半导体行业专题报告：手机CIS逆势增长景气延续

1 手机 CIS 是最好的光学赛道

1.1 手机 CIS 市场空间大、需求高

根据 Yole 统计，2018 年全球智能手机 CIS 市场规模约为 105 亿美元。Yole 预计， 2018 年-2023 年手机 CIS 市场规模 CAGR 可达到 9.3%。

根据赛诺咨询的一项调查研究，在软硬件配置和操作体验两大维度中，摄像头像 素（27.8%）和拍照效果（21.7%）分别成为消费者选择智能手机的第一要素。CIS 是手 机拍照系统的核心，决定了照片像素数的多少和图像效果的好坏，重要性不言而喻。

近年来，各大终端厂商越来越重视拍照，纷纷把拍照作为自家手机的核心卖点之 一。拍照技术创新层出不穷，先后涌现出了大光圈、光学变焦、超级夜景等多种玩法。

消费者需求和厂商技术创新共振，光学行业，尤其是 CIS 赛道，持续高景气。

1.2 手机 CIS 价值量高、毛利率高

在手机各部件里，摄像头模组价值量逐年走高，例如华为最新发布的旗舰机 P40 Pro+，摄像头模组成本或超过 100 美金。摄像头模组中，CIS 是最贵的零件，根据前 瞻产业研究院统计，CIS 芯片价值量占比达 50%以上。

高端 CIS 价值量高，毛利高，技术壁垒高。高端 CIS 具有很高的技术壁垒，毛利 可达 40%以上。

1.3 全球 CIS 市场占有率分布

根据 TSR 统计，2019 年全球 CMOS 图像传感器的市场规模为 159 亿美元，其中， 销售额口径，索尼的市场占有率为 48%，排在行业第一，牢牢把握高端市场；三星市 占率为 21%，豪威科技市占率 7%，安森美、佳能等分列第四第五位。

在全球 CMOS 市场中，销售额口径，手机 CIS 占比 6 成到 7 成，是最大的细分应 用领域。单反、汽车、工业、安防分列 2-5 位。

根据前瞻产业研究院统计，2019 年，全球手机 CIS 出货量排名，索尼、三星、豪 威、格科微，分列前四。

1.4 高端 CIS 领域三足鼎立

高端 CIS 价值量高，是各大 CIS 厂商业务重点。高端、高分辨率 CIS，对厂商设 计能力、制造能力要求很高，具有很高技术壁垒，目前只有索尼、三星、豪威具有 48M 以上 CIS 设计能力。

索尼、三星，采用 IDM 模式，同时具备高端 CIS 的设计和制造能力。豪威采用 Fabless 模式，专攻 CIS 设计。台积电为豪威的 CIS 代工，豪威可以享受到台积电先进 制程的优势，制程升级较快。

目前各大手机厂商旗舰机及中端机，后摄主摄多选用 4800 万及以上像素 CIS。旗 舰机主要选用索尼的 CIS，个别机型如 vivo NEX3 选用三星 CIS。

2020 年将是中低端机型后摄全面铺开 4800/6400 万像素的一年，预计豪威 OV48C/OV64C/OV64B 将会有很大的机会追赶三星，2020 年将是豪威 4800/6400 万 CIS 的关键年。

此外，SK 海力士也开始布局 40M 以上 CIS，值得关注。海力士计划在 2020 下半 年推出 0.8μm、4800 万像素 CIS 产品。

1.5 CIS 是光学屏下指纹的核心

2018 年，汇顶科技全球首发了光学屏下指纹芯片。目前为止，已经有 136 款机型 搭载了汇顶的光学屏下指纹芯片。除了苹果、三星，几乎主要的 OLED 手机都搭载了 光学屏下指纹方案。

基于AMOLED屏幕实现屏下指纹识别原理如下图。在屏幕下方布置了一个CMOS 传感器，OLED 材料自发光后，照亮指纹，并反射到指纹 CIS 中，形成指纹图像。

2 多因素拉动出货，CIS 持续高景气

2.1 多摄提升拍照体验

2016 年为双摄爆发元年，近年来，在华为引领下，手机多摄衍生出不同的硬件和 算法配置方案，产生出了光学变焦、背景虚化，超级夜景等手机拍照玩法，极大提升 了拍照体验。具体技术方案可分为以下几种组合：

