù)碼相機
1973年，美國硅谷的Fairchild（仙童科技）制成了商用CCD圖像傳感器，標志著CCD從實驗室走向市場，進入了實用階段。
圖注： 美國仙童科技第一枚商用CCD（1萬像素）
1975 年，柯達公司的工程師史蒂文·塞尚（Steven Sasson）使用上述仙童公司（Fairchild）的CCD 元件以及柯達零件倉中的零件，制造了一個 8 磅重的設備，而該設備可提供 1萬像素的黑白圖像。這是第一部數(shù)碼相機，取代了只能使用傳統(tǒng)底片攝影的功能，開啟了影像產品的數(shù)字時代。遺憾的是，柯達擔心新技術會顛覆其強大的膠卷產業(yè)，技術跟進不力。手握著一把好牌，打沒了。
圖注：柯達發(fā)明數(shù)碼相機
3、日本投入巨大，發(fā)揚光大
1973年，索尼的越智成之實現(xiàn)用64像素畫了一個粗糙的“S”。曾任索尼的美國分社長、時任索尼公司副社長兼索尼中央研究所的所長巖間慧眼識英雄。1973年11月，CCD立項，成立了以越智為中心的開發(fā)團隊。巨大投入之后，1978年3月制造出了支持11萬像素的芯片。1981年，索尼推出了馬維卡（MAVICA）相機，它成為全球第一臺向市場發(fā)布的數(shù)碼相機，其傳感器的像素達到28萬左右。1985年1月，索尼誕生了第一臺CCD便攜式攝像機M8，這是當時世界上重量最輕的只錄攝像機，重量不到1KG。真是漫漫長途啊！
日本的各大公司把握技術革新的時機，占領了數(shù)碼相機市場，創(chuàng)造出各種品牌數(shù)碼相機和攝影機。
CCD的生產工藝復雜，只有索尼、富士、柯達、飛利浦、松下和夏普６家廠商可以批量生產，基本上都在日本。索尼累計生產量超越1億片以上，以50％的市場占有率成為領導廠商。這個數(shù)字在當年很了不起，因為數(shù)碼相機的普及率并不高。
4、數(shù)碼相機和DV從繁華到?jīng)]落
進入新世紀后，數(shù)碼相機浪潮興起了。我在2001年首次使用奧林巴斯數(shù)碼相機。之后購入了索尼Cybershot，甚至還有了一幅獲獎攝影作品。
2009年之前，先后購入日本JVC的DV（磁帶存儲）、韓國三星DV（光盤存儲）及佳能單反，本準備大展宏圖拍點傳世佳作，沒承想這卻成了最后的瘋狂。
技術的劇烈變革真是觸目驚心。2017年10月，尼康位于無錫的數(shù)碼相機工廠宣布關閉；2018年5月，奧林巴斯深圳工廠關閉；2022年1月，佳能位于珠海的相機工廠關閉。
值得一提的是，光學巨頭奧林巴斯業(yè)務目前的八成收入來自醫(yī)療設備（內窺鏡），瘦死的駱駝比馬大。
現(xiàn)在的智能手機，拍照和拍視頻很方便，下至幼童上至花甲老人，都玩得很溜。我的DV和單反就一直在床底下蒙塵了，直到再也無法開機。
換個角度來看，被智能手機碾壓了的電子產品又何止只有它們？輝煌數(shù)十載的日本消費電子品牌們從此沒落。
第三章：愛丁堡單片CIS開創(chuàng)了新時代，中國學者伉儷是主要設計者
1、為什么要發(fā)展CMOS技術
CMOS（互補金屬氧化物半導體Complementary Metal Oxide Semiconductor）目前是世界上最主流的芯片技術路線，CPU、GPU、手機處理器等都廣泛采用這個工藝。CMOS工藝跟隨著摩爾定律發(fā)展，集成度越來越高（如7納米、5納米），功耗也越來越低，也可做模數(shù)混合。
單片集成是CMOS圖像傳感器最牛逼的地方。圖像傳感與圖像采集、模數(shù)轉換、信號處理等后續(xù)功能集成實現(xiàn)在單顆芯片上（片上系統(tǒng)SoC），因此數(shù)碼鏡頭可以做得體積小、功耗低、成像快、價格便宜。上億像素的手機已經(jīng)比比皆是，最近看到居然有兩億像素了。
圖注：CCD則輸出模擬信號供后續(xù)處理，CMOS傳感器可直接輸出處理后的數(shù)據(jù)（源：COVENTOR）
圖注：CMOS圖像傳感器單片集成電路（ASIC）示意圖
隨著機器視覺系統(tǒng)從傳統(tǒng)板級式向小型智能系統(tǒng)的發(fā)展，CMOS圖像傳感器（簡稱CIS）替代了CCD成了最后的大贏家。
