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                                                佳能的工艺之殇 自产CMOS拖后腿？
　　Fab（半导体工厂）是消费电子行业的基石，关于Fab的重要性，硅谷牛仔桑德斯曾经有过这样一句名言：“有Fab，才是真男人”（所以，此人一手创办的AMD现在已经变成了按摩店）。　　半导体工厂（Fab）的投资是以10亿美元为单位计算的，它是巨头们实力的象征　　不过，Fab只是获得竞争优势的一个充分条件，而不是必要条件，有了Fab日子也不一定好过。影像半导体巨头佳能最近就饱受这方面的困扰。最近chipworks发布公开了一些传感器信息，我们发现佳能这个靠自产CMOS稳扎稳打的影像巨头，半导体工艺居然长时间停滞在500nm线宽上，没有Fab的尼康和徕卡却早已飞跃到180nm和110nm：　　工艺的滞后使得佳能全副传感器像素尺寸停留在6微米级别，而尼康则已经达到4.75微米。这些数字背后意味着什么？它对佳能的相机业务有多大影响？今天的新技术研习社，我们就来八一八佳能相机和佳能传感器半导体工厂的那些事儿。　　半导体工艺对数码相机有什么影响？　　和我们熟悉的CPU/显卡不同，数码相机使用的CMOS/CCD传感器很难受益于工艺制程的进步。在处理器、显卡上，我们经常看到诸如“性能提升一倍、功耗下降一倍”等激烈的描述，但摩尔定律到了数码相机领域却行不通。　　数码相机传感器上单个像素的尺寸暂时还比500nm大不少，而高感光性能可以通过更高精度的高性能模数转换器（AD）改善。半导体工艺改进后的电路跟传感器上面的像素根本就不是一一对应的，性能、功耗自然不会有太多变化。这也是佳能古老的半导体工艺保留到现在仍有较强生命力的原因。　　所以，很多人会自然而然得出结论——佳能工艺老又如何？相机传感器不是CPU，线宽对最终效果影响不大！但这个结论真的正确吗？让我们用数据来说话。　　国外专业影像评测博客DXOmark整合了大部分传感器和镜头的基本信息以及测试数据，可以很直观的在线比较各种传感器的性能，我们选取DXOmark的数据进行对比。　　值得注意的是，DXOmark用作基准参考的并非照片100%放大下的细节，而是统一将照片缩小到800万像素进行pk。对于低像素相机，这或许是不公平的；但对大部分用户而言，这是相当实际的对比。因为即便是2560×1600的显示器，也不能完全显示100%放大800万像素的图片。　　从上图佳能5D单反相机家族对比中可以发现，5D系列总体来说在一步一个脚印的进步——起码高感光性能提升明显。这说明工艺不变就同时增加像素和改善高感光性能是完全可行的——至少，在一定范围内可行。　　然而，仔细观察DXOmark的数据对比会发现，从5D2到5D3，色深指标的进步明显小于从5D到5D2时的进步。在动态范围方面，甚至发生了5D3不如5D2的倒退。是不是500nm工艺在这方面江郎才尽了呢？这时候需要横向对比竞争对手，尼康前代旗舰D3X采用了索尼250纳米工艺，最新的入门全副机D600是180纳米，在半导体工艺角度分别比佳能的500纳米领先了两代和三代。他们的评分如下：　　从数据中可以看出，像素接近的前提下，佳能最新的5D3面对老对手的四年前的旗舰只有高感光占据一定优势，动态范围与色深全败，而同一年登场的入门全副机D600则在三大指标中全面压倒了5D3和D3X，工艺的影响比预计中要大。