1) 超广角+广角+长焦

2) 超广角+广角+潜望式长焦

3) 超广角+广角+长焦+景深/微距

4) 电影+广角+长焦+景/微距深。

2.2 多摄渗透率快速提升

根据群智咨询（Sigmaintell）《全球智能手机摄像头供需报告》数据显示，2019 年 全球智能手机后置摄像头多摄渗透率达到 76%

我们统计了 2019 年以及 2020 年前 4 个月各大主流手机厂商发布的机型中后置摄 像头的数量，2019 年各大主流手机厂商发布的机型中，三摄机型占比 53.1%，四摄机 型占比 25.1%。截止 2020 年 4 月，各大主流手机厂商 2020 年发布的机型中，三摄机型 占 27.1%，四摄机型占比 61%，多摄尤其是三摄四摄渗透率，极速提升。

2.2.1 低分辨率摄像头供给紧张

由于多摄渗透率极速提升，多款机型使用低分辨率CIS用于辅助摄像头，2M、5M、 8M、13M CIS 供不应求，纷纷涨价。如 Realme X50m 采用 800 万像素超广角，200 万 像素微距，200 万像素人像镜头。从目前的情况来看，8M、13M 的市场需求很大。三 星、索尼的主要产能在高端 CIS 阶上，而当 8M、13M 的摄像头芯片需求量增加时，豪 威、海力士、格科微业绩受益。

受益于多摄、像素提升等需求拉动，多家摄像头芯片厂商，自 2019 年上半年开始 面临缺货情况，价格不断上调。尽管索尼、OV、格科微、三星等大厂持续增加产能， 但仍无法有效满足市场需求，再加上疫情影响，国内工厂复工后采购及回补库存明显， 供需关系持续紧张。

2.2.2 智能手机出货估算

IDC 预计 2017 至 2022 年全球智能手机销量复合增速 2.5%，销售额 2017-2022 年 的复合增速5.5%。受新冠疫情影响，我们适当调低2020手机出货量预期。考虑到2020、 2021 年 5G 智能手机换机潮带来的 ASP 提升，我们认为不改智能手机需求长期稳定逻 辑

2.2.3 手机摄像头出货增长估算

近年来，华为引领手机拍照软硬件升级潮流，三星、苹果、OPPO、vivo、小米等 厂商的快速跟进。2019 年各大手机厂商均推出多款后置三摄手机，我们对三摄快速渗 透非常乐观。考虑手机总销量未来增长放缓，多摄渗透率持续提升，我们以全球智能 手机出货量为核心变量，给出手机摄像头出货敏感性分析如下：

2020/2021/2022，悲观预测，手机摄像头出货量增速为 0.73%、25.13%、12.74% ， 中性预测，手机摄像头出货量增速为 9.89%、25.13%、12.74%，乐观预测，手机摄像头 出货量增速为 19.04%、25.13%、12.74%

2.3 光学屏下指纹芯片高增长

2018 年后，光学屏下指纹芯片出货量迅猛增长。根据 IHS 预估算，2019 年光学屏 下指纹芯片出货量将超过 1.8 亿颗，同比增长超过 100%。

另一家调研机构 CINNO Research 市场报告数据显示，2019 年全球屏下指纹手机 出货量约为 2 亿台，同比增长 614%。除了三星、苹果外，OLED 手机屏下指纹几乎已 经成为标配，渗透率高达 90%以上。预估至 2024 年，整体屏下指纹手机出货量将达 11.8 亿台，年均复合增长率 CAGR 达 42.5%。

2019 年出货智能手机中，光学屏下指纹渗透率为 12.86%，尚有很大提升空间。目 前，光学屏下指纹识别方案只适用于 OLED 屏幕，随着国内 OLED 面板厂商逐步开 始大规模量产，OLED 屏的成本有望快速下降，OLED 屏幕渗透率有望继续提升。

汇顶科技、信炜科技等已实现光学指纹方案对 LCD 屏幕的支持，LCD 屏幕光学 屏下指纹有望在 2020 开始量产。

OLED 屏幕渗透率提升以及 LCD 屏幕光学屏下指纹的量产，有望快速提高光学 屏下指纹的渗透率，对光学指纹传感器（CIS）的需求潜力巨大。

2.4 TOF 快速渗透

TOF 的出货量 2020 年有望爆发。根据咨询机构 Yole 预测，用于消费电子的 3D 成像与传感市场将从 2016 年的 2000 万美元增长至 2022 年的 60.58 亿美元，复合年均 增长率达到 158%。

据 IHS Markit 报告，基于 ToF 方案的多方面优势，预计 2022 年 ToF 市场规模将 达到 15 亿美元，占 3D 传感市场的 50%左右

苹果已经在 iPad Pro 使用了 TOF，并且有可能在两款 iPhone 中使用后置 TOF 模 组。Android 阵营 TOF 渗透率还比较低，我们预测 2020 年全球搭载 TOF 模组的智能 手机出货量 1 亿部。考虑到部分机型前后摄像头均搭载 TOF 模组，我们预计 2020 年 全球智能手机 TOF 模组出货量 1.3 亿只。