早在2006年，曾在索尼從事研發(fā)工作的米本和也在所著《CCD／CMOS圖像傳感器基礎與應用》一書的引言中寫得很清楚：到 90 年代初，CCD 技術已比較成熟，得到非常廣泛的應用。但是隨著 CCD 應用范圍的擴大，其缺點逐漸暴露出來。首先，CCD 技術芯片技術工藝復雜，不能與標準工藝兼容。其次，CCD 技術芯片需要的功耗大，因此 CCD 技術芯片價格昂貴且使用不便。目前，最引人注目，最有發(fā)展?jié)摿Φ氖遣捎脴藴实腃MOS技術來生產圖像傳感器，即 CMOS 圖像傳感器。CMOS 圖像傳感器芯片采用了 CMOS 工藝，可將圖像采集單元和信號處理單元集成到同一塊芯片上。由于具有上述特點，它適合大規(guī)模批量生產，適用于要求小尺寸、低價格、攝像質量無過高要求的應用，如保安用小型和微型相機、手機、計算機網(wǎng)絡視頻會議系統(tǒng)、無線手持式視頻會議系統(tǒng)、條形碼掃描器、傳真機、玩具、生物顯微計數(shù)、某些車用攝像系統(tǒng)等大量商用領域。20 世紀 80 年代，英國愛丁堡大學成功地制造出了世界上第一塊單片 CMOS 圖像傳感器件（備注：ASIC IMAGE SENSOR）。目前，CMOS 圖像傳感器正在得到廣泛的應用，具有很強的市場競爭力和廣闊的發(fā)展前景。
圖注：圖像傳感發(fā)展歷程中1990年愛丁堡單片ASIC是關鍵轉折
從CCD圖像傳感器到CMOS圖像傳感器（CIS）的關鍵一跳感覺好像不遠，但其實并不容易，正如那金沙江（長江上游）的虎跳峽。我曾在那里徒步幾日，若不小心，就可能掉下懸崖。
2、愛丁堡大學開辟CIS新時代，榮獲蘭克獎
20世紀80年代末，數(shù)碼相機高達數(shù)千美元一臺，日本電子業(yè)雄霸天下。歐美想逆襲，唯有圖謀“彎道超車”。
1989 年，英國愛丁堡大學的Peter Denyer教授、David Renshaw博士，和當時在愛丁堡大學做科研的王國裕和陸明瑩聯(lián)袂發(fā)表了一篇論文，報道了CMOS 圖像傳感器（CIS）的工作。1990年底，芯片流片成功，隨后成功演示了世界上第一臺單芯片 CMOS 攝像機，從此開創(chuàng)了一個新世界。
圖注：愛丁堡大學網(wǎng)（css.eng.ed.ac.uk/history）
愛丁堡大學之后，才有了后來美國、日本、中國跟進的研究和產業(yè)行為。
2008年2月4日舉行的蘭克獎（Rank Prize）頒獎儀式上，四位科研人員因為CMOS圖像傳感器上的重大貢獻而獲此殊榮。
圖注：左二王國裕、左三、陸明瑩、右三Peter Denyer、右二David Renshaw
The Rank Prize是面向世界的光電子和生命科學領域的頂級的科學獎，雜交水稻之父袁隆平和光纖通信之父高錕先生曾獲得。
3、王國裕和陸明瑩的國內學習和工作生涯
科技老兵戴輝輾轉聯(lián)系上了王國裕教授，了解到了一個LONG STORY，請聽我細細講起。
王國裕于77年冬天恢復高考后以優(yōu)異成績從泰州（當時還屬于揚州）考入東南大學（注：1988年以前名為南京工學院）電子工程系半導體與集成電路設計與制造專業(yè)（63771班），他的嫡親兄長于WG前考上了清華大學電機系。陸明瑩于南京同期考入，她的父親是畢業(yè)于原民國中央大學和密歇根大學的陸鐘祚教授，抗戰(zhàn)期間，陸鐘祚研制并生產的3000瓦歸航機和參與研制并生產的400瓦地－空對講機均成功地用于中國空軍的對日作戰(zhàn)。
出生于同年同月（1954年5月）的他們入學時已然24歲了，兩人因成績并駕齊驅而”惺惺相惜“，發(fā)展出”地下戀情“。1982年畢業(yè)之后，王國裕以優(yōu)異成績考上了清華大學微電子所的研究生，陸明瑩則在東大繼續(xù)讀研。期間在陸家舉行了簡單的婚禮，證婚人是錢鐘韓（錢鐘書堂兄弟）。
84年，雙雙在東大任青年教師。緊隨世界潮流，他們是國內最早一批使用EDA進行集成電路正向設計仿真和推廣的科研工作者，王國裕還應邀赴908項目之無錫華晶集團做學術報告。1988年，東南大學出版社出版了他們所著的《SPICE-II通用電路分析程序使用方法及其應用》，這是國內第一部系統(tǒng)介紹EDA應用的書籍，影響了一代芯片設計人。
改革開放后，中國半導體科研界一步到位和國際接軌。王國裕在東大的本科畢業(yè)設計就是一顆成功工作的小規(guī)模集成電路。研究生就讀的清華大學微電子學研究所里有一條集成電路工藝線。王國裕采用SPICE進行正向設計和仿真，并流片得到了運算放大器樣品，將“紙上談兵”變成了完整的實踐，后來發(fā)表了論文《MOS模擬集成電路的噪聲分析和低噪聲設計》，老師則有南德恒、李志堅、楊之廉等教授。
