爆文《CMOS图像传感器35年史》的删减内容和读后感 | 科技老兵戴辉
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智能手机的数码摄像功能,是影响最大的科技之一。中国人和中国市场改变了世界。
爆文感谢各大媒体发表。存档链接:CMOS图像传感器35年史和中国人的关键贡献 | 科技老兵戴辉 (有修订)
1、CIS芯片由来在大陆的中国人创造并发展,CCM模块制造更是主要在中国。
2、极具活力的中国市场创造出了激情应用,足不出门而知晓天下。短视频(抖音和TIK TOK等)和扫码支付(微信支付与支付宝)是在中国率先大量使用的。现在西方互联网也会借鉴中国的互联网新功能。
第一章:人生得一真成果足矣 王国裕
王国裕伉俪是第一颗CIS的核心开发人员(1987年开始)。他们和爱丁堡大学的同仁们将相关成果公开发表在多篇科技论文里,启发了整个产业。回顾这段历史,王国裕本人是什么想法呢?他写出了他的感言。全文如下:”回顾这一段历史,我很高兴自己是这个原创技术的源头。我们的工作改变了世界,使得胶卷相机消失了,使得获诺贝尔奖的CCD成了配角,CIS是一个了不起的科学技术进步!“30多年前,我们预言CIS有光辉灿烂的未来,我们的首个芯片和论文吸引了很多人进入这个领域,他们又不断做出新的贡献。我从一开始就期望这个新技术能为我国所用,一直积极推动并亲身实践。随着对芯片产业的重视,经过数年艰苦努力,国内出现了几家CIS龙头企业(特别应提及清华和东大校友的业绩,做产业他们比我厉害),如今我国CIS模块出货量全球第一。”能够在有生之年看到CIS在世界和中国的巨大成功,我非常高兴且得意,我也为自己的大格局骄傲。20世纪90年代我大力宣传动员同行搞这个,我的论文写得详尽,是后来者的入门指南。有人不理解,说应该保密、垄断。可垄断能做这么大吗?只有众人拾柴火焰高,才会有现在的大局面。至于我自己,更适合做研究(所以我逐渐回归了学者角色)。其实做产业也十分不易,要看天时地利人和,并不总是能力决定成败的。“回顾这个过程和我现在做的事,我很知足满足,个人所有艰辛和磨难都微不足道。”清华大学校友总会去年给与了王国裕教授聘书:
第二章:另一个版本的CIS起源故事
关于CIS的起源,网络上一直流传着另外一个版本的故事。里面有Dr. Eric R. Fossum,有NASA的JBL,有美国CIS芯片巨头美光,以及ON(安森美)这条叙事脉络。以下部分内容来自刘斯宁:Understanding CMOS Image Sensor。
1936年时,加州理工大学的五个学生在宿舍里制作火箭燃料,结果发生了爆炸,把宿舍墙炸出了一个洞。令人不可思议的是,学校竟然没有收缴他们的作案工具,而是把他们赶到了郊外的一块河谷上让他们在那里继续做实验,于是他们就用学校的资助在河谷上建了一个火箭实验基地,这就是JPL喷气推进实验室的前身。那五个学生中就有“中国导弹之父”钱学森。
1992年,Dr. Eric R. Fossum 在美国加州Pasadena(帕萨迪纳)市的喷气推进实验室(JPL)工作,负责NASA一些雄心勃勃的太空探测器的建造和运行。那一年NASA向员工们发出了一个颇为有趣的要求 ——“更快,更好,更便宜”。作为JPL图像传感器研究的负责人,Fossum 负责重新发明NASA太空船上的巨型相机。当时在数码摄影市场上已经应用了CCD技术,但是CCD需要消耗大量的能量和相当多的支持芯片。Fossum 团队发现,如果能够消除在成像阵列中反复转移电荷的需要,那么这两个问题都将解决,于是就诞生了CMOS有源像素传感器。JPL的 首个CMOS APS 芯片,只有28x28个像素,像素尺寸40umx40um,诞生于1993年4月。APS 是Active Pixel Sensor (主动像素传感器)的缩写。
所以在1995年,Fossum、他的当时妻子和JPL同事Sabrina Kemeny共同创办了Photobit公司。当Fossum继续在JPL工作时,Kemeny以产假的原因离开了JPL,并在外运营公司。一年后,Fossum离开JPL,全职加入Photobit。
Photobit的第一个产品是1998年的PB-159,第二年,Photobit推出了PB-100,这款芯片用于为突破性的英特尔Easy PC相机(一款网络相机),以及Logitech 后期版本的QuickCam提供动力。PB-100以它大约100,000像素(352×288)命名,将视频会议带入了工作场景。
Photobit还起诉豪威,最终和解。
Photobit 于2001年被美光半导体(Micron Technology)收购,成为了美光的CMOS业务部门。我的文章里提到2007年发布的苹果手机采用了美光的200万像素芯片,就来源于此。不过,在之后的iPhone 3GS和iPhone 4上,苹果采用了豪威的CIS(和台积电合作)。