TOF 模组中，CIS 芯片成本占比可达 3 成，是价值量最高的模块，TOF CIS 芯片 售价在 2-6 美金，相当于 20M-64M 后摄 CIS 的价格，价值量很高。

3 高端高价值 CIS 迅速渗透

3.1 CIS 尺寸和分辨率升级是产业趋势

高端 CIS 可以显著提升照片质量，消费者需求和终端厂商创新共振，高端 CIS 迅 速渗透。CIS 的尺寸和分辨率不断提升，CIS 的价值量越来越高。

3.1.1 CIS 尺寸不断变大

底大一级压死人，在手机有限的空间内，各终端厂商不断技术创新，谋求后摄主 摄 CIS 尺寸越做越大。如下图所示，三星 CIS 尺寸从 1/3.4 英寸一直增大到 1/1.33 英 寸，近期华为发布的 P40 Pro+更是采用了索尼 1/1.28 英寸的 IMX700。

3.1.2 CIS 分辨率不断变大

智能手机问世以来，后置主摄分辨率不断变大，从开始的 2M、5M、8M 到 12M、 13M、16M、20M 再到 24M、32M、48M、64M，最新的小米 10Pro，三星 S20 Ultra，甚 至采用了 108M 的 CIS，分辨率超过一亿像素。预计未来安卓系手机摄像头的像素将持 续升级。

3.1.3 像素尺寸不断变小

CIS 的分辨率等于 CIS 的面积除以单个像素点的面积，手机内部空间是有限的， 提升 CIS 分辨率，一方面是提升 CIS 尺寸，另一方面是缩小每个像素的尺寸。

另外，一颗镜头能覆盖的 CIS 是有尺寸上限的，CIS 尺寸过大，会对镜头提出更 高的要求。如下图展示了当 CIS 过大，超出了镜头覆盖范围时，就会产生四角暗斑点。

豪威刚在业内首发了 0.7u 像素大小、1/2"的 6400 万像素 OV64B，相比 0.8u 像素 大小、1/1.7"的 6400 万像素 OV64C，OV64B 在保持了 6400 万像素的情况下，CIS 尺寸 缩小了 10%以上，减少了晶圆消耗，降低了对镜头的要求，可以为手机厂商适当降低 成本，具有技术领先优势和成本优势。

实现像素尺寸不断变小，非常困难。随着单个像素尺寸不断变小，像素间抗干扰 能力减弱，光子容易在相邻像素之间串扰，影响色彩纯净度。

2018 年 6 月，三星创造性发明了 ISOCELL Plus 像素隔离技术，采用富士开发的 创新材料作为像素之间的隔板，极大减少了光损耗和光反射，大幅提升了单个像素的 光敏度和色彩还原度。随后索尼、豪威也掌握了像素隔离技术，陆续推出 0.8u 像素尺 寸的高分辨率 CIS

3.2 技术升级，高端 CIS 极大改善画质

3.2.1 2x2 片上镜头(OCL)

2x2 片上镜头(OCL)解决方案是一种新的图像传感器技术，可以实现高速对焦、高 分辨率、高灵敏度和高动态范围。

传统的片上镜头被放置在每个像素上。但是，在 2x2 OCL 中，四个相邻的具有相 同颜色的像素共享一个片上镜头。一个被称为“片上透镜”的聚光镜被放置在图像传 感器像素的顶部。

传统的相位差检测方法使用的是专用像素，没有成像功能，所以只能使用少量的 像素作为检测像素。在 2x2 OCL 方法中可以使用成像像素作为检测像素，因此可以在 所有像素之间检测相位差异。因此，传感器可以高精度地聚焦于微小的物体。

3.2.2 超高分辨率&弱光高感光

环境光线充足时，CIS 通过片上 ISP 独特的信号处理功能，完成像素排布的如下 转换，输出高分辨率图像。

环境光线较弱时，CIS 通过将相邻的 4 个颜色相同的像素加在一起，可以捕捉到 低噪声的明亮图像和视频。另外，通过 2x2 OCL 的设计和生产技术，提高了光敏度， 提高了光利用效率。

目前，主流 CMOS 设计厂商都采用了多像素合一技术，索尼命名 Quad Bayer （QCFA），三星命名 Tetracell，豪威命名 4-CELL。需要注意，部分 CIS sensor 使用的 是软件像素重排，如三星 GM1，部分 sensor 使用的是硬件像素重排，如索尼 IMX689。使用硬件像素重排（HW Remosic）， CIS 内部需要有 ISP，其结构需要双层堆叠，消耗 两倍的晶圆。