特別值得一提的是，王國裕在東大和清華，還有特別威水的地方，那就是各創(chuàng)立了一支管弦樂隊，并擔任指揮。
插敘一下，科技老兵戴輝曾經(jīng)也是文藝積極分子，在中山大學擔任研究生藝術團團長（兼跑龍?zhí)祝€去華南理工演出過。
4、中國伉儷加盟愛丁堡團隊，選擇CIS方向奮斗
在教育部“中英獎學金計劃”安排下，王國裕得以在87年11月作為東大訪問學者來到了愛丁堡大學。加盟的團隊有兩位學術領頭人，大老板Peter Denyer教授和二老板David Renshaw博士。訪問學者沒有什么具體任務，比較自由。王國裕把所有課題捋了一遍，選擇了CMOS 圖像傳感器件的項目。這是一個探索性的課題，做過一些零星的研究，但尚未有任何進展和結論。據(jù)說日立嘗試用CMOS工藝來做但未能做不出來，以至于有一種結論是CMOS工藝不適合做成像器件，必須采用CCD工藝來做。王國裕接手后，一個一個問題進行分析和實驗，感覺有希望突破，這讓大家都興奮不已。1989年，陸明瑩作為東大訪問學者也來到了這里。
這個芯片極具挑戰(zhàn)性，設計過程是千難萬難，團隊四個人三天兩頭在一起討論。四個人是天作之合，再難的問題通過討論總有解決方案。這樣的組合和互補作用工作起來特別順暢，是一次難得的團隊協(xié)作。大老板掛帥，經(jīng)常提出有見地的意見，在需要權衡取舍的時候，往往是他一錘定音。二老板是黏合劑和預備隊。在設計曝光控制電路時，一度曾卡住，王國裕和二老板苦思冥想數(shù)日，一天早晨不約而同地提出解決方案，思路居然一致，所畫的電路草圖也雷同，真有點不可思議，那天大家都異常興奮，喜悅難以言表。王國裕是芯片主設計，承擔了芯片主要部分如成像陣列和片上放大器的設計，提高放大性能是最關鍵的任務。王國裕有著特殊的藝術感覺和嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，在東大打下的堅實基礎和在清華使用SPICE的經(jīng)驗，都起了很大的作用。數(shù)字控制和全電視信號產生部分則是陸明瑩完成的，她在算法方面有豐富經(jīng)驗，之前設計電子琴芯片的經(jīng)驗和技巧也派上了大用場。
圖注：陸明瑩在愛丁堡實驗室的工作場景
5、驚心動魄的“搭橋手術”
王國裕回憶了這個故事。
“90年底是一個寒冷的冬季，第一個芯片終于流片回來了，初步測試一下居然沒有任何反應，手掌對著芯片移動，輸出波形卻紋絲不動，就是說這顆芯片是死的。
”對于大家熱切的期望，這無疑是當頭一盆涼水，我把自己關在一個房間思考，終于想出來一個地方可能錯了，某一信號可能反了。趕快打開工作站，找到這一部分版圖檢查，果然是也。問題找到了，怎樣解決呢，總不至于再去流一次片吧，可否在芯片上修復？我們聯(lián)想到劍橋大學也許可以做這件事。東大的同學崔錚博士當時在劍橋大學做訪問學者，幾個月前我們去看望他時閑聊到他們有一個新設備，可以做微小尺寸的割斷和搭橋，當時并未在意，此刻在這個特殊情況下突然想起來，這是唯一的快速修復芯片錯誤的辦法。當即聯(lián)系崔錚，立即趕往劍橋，在火車上構思了割斷和搭橋的方案，當時并沒有成功案例可供參考，他們實驗室之前沒有做過這樣的事情。他們很協(xié)助、很幫忙，先割斷錯誤的電路連接，再搭橋實施正確的邏輯功能，相當于對芯片做了一次“搭橋手術”。做完后在現(xiàn)場用示波器做了初步測試，那個波形隨著手掌的移動又跳舞了，說明芯片“活”了。暴風雪中，我坐出租車下半夜回到愛丁堡，稍事休息，天亮便去學校。后面的測試便順風順水，一氣呵成，芯片測試板終于調出了清晰的視頻圖像，在顯示器終端上實時播放，這就構成了最初的CMOS成像演示系統(tǒng)。
“就這樣，在這個寒冬，愛丁堡大學研究成功了黑白CMOS單片圖像傳感器，為256X256（約5萬）像素，這是全球首創(chuàng)，引發(fā)了熱切關注，到實驗室來觀看實驗的人絡繹不絕。”
”
6、引發(fā)科研界與媒體劇烈反響
在巴黎舉行的歐洲學術會議Euro ASIC 91上，作為主設計師的年輕的中國學者王國裕上臺做了學術報告，首次報告了愛丁堡大學的重大技術突破：世界上第一個成功的單片CIS芯片，引起了代表們極大關注，該芯片榮獲了這個會議的“最佳電路獎”。