关键中的关键——微透镜　　传统胶片依靠单纯的化学反应实现感光，感光部分的整体剖面是一个平面，入射的光线除了表面的反射损耗以外，大部分光都能被利用到。而CCD/CMOS传感器原理和结构复杂得多，像素的概念实际是最小感光单元意思，数码相机的传感器上，每一个感光单元构造就像一口深井：　　从侧面剖开传感器，就是这个样子　　像素结构剖面，这就是一口井，入射光经微透镜汇聚，穿过单色滤镜，才能到达像素点，在D4的传感器中，这一路径长度为9.6微米（D4像素这口深井，深度为9.6微米），D800则只有7微米。　　可以看到，整块传感器中很多部分其实并不参与感光，加上同样存在的表面反射和内部电路阻挡，入射光的效率会降低到40%。提高入射光的效率是各大厂商奋斗的目标，光的利用率提升了，色纯、动态范围，高感光性能都可以获得提升。　　红框框里面才是每个“像素”真正的大小　　现在以chipworks提供的尼康D4传感器图片作为案例，标明Pixel的红方块就是CMOS中真正可以感光的区域，四周的T1、包括VSS，都是辅助用的晶体管或者接口的位置，对比蓝框和红框会发现，一个像素所在的区域中，很大一部分面积无法用来感光，这是巨大的浪费。传感器厂商很早就意识到这一问题，纷纷使用微透镜将射到图内红蓝框之间区域的光汇聚到像素这口深井中。　　电子显微镜下D600 CMOS的微透镜　　每一次微透镜改进，对传感器性能都能有不小的提升，佳能从500D到550D的升级文档曾经就描述过这一提升：　　过去500D的传感器中微透镜之间是有间隙的，同时光路比较长使得光路只能覆盖像素点的中央区域（开口太小），效率极低；在550D中微透镜间不再有间隙，光路也更短，覆盖了整个像素区域，入射光效率得到了大幅提升，直接剿灭了因为500D闹得沸沸扬扬的“像素提升会带来画质下降”的说法。　　DXOmark的数据忠实的记录了这一改进，500D因为像素大幅提升导致的发色数下降，在550D/600D上得到了修正，高感光性能也着实提高了一档，只是，动态范围仍未改善。　　同一时期，尼康相机传感器由CCD转向了CMOS，低端传感器的工艺也从350纳米时代推进到了180纳米。我们在对比尼康相机数据是惊奇的发现，半导体工艺的升级给尼康传感器的三大指标带来了稳步提升，并且远远超过了佳能传感器的表现，难道微透镜不仅仅是覆盖率和开口大小的问题？
　线宽决定成败　　徕卡今年发布了新一代Leica M旁轴数码相机，在它的技术文档中，我们也许已经触摸到本文的答案。　　根据徕卡的技术文档，我们发现传统设计的微透镜汇聚能力有限，斜射的光容易直接射到非感光区域（上图）。更严重的是，经过不正确的折射，光线还可能会射到管壁的电路上造成反射，污染临近像素，影响了色纯，而色纯直接影响了三大指标中色深和动态范围。需要指出的是，目前为止除了连刷存在感都懒得做的4/3系统，单反相机中不存在垂直入射，尤其到了全副单反相机，反射光污染问题相当糟糕。　　在Leica M身上，徕卡不惜成本的改进了微透镜结构（上图），增大了透镜半径，相当于改浅了井深，无论斜射、直射都能到达该到达的区域，保证了Leica M的高画质。　　徕卡M的全画幅传感器，意法半导体110纳米工艺的技术结晶　　这一极端案例中，不可忽视的是半导体工艺的影响因素——Leica M的传感器采用了意法半导体的110纳米工艺制作，对几微米直径微透镜而言，使用500纳米的刀还是110纳米的刀去雕琢，差距就显现了——线宽越小、越精细的半导体工艺，越容易在低成本下做出令人满意的微透镜，而微透镜的好坏会直接影响传感器最终性能表现，这就是尼康传感器暂时全面领先佳能的主因。　　即使到了不惜工本的高端传感器层面，佳能仍然只能在高感光性能上咬住尼康（高感光性能主要依靠后处理算法实现，说白了就是拼相机处理器的性能）。幸好1DX的定位权重最高的是高感光，佳能在1DX里面塞进了两颗DIGIC5+处理器和一颗DIGIC4，总算跟单处理器的D4在高感光领域打成平手。而面对D800这种高像素高宽容度高画质的怪物，佳能干脆两手一摊——老子不跟你玩就是了。　　尼康D800的CMOS使用了索尼180nm工艺，有效像素高达3600万，让佳能的像素挑衅彻底歇菜