另外，9 像素合 1、16 像素合 1 技术已经出现，三星 Galaxy S20 Ultra 主摄 S5KHM1 采用了 9 像素合 1，华为 P40 Pro+主摄采用了 16 像素合 1。

3.2.3 硬件 HDR

通过独特的曝光控制技术和信号处理功能，可以实现实时 HDR 输出。需要注意， 硬件 HDR 也需要 CIS 内部有 ISP 电路，其结构需要双层堆叠，消耗两倍的晶圆。

3.3 高端 CIS 迅速渗透显著提升 ASP

产业链调研显示，8M CIS 售价大概为 1 美金，而 48M 以上 CIS 售价 5 美金以上， TOF CIS 和光学屏下指纹 CIS 也在 5 美金左右。

YOLE 数据显示，2017 年，手机 CIS 单机价值（ASP）平均 3 美金。我们认为。多摄渗透率提升，手机 CIS 高端化、高像素化，TOF 和光学屏下指纹芯片快速提升渗 透率，都将显著提升 CIS 的单机 ASP，手机 CIS 单机价值提升速度将大大高于 Yole 预 计, 我们预计 2020 年将超过 5 美金（不含光学屏下指纹）。

4 投资建议：

CIS 市场空间大、高价值量、高毛利、高壁垒。受益于光学创新和国产替代浪潮， 我们预计未来 CIS 赛道依旧有较好成长性。我们建议重点关注 A 股 CIS 龙头韦尔股 份，光学指纹龙头汇顶科技。建议关注 CIS 封测龙头晶方科技。

4.1 韦尔股份

公司主营业务为半导体产品设计和半导体产品分销两部分，2019 年度公司半导体 设计业务收入占比主营业务收入的比例提升至 83.56%。

目前公司半导体产品设计业务主要分为两大业务体系，分别为图像传感器产品和 其他半导体器件产品。

公司图像传感器产品由豪威科技和思比科运营，其中最主要的产品为 CMOS 图 像传感器芯片，占公司 2019 年度营业收入的比例达 71.74%。

北京豪威是全球第三的 CIS 供应商，客户资源优质，充分受益国产替代，随着华 为国产供应链导入力度加大，2020 年中低端手机后置主摄普及 4800 & 6400 万像素， 豪威即将迎来业绩放量。收购新思 TDDI 业务，拓展产品线。

近日，北京豪威业内首发 0.7um 像素 64M CIS，领先竞争对手 3-6 个月，抢占先 机。0.7um 像素 64M CIS 既可以节省晶圆用量，又降低了对镜头的要求，可以为客户 节省成本。

公司其他半导体器件产品主要包括分立器件（包括 TVS、MOSFET、肖特基二极 管等）、电源管理 IC（Charger、LDO、Switch、DC-DC、LED 背光驱动等）、射频器件 及 IC、卫星直播芯片、MEMS 麦克风传感器等产品线，已经与国内知名手机品牌供应 链进行合作。在中美贸易摩擦不断的背景下，公司抓住国产替代加速的机会，在其他 半导体器件产品领域客户发展上也有着明显突破。

同时，公司作为国内主要半导体产品分销商之一，凭借着成熟的技术支持团队和 完善的供应链管理体系，同全球主要半导体供应商及国内各大模组厂商及终端客户继 续保持着密切合作。半导体设计和分销业务协同效应明显。

2019 年 Q4，公司并表北京豪威、思比科，营业收入大幅增长至 136.3 亿人民币， 毛利率稳步增长，三费控制良好。公司加大投入，研发费用大幅提成，已经占到营业 收入的 9.4%。

4.2 汇顶科技

汇顶科技是国内指纹识别龙头，主要业务包括光学指纹识别、电容指纹识别。公 司 LCD 屏下即将量产，侧边电容指纹业务出货良好。

公司触控芯片已经贡献了 16%的营收，公司亦拓展 TOF CIS，面向未来，公司战 略发展目标是成长为一家综合型的 IC 设计商，围绕“物理感知、信息处理、无线传输、 安全”四大领域构建 IoT 综合平台，从传感器到 MCU，从连接到安全，公司致力于打 造更多创新技术和产品组合，为全球客户和消费者持续创造独特价值。

公司采用 fabless 模式，持续技术创新，开创性研发出光学屏下指纹芯片，毛利净 利润率持续维持较高水准。

公司三费控制良好，销售费用率、管理费用率历来控制优秀。公司极其重视研发， 截至 2019 年底，公司全球员工人数超过 1,600 人，其中研发人员占比 91%；公司员 工中，硕士及以上占比 50%，博士占比 4%；研发投入逐年走高，高投入、持续创新 保证公司核心竞争力。

……

（报告观点属于原作者，仅供参考。报告来源：华安证券）

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