圖注：第一顆CIS芯片、91年度的”最佳電路獎“、媒體報道
媒體期待未來有20英鎊的數(shù)碼照相機，并認為會沖擊日本電子產品，沒想到”一語成讖“。有關創(chuàng)新被后來所有的CMOS攝像芯片沿用和不斷更新，并申請了國際專利：“Solid State Image Device”。
無獨有偶，王國裕1991年9月撰寫的另一篇論文《芯片自動曝光控制技術》獲歐洲集成電路年會（ESSCIRC 91）授予的“最佳論文獎”。一個國際學術會議一般只評選一篇獲獎論文，他們的論文連續(xù)兩次獲獎，說明了當時學術界的高度評價。自動曝光控制對CMOS成像芯片的廣泛應用非常重要，是必須具備的一個功能，是他們首次實現(xiàn)并報告的，其技術上的實現(xiàn)亦有新意，把數(shù)字掃描與控制算法巧妙地結合起來，這個算法帶動了后來的一系列控制功能的開發(fā)，如“白平衡”…. 最終我們看到了現(xiàn)在手機照相那么簡便，有很多的編輯功能供用戶選用。
7、英國VVL公司大發(fā)展，中國人為核心研發(fā)人員
1990 年，在大學和風險投資的支持下，愛丁堡大學成立了大學衍生公司 VLSI Vision (VVL)，以銷售單芯片攝像機設備并開發(fā)基于該技術的一系列新型成像設備。
王國裕擔任了VVL公司的VLSI設計部經(jīng)理，1990-1994年間在英國共主持設計成功了8個攝像芯片。1993年3月，設計研發(fā)的“單片COMS攝像器件”獲蘇格蘭政府授予的“蘇格蘭政府獎”，這是一顆彩色CMOS芯片（單片集成電路）。
為尋求晶圓廠代工伙伴的支持，他前往臺積電歐洲總部進行匯報。之后臺積電啟動了CIS項目。
東南大學校長韋鈺訪問了愛丁堡大學，和他們親切交流。韋鈺的導師就是陸鐘祚教授。韋校長平易近人，94年我們班拍畢業(yè)照時，她已升任教育部副部長。我們系是她創(chuàng)辦的，因此沾光，我們班畢業(yè)拍照時，她坐一排正中。
VVL成功上市，并于1998年為意法半導體（ST Microelectronics）所收購，成立了該公司的新成像部門，以應對新興的手機攝像頭大眾市場。
8、后注：CMOS成為主流的硅基芯片工藝的過程中，有挺多故事
1976年，中國臺灣工研院與美國RCA公司簽訂《CMOS集成電路技術移轉授權合約》，第一塊芯片是電子表芯片，從此開始了中國臺灣的芯片事業(yè)，以至于今天到達世界之巔。1981年，IBM定義PC規(guī)格采用的INTEL8086就是用CMOS工藝。1982年 IBM的“Cheetah”原本計劃使用Bipolar ECL（邏輯發(fā)射極耦合邏輯電路emitter coupled logic）工藝 ，在1984年采用了CMOS技術，IBM的POWER CPU系列也大發(fā)展。2006年底，銳迪科微電子推出采用中芯國際 RF CMOS 工藝的FM收音機集成芯片，模數(shù)混合，火爆一時，一度成山寨GSM手機標配。2013-14年，卓勝微用臺積電的RF-CMOS工藝做GPS低噪放，也是從山寨機起家。ODM公司（如華勤）可以帶動很多國產小芯片的驗證應用。
第四章、硅谷豪威受愛丁堡影響而創(chuàng)商業(yè)奇跡
1、豪威以愛丁堡的VVL公司為榜樣建立，目標市場是“電腦眼”
1995年的硅谷，一片欣欣向榮。
移動互聯(lián)網(wǎng)興起，PC產業(yè)迎來了高速發(fā)展的偉大動力。1992年，美國總統(tǒng)候選人比爾·克林頓提出建設信息高速公路，1993年它成為美國政府的建設計劃。1995年，中國CERNET（中國教育科研網(wǎng)開通），我們作為最早的中國網(wǎng)民，在中大的實驗室里用惠普PC興奮地上網(wǎng)沖浪，不小心連上了PLAYBOY。九十年代，以兼容PC為核心的電子產業(yè)快速發(fā)展，電腦城”攢機“是很多人共同的經(jīng)歷，來自中國臺灣的主板很有名。
美國硅谷和中國臺灣都涌現(xiàn)出了華人芯片創(chuàng)業(yè)潮。英偉達成立于93年做PC顯卡，MARVELL成立于95年，做硬盤控制芯片。世界十大設計企業(yè)之四的聯(lián)發(fā)科（MediaTek）、聯(lián)詠（Novatek）、瑞昱（Realtek）和奇景（Himax）也都是依賴中國臺灣的PC相關產業(yè)起家的。