佳能的工艺困境　　佳能的半导体工艺是否已到了极限？650D的发布给出了答案：600D升级到650D，单个像素大小没有变化，仍然是4.2微米（1800万像素的佳能APS传感器像素直径为4.2微米），佳能只是引入了类似于Nikon 1系列微单相机那样的传感器片上对焦模块，但没想到的是，这一小小的改进带来了灾难性的后果，650D传感器各项指标均有下降：　　难得一见的倒退出现了，当初被人诟病的500D倒退好歹在高感光上还能维持，这回是全面崩盘，更复杂的电路，更多的晶体管已经压垮了佳能的工艺，4.2微米的像素大小几乎成了佳能的极限。另一方面，对手们去年已经铺开了3.8微米像素的传感器，所以，半导体工艺已经像鬼一样缠上了佳能。　　能自产传感器的工厂曾经是佳能的救星，现在却成了累赘　　那么，佳能为啥不奋起直追，引入新的半导体工艺呢？对于巴黎统筹委员会内部的国家而言，最新的半导体工艺和技术都是能摆在台面上交易的商业问题。佳能只要肯花钱，肯定可以买到最新最好的技术，来让自己老旧的Fab焕发活力。但——问题就出在钱上。　　成也萧何败也萧何　　前面我们已经提到，对于任何厂商而言，Fab都是一笔非常、非常、非常大的投资。英特尔计划于2013年在美国俄勒冈州建立名为Fab D1X的新晶圆厂，投资大约是60-80亿美元。而依照摩尔定律，半导体技术每天都在以恐怖的速度向前发展，一个崭新Fab生命周期大概也就是3-5年，即使相机传感器领域的更新换代没有这么快，5-7年也肯定要淘汰。　　Fab里每一台设备的投资都是以千万、亿为单位计算的　　英特尔在处理器市场几乎只手遮天，它的Fab每年都有着持续、稳定的需求，可以保持满负荷运转，所以英特尔可以放心大胆的扩建Fab。问题是：佳能能做到这一点吗？佳能半导体工厂的客户只有一个——就是它自己。再看看如日中天的索尼半导体（佳能自家很多低端相机的CMOS就来自索尼），看看虎视眈眈的Aptina、PANA，答案恐怕没这么简单。　　英特尔的案例告诉我们，半导体不是穷人玩得起的　　曾经的佳能靠自产自销传感器硬是挺过了竞争者的围剿，1DS、300D、5D这些划时代意义的产品都直接归功于这个功勋工厂，而今，它却成了佳能的累赘。目前，老对头尼康的相机传感器已经全线迈入180nm阵线，索尼甚至已经开始投产新一代90纳米CMOS工艺，用于最新的手机和便携式相机传感器制造。　　有消息说佳能已经投产了180纳米的新工艺，现在正在进行测试，希望这是真的。佳能应该赶快将新工艺制造的传感器投入到单反领域，没有佳能的相机世界是无趣的。　　老兵永远不死，只会慢慢凋零，现在时间紧迫，佳能必须加快步伐，否则凋零的就是佳能自己。

确实，佳能的cmos，无论宽容度，色彩，高感等指标都以落后索尼很多，索尼的传感器配上尼康的系统，蔡斯的镜头，画质领先很多啊。

这是旧闻了。

有人不高兴了

很快要歪楼了

尼康也开始使银子了

所以我早就说,买下美能达玩单反,只是索尼的一步棋而己.CMOS是一个巨大的产业,而A99只是起到旗帜的作用,不是用来卖的,A99,想卖的多,直接降价就行了,根本不用东搞西搞的

那么长的文章我还是忍不住先看结尾，就怕是“那么现在问题来了，学。。。”

哪怕是复制粘贴，也应该排一下版吧。

嗯，大法真好，泥坑真厉害，加浓真搓，我明天就把全套加浓出了换泥坑，L 定便宜卖了，想要的 PM! 打包有折扣！