美光是一家以内存为核心业务的公司,和CIS的关联度不够,华尔街主张分拆业务。于是,美光CMOS部门于2008年独立出来成为了Aptina,后来又在2014年被ON Semiconductor(安森美) 收购。
由于发展理念上的分歧,Fossum 在被美光收购之后,离开了美光,携巨款去南加州大学过起了安稳的教授生活,凭借历史上的贡献还能时不时获个伊丽莎白女王奖。他在网络上写了很多历史文章,有意无意地让大家误以为他是CIS第一人。
不过,在网络留言区他的发言中,可以看到,他了解并尊重爱丁堡大学(以及VVL公司)的率先发明。
关于爱丁堡大学(1990年CIS)和FOSSUM的发明的关系,有权威定论:后者是在前者之后发展起来的。
2008年得奖之后,《兰克奖得主王国裕谈原始创新》文内写道:这次评奖他们做了很深入的工作。在颁奖后的宴会上,一个评委就跟我们说,他们把这个项目该调查的都调查遍了。We know you better than yourself。有一个重要的问题,就是美国人有源器件那个专利(注:93年Fossum做的发明)也比较重要,那么谁更重要?那么他们就请独立的机构进行评估,进行打分鉴定,结论:那个专利是在我们的基础(爱丁堡大学90年的发明)上进行发展的,我们的专利是最原始的,是最重要的发明。
第三章:台积电、华虹、中芯国际都很关注CIS,是关键环节
90年,爱丁堡大学研发出第一颗CIS,是黑白的,在英国的一个FAB厂流片,实力有限。
在研发彩色CIS的时候,要找更好的代工厂。王国裕找到台积电欧洲的销售部门汇报,台积电启动了这项工作。不过,因为台积电的厂在亚洲,爱丁堡大学后续还是选择在欧洲流片。
1995年,王国裕回国创业做CIS,在韩国LG流片,并创造了多项大陆第一。
后来起步的909工程上海华虹NEC也和王国裕接触。华虹了解到CIS的光辉未来,并有浓厚兴趣投资。不过,母公司开元集团和华虹没有谈拢条件。
2000年,上海华虹NEC投资了硅谷的豪威。豪威的洪老板中学毕业于上海南洋模范中学,大学是上交大。上海华虹和他联系上并不是难事。负责投资的是陆德纯。
硅谷的豪威起步时候,是和台积电深度合作而成长起来的。2000年8月的招股书中披露,与台积电有非常深入的合作。
该招股书也披露,中国台湾力晶(力積電 PSC)与上海华虹NEC都投资了,并将合作。
2001年,新闻表示豪威将和华虹在上海成立合资的设计与测试中心。豪威上海于2001年在松江综保区成立,2002年,设厂生产模组,洁净车间是从食堂改的。小姑娘用肉眼目测来确定芯片的成像效果,供应摩托罗拉。
2003年,赵立新到格科微创业,中芯国际很有热情地和他合作开发CIS,还愿意出资。这当然是受到了华虹的影响!!
目前国内上规模的晶圆厂基本上都可以做CIS,如合肥晶合、广东粤芯、苏州和舰、中芯绍兴等。青岛国资控股的荣芯收购了烂尾的CIS项目淮芯。
第四章、豪威的轶事和创业系
1996年,豪威做出了低分辨率的黑白CIS,1997年做出了彩色CIS。99年4月财季之前一直都是亏损的。We shipped over 4.0 million image sensors in the year ended April 30, 2000.
1996年,当时OV的第一颗芯片回来,大家心情非常紧张所有都在,当时负责测试的哥们把芯片放上后,不work,他滿头大汗,大家都着急,结果突然发现电源没插上,这是OV流传的大笑话。
Marvell是90年代华人硅谷创业企业,后来成为华人芯片创业黄埔军校。我在文章里提到了:“拿出办法来”—— 世界华人芯片往事 | 科技老兵戴辉
豪威也是一所华人芯片创业黄埔军校,创业者不完全统计有:
徐辰 思特威 CIS
杜峥 芯视达 CIS
董琪 GTI AI芯片
单记章 黑芝麻 智能驾驶芯片
诺磊科技 吴日正 边缘AI芯片
何新平 中国台湾晶相光
.....
清华大学王志华教授给与本文好评。清华官网介绍:王志华博士,清华大学教授,IEEE Fellow(会士)。清华大学学术委员会委员、清华大学集成电路学院学术委员会主任。
第五章:热血沸腾之后,更是“耗尽/耗干”后的无奈
杨正瓴专门写了一篇博文作为读后感,一些话很有意思,我专门抠出来。
傻天生的傻。刚才又是“热血沸腾”,因为看了《CMOS图像传感器35年史和中国人的关键贡献》,戴辉老师今天(2022-09-19)刚刚贴出的帖子。就像当年看宋德生老师的《信息革命的技术源流》(成都:四川人民出版出版的图书,1986-04)。
数学大师陈省身说:“要做学问就要安静,甚至电话都不要接,不能打断思路。”数学比较容易,一般大研究需要 7 年以上的专心致志。物理学更难。正如大数学家希尔伯特说:“物理对于物理学家来说实在是太难了!”物理学大研究“至少需要保证 10 年以上的研究时间。”