洪筱英（上交大55屆）和吳日正（畢業(yè)自中國臺灣中原大學）從80年開始就是摩托羅拉芯片業(yè)務（飛思卡爾）的好同事。Raymond Wu要小17歲，一直稱Shaw Hong為“老板”。有一個說法是：兩人相處的時間大概比許多夫妻在一起的時間都長。
圖注：低調洪筱英在網(wǎng)上唯一的照片
95年，兩人結束了第一家聯(lián)手創(chuàng)辦的計算機應用芯片組公司HK Technology。創(chuàng)業(yè)未成功，但他們并未喪氣，在思索著下一步，要能看到三五年之后的趨勢。此時無論是CPU（中央處理器）、存儲器，甚至是計算機周邊產品都在飛速地進步，若計算機是一個“人”，那么“他”已是四肢健全，頭腦靈敏，但獨缺眼睛，它看不到外面的東西。沒錯，技術高、成本低的影像感應器單晶片便成了豪威要走的路，要讓產品有好的“眼睛”。創(chuàng)辦豪威時，最被質疑的是：“市場在那里？”而他們的答案總是：“我們要創(chuàng)造市場（create market），而不是替代日系的CCD市場（replace market）。”
OmniVision豪威起家的股東就來自中國臺灣，陳大同介紹過這個故事：“入伙”之后，另一個Co-Founder，中國臺灣來美的 Raymond Wu（注：吳日正），悄悄向俺吐露了一個驚天秘密：公司的啟動資金是他“連蒙帶騙”來的！當時，全世界只有一家英國創(chuàng)業(yè)公司（VVL）在研發(fā)CIS。Raymond神通廣大，不知從哪兒拿到了他們的工程樣品，然后擦去公司印記， 就冒充成了俺們OV公司的“研發(fā)樣品”。這種“樣品” 當然不敢在硅谷露面，于是，Raymond帶著它回到臺灣， 四處演示。最終，通過一個大學同學，認識了和成陶瓷 HCG（衛(wèi)生陶瓷廠商）邱家的二少東，Stanley Chui。估計 人家也是馬桶做膩了，在Raymond的鼓動下，想玩玩高科技，于是投資200萬美元，成立了OmniVision。得知真相， 俺驚出一身冷汗，這上的是哪一條“賊船”呀！但上船容易下船難，還得硬著頭皮往下干。來自中國臺灣的富鑫、和通等科技創(chuàng)投基金、電腦品牌廠宏碁也陸續(xù)投資了豪威。華虹也進行了投資。
2、中國留美學生們一起努力奮斗
豪威的工程師團隊里面80%是華人，華人里面80%是留學生，團隊創(chuàng)造性極強，干活非常玩命。清華大學微電子所畢業(yè)生陳大同作為聯(lián)合創(chuàng)始人加盟了這家公司，還有何新平、劉軍、楊洪利、董其等清華人加入。東大系留學生杜崢等人也加入了。第一件事情就是看論文。
單記章回憶：印象最深的就是在最后測試代碼的時候，公司創(chuàng)始人洪筱英先生就坐在我的身后，緊緊盯著電腦的屏幕，洪先生50多歲開始創(chuàng)業(yè)，跟我現(xiàn)在創(chuàng)業(yè)（注：黑芝麻）時的歲數(shù)相當，身上的壓力很大，但我無暇感到緊張，因為一旦開始做事，就會全神投入，最后看到結果順利，洪先生才終于松了一口氣。
96年開始，全球有二三十家公司進入這個領域，不乏世界級芯片巨頭。
1997年，豪威推出首顆芯片（ASIC)，并開始用于電腦眼。
豪威科技成立5年后，盡管一直虧損，但還是于2000年登陸納斯達克，這就是美國資本市場的魅力。
圖注：作者戴輝于豪威LOGO前
3、2001年，京瓷采用OV6630
2001年，日本京瓷的手機照相機附件”the Treva“上，豪威OV6630 CIF芯片得到了應用，11萬像素。隨后，OV6630也進入了京瓷照相手機。
圖注：照相機附件連接手機使用并存儲在手機里
2002年，豪威來到中國大陸，到上海松江建立模組廠，潔凈車間是食堂改造的，測試則是依靠人工。生產的模組最早是提供給摩托羅拉手機使用。
4、2009年，豪威進入蘋果，圖片質量接近數(shù)碼相機
從2007年喬布斯發(fā)布智能手機（采用美光2百萬像素CIS）開始，蘋果就舉行年度攝影比賽。
2009年發(fā)布的iPhone 3GS采用 豪威的320萬像素CIS，還有一個可以自動聚焦的鏡頭。手機可以拍視頻啦，每秒30幀，VGA分辨率（640-by-480 resolution）。
2009年，豪威和臺積電合作的BSI（背面照度技術）制程產品成功量產，2010年獲得了iPhone 4采用。當年發(fā)布的iPhone 4（采用豪威500萬像素CIS）的畫質相當讓人感到滿意。記得深南大路上的一溜公交車站廣告牌都是美輪美奐的大幅照片，下面寫著：“Shot on iPhone”。還加入了前置攝像頭，啟用FaceTime視頻通話功能，這是一個蘋果自己的解決方案，而不是當時的3G視頻通話標準。
圖注：iPhone 4的顯示和照相都不錯
iPhone 4是一代神機，很多水客從香港帶貨到深圳。
豪威也一度最高拿下全球50％＋的份額，索尼僅7％。豪威也一躍成為了臺積電前十大客戶之一。
5、索尼和三星受刺激而異軍突起
CMOS的大火，讓索尼覺得死守CCD肯定不行了，于是也在CMOS芯片加大投入， 并進入蘋果，應用在iPhone 4s上，從此索尼崛起。索尼最后使用CCD的消費電子產品是2010年推出的A390數(shù)碼單反。索尼在2017年3月前逐漸停產CCD傳感器，最后一次發(fā)貨時間為2020年。索尼將全部精力投入到CMOS圖像傳感器研發(fā)當中，退居幕后成為CMOS圖像傳感器芯片巨頭，以至于每年的絕大部分利潤皆來自這里。
三星憑借其手機和芯片制造的強大實力，其CIS也隨后迅速發(fā)展了起來。
第五章、1995年，王國裕歸國創(chuàng)業(yè)至今
花開兩朵，各表一枝。
1、王國裕來到西安創(chuàng)業(yè)做CIS，歸國創(chuàng)業(yè)先鋒
1995年初，王國裕歸國來到西安交通大學任教授，同時擔任西安開元微電子科技有限公司總經(jīng)理，董事長則由開元集團派任。他很可能是改革開放之后，最早從海外歸國創(chuàng)業(yè)設計芯片的人。
差不多時候歸國的魏少軍是王國裕在微電子所的同學，碩士畢業(yè)后于85年赴比利時從事芯片設計與科研。95年10月歸國加入電信科學技術研究院創(chuàng)立集成電路中心，從研發(fā)SIM卡出發(fā)，后成為大唐微電子。魏少軍目前是清華大學微電子所所長。
1997年，王國裕領銜開發(fā)出512X512 彩色CMOS圖像傳感器，這個進度和英國VVL同步，早于硅谷豪威。作為中國大陸第一個單片CIS，里程碑貢獻記錄進入了中國集成電路編年史。
百度百科介紹，王國裕開發(fā)了國內第一個單片CMOS攝像芯片、國際上第一個高分辨率CMOS攝像芯片（40萬像素）、國內第一個同時帶有全電視信號輸出和數(shù)字信號輸出的單片CMOS攝像芯片、國內第一個單片CMOS彩色攝像芯片。并以單片CMOS攝像芯片為核心，開發(fā)出國內第一個微型攝像頭（曾在公交車上大量使用）和國內第一個電腦眼。
2000年，王國裕遇到了無法逾越的門檻。原有的計算機工作站和“指南針”EDA軟件由于2000年“時間窗”的問題都不能正常工作了。此外，隨著集成電路工藝不斷進展，美國公司的幾個主流EDA軟件已經(jīng)脫穎而出，原有的“指南針”EDA已經(jīng)落后。更新這些軟硬件需要數(shù)千萬元。上海華虹（時任電子部部長胡啟立兼任華虹集團董事長）愿接盤，但和母公司開元集團沒有談攏。因研發(fā)難以為繼，王國裕不得不辭去開元微電子總經(jīng)理職務，專心西安交通大學的教學工作，為中國芯片事業(yè)培養(yǎng)學生。“開元”作為知名芯片品牌也后繼有人，西交大校友賈斌創(chuàng)立了開元通信研發(fā)濾波器等射頻器件。
當年中國尚沒有對集成電路進行大額風險投資的基金，而芯片又很燒錢，因此這樣的結局現(xiàn)在看來是難以避免的。
2、國家成立7個集成電路設計產業(yè)化基地
在王國裕等先行之士的大力呼吁下，2001年12月29日科技部批準在上海、北京、西安、無錫、成都、杭州、深圳7個城市批準了國家集成電路設計產業(yè)化基地。各基地建立具有一定基礎的IC設計技術服務平臺，包括EDA工具、MPW流片、IP開發(fā)和復用、測試驗證、SoC設計服務、人才培養(yǎng)、創(chuàng)新應用推廣等服務。
我聽過這段故事。深圳基地首任主任張克科（武大人）回憶：深圳是最晚批復但最先推出全方位服務的基地。深圳基地和當年技術領先的香港科技園聯(lián)系，簽署了7（個基地）+1（香港）的戰(zhàn)略合作協(xié)議，周斌（東大）從深圳最早的獨立芯片企業(yè)國微調出來服務諸多設計企業(yè)。
3、重新出發(fā)做音視頻芯片，努力至今
就是在2003年，陸明瑩和王國裕自行出資創(chuàng)立西安西芯微電子有限公司，再次出發(fā)，研發(fā)DAB/DMB+多媒體音視頻芯片，06-07年曾大量英國電商Argos銷售，成為“一代拳王”（爆品）。
圖注：曾大量在英國電商Argos銷售的DAB收音機
2004年，他們一同來到重慶郵電大學，專注于芯片設計方法研究和創(chuàng)新技術。又是”十年磨一劍”，他們探索了一種全新的數(shù)字系統(tǒng)芯片設計方法，開發(fā)了又一重大原創(chuàng)基礎性技術，在世界上首次提出并定義DMB+。這個成果具備原始創(chuàng)新、核心技術、核心芯片和市場應用前景等諸多產業(yè)要素，技術已成熟，亦已有成功示范應用，正在和合作方一起做相關行業(yè)的規(guī)模推廣。他一直在努力。
第六章、2003年格科微創(chuàng)立，因山寨機而火爆
本世紀初，因為國家鼓勵芯片設計行業(yè)的發(fā)展，有了一個海外歸國創(chuàng)業(yè)的小高潮。
1、趙立新從硅谷歸國，”忽悠“中學同學投資
趙立新是我所讀的南縣一中學長，黃慈和、熊有廉是我們共同的老師。南縣是小地方，人和人之間沾親帶故，算起來我們還是遠房親戚。1990年，我填寫大學志愿的時候，專程向他請教，當時他正在他父親的作坊里干活打暑期工。也正是在那一年，他從清華本科畢業(yè)后進入本校微電子所讀研究生，比王國裕（82年進入）要晚8年。
趙立新在斯坦福大學圖書館了研究了500天，每天學習十幾個小時，看了很多論文，確定CIS是最合適的方向。每天結束時，會買一個冰淇淋犒勞自己。
2003年9月，趙立新從美國回來經(jīng)過深圳，從中學同班同學夏風那里忽悠來了200萬美元。趙立新肯定聽過豪威的故事，所以故意將芯片創(chuàng)業(yè)說得很輕松，就像“喝蛋湯”（老家方言）一樣。
隨后，趙立新在上海集成電路基地所在的張江創(chuàng)立了格科微（GalaxyCore）做CIS，最初也是瞄準了PC市場。
他遇到了一個好機遇。中芯國際想做CIS的代工，因此和格科微一起干，格科微提供技術，中芯國際出研發(fā)費用。
2、為山寨機提供超高性價比產品
2006年，華強北GSM山寨機爆發(fā)，一些手機采用廉價的CMOS（互補金屬氧化物半導體）技術提供內置照相機，全世界無數(shù)老百姓有了人生的第一張數(shù)碼照片。
傳音手機針對非洲人黑皮膚拍照難這一問題，專門研發(fā)了新的拍照算法，即使在晚上自拍，也不會出現(xiàn)看不清自己的情況。
2006年開始，山寨GSM手機市場爆發(fā)。格科微提供了超高性價比的芯片，最低可至10萬像素，只有幾毛錢美金一顆，配合獨創(chuàng)的低價COM模組工藝，幾乎成了低價山寨機的標配。
遠在硅谷的豪威也注意到了這個機會，利用美國上市帶來的資金優(yōu)勢，給了同行一個“下馬威”。趙立新回憶：“當時在深圳，他們（豪威）把自己庫存的產品按斤來賣！” 這個舉措搞得格科微賬上一度只剩下200元，后幸運地獲得風險投資后渡過難關。
早年沒有自動化夾具和AI視覺檢測手段，格科微招聘了很多年輕女工手工檢測成像質量。同學黃誠和陳伯友都去觀摩過，感慨于這“勞動密集型”芯片測試工廠。后來在嘉興落成高度自動化測試工廠。
3、CIS成為中芯國際和廣東粵芯的第一個海量產品
連續(xù)數(shù)年，格科微是中芯國際第一大客戶，CIS也成了中芯國際第一個海量產品。目前，如果按發(fā)貨量口徑算，格科微全球排第一，不過，如果按金額算，那就不同了。
后起之秀廣東粵芯一度七成產能是為格科微代工200萬像素CIS。格科微也曾在華虹投片。格科微的BSI技術早期和三星聯(lián)合推出。
格科微上市后，在上海臨港建立了自己的12英寸晶圓廠，所謂”FAB-LITE“模式。
圖注：上海臨港滴水湖 作者戴輝攝
3、GSM是中國芯片急劇發(fā)展的最寶貴機緣
世界上做大了芯片產業(yè)的國家并沒有幾個，需要寶貴的機緣。
眾所周知，PC的ODM產業(yè)帶動了中國臺灣的芯片設計產業(yè)的崛起。
無獨有偶，中國大陸也遇到了偉大的契機——GSM。在04年，3G干死2G（正如2G干死大哥大）的說法壓倒一切。科技老兵戴輝依據(jù)深刻理解，堅持推廣GSM，孤身拓展出菲律賓馬尼拉整網(wǎng)替換項目，這是全球第一個超級大都市的替換項目。之后，全球GSM迅速發(fā)展，山寨GSM手機浪潮也隨之興起。ODM企業(yè)（如華勤、聞泰、龍旗等）大量生產公板（類似電腦），在導入和驗證國內芯片上起到了關鍵作用。
現(xiàn)在和未來，智能手機的爆發(fā)，進一步帶動了很多顆大陸芯片的蓬勃發(fā)展，并屹立于世界強手之林！
第七章、中國CIS產業(yè)生態(tài)群體崛起
1、CIS芯片群體崛起
2015年，豪威為中資以19億美元的現(xiàn)金價格收購，2018-19年為韋爾科技所收購，CEO虞仁榮和格科微趙立新是清華大學的同班同學。
思特威徐辰、芯視達杜崢都曾在豪威工作，都在國內做CIS，服務手機、安防、汽車等領域。
圖注：芯視達CEO杜崢和作者戴輝
2、供應鏈群體崛起
晶圓制造上，CIS采用的都是成熟制程，并不是常規(guī)意義上的先進制程（14納米以內），因此在中國大陸完全可以量產。CIS以前是0.8微米（800納米）線寬做的，后來是0.5、0.3、0.18微米、90納米線寬，格科微報道稱基于55nm的工藝平臺已進入量產狀態(tài)，索尼和豪威則有報道稱最多采用45納米和55納米等制程工藝。有報道稱，三星的堆棧式結構中，上層傳感器主要采用65納米制程，下層邏輯電路則采用28納米和65納米。CIS有“前照式（FSI）”、“背照式（BSI）”、“堆棧式Stacked BSI”等不同種類。
封裝上，普遍采用了WLCSP先進封裝工藝，大陸封裝企業(yè)紛紛上了檔次！
內置的攝像頭模組（CCM）大部分都是在中國制造的。三星本來轉移到了越南，現(xiàn)又將很多訂單交給國內的ODM公司（如華勤）。
誰笑到最后，誰笑得最好！
3、CIS在專業(yè)場景大量應用
CMOS圖像傳感器（CIS）在汽車智能駕駛、安防（視頻監(jiān)控，包括家居安防）、醫(yī)療（如腸胃鏡）、工業(yè)（如機器視覺和機器人）、宇航（如望遠鏡）、無人機航拍、遠程教育等眾多領域獲得了很多應用。
工業(yè)領域的機器視覺應用非常廣。
明銳理想的AOI（自動光學檢測）設備本質上是一個直角坐標機器人，基于工業(yè)相機在高速運動下拍下很多照片，從而實現(xiàn)對芯片封裝、CMOS攝像頭模組（CCM）、智能手機電路板一條龍的自動視覺檢測。還有響亮的SLOGON：“明于心，銳于眼”。
CEO冀運景告訴我，最近幾年，采用CMOS傳感技術的高性能工業(yè)相機已經(jīng)是絕對主流了，處理速度非常快，成像質量也令人滿意。速度是關鍵：With CCD sensors (left) the charge is shifted pixel by pixel, in the CMOS sensor the charge of each pixel is directly converted to a voltage and read – making it noticeably faster.
圖注：CMOS的成像速度比CCD快很多（源：BASLER）
醫(yī)學檢測也廣泛使用。
去年，我在長沙做腸鏡檢查和割息肉，我因為是學醫(yī)電（BME）出身，所以沒有打麻藥，饒有趣味地看著屏幕里的”曲徑通幽“。如今我也是文人，也想能和寫”屎尿屁“的賈淺淺一樣地火，所以直接上”干貨“！
圖注：腸鏡檢查圖 作者戴輝攝
作者戴輝：獨立電子科技史研究者，文章累計閱讀量上億，已出版《華為通信科技史話》（人民郵電出版社），將出版《中國電子和芯片史話》。
參考資料：
CMOS Image Sensors (CIS): Past, Present & Future by Sofiane Guissi https://www.coventor.com
The Development of CMOS Image Sensors https://www.azom.com/
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數(shù)字成像和圖像傳感器的發(fā)展史 FORZA
Inside the Nobel Prize: How a CCD Works https://www.wired.com/
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王國裕 百度百科
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