三星S9凝時攝影背後的Sensor技術

三星S9凝時攝影背後的Sensor技術

來自專欄 All in Camera

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三星新發布的Galaxy S9手機的一個技術亮點就是其稱為凝時攝影的慢動作拍攝功能，三星在發布新機的同時也一併發布了實現這個功能的圖像感測器 2L3。這顆image sensor可支持120fps@full resolution, 高達960fps@720P的高幀率。

與傳統的Imagesensor相比，2L3的幀率大幅提升，而實現這一黑科技的底層技術就是3層的memory stack sensor。簡單來說，這顆image sensor由三層構成，最頂層的是pixel array, 中間是模擬邏輯層，最底層是一個2Gbit的DRAM。傳統的sensor拍攝好的圖像通過MIPI傳出，幀率是受MIPI限制的，而這顆sensor拍攝高速圖像可以暫時存儲在DRAM里，再一幀幀傳出來。

其實三星並不是第一家推廣memory stack的手機公司和sensor廠。Sony 半導體事業部幾年前就著手此項技術，並且手機已經領先三星s9用了這一技術。

sony 在2017 MWC推出的Xperia XZ Premium旗艦手機攜帶IMX400cmos 圖像sensor， pixel size 1.22um， 解析度19M。搭載了1Gbit的DRAM。基本的理念與三星非常相似，都是通過DRAM暫時存儲圖像來實現高幀率。

下面左邊這幅圖是傳統的BSI sensor， pixel array和模擬邏輯層都做在同wafer平面內。

由於手機對晶元尺寸不斷縮小的需求驅使，右邊的stack sensor結構應運而生。pixel array和模擬邏輯層分別設計並且生產在不同的wafer上，再通過bonding堆疊起來。這樣做的優點有2個：1、充分利用了立體空間，縮小了晶元XY尺寸；pixel array和模擬邏輯層分別優化，可以充分利用先進的半導體工藝減小邏輯層的功耗。

memory層如下圖所示，是在兩層的stack sensor基礎上多加了一層DRAM。

那比較起來，這兩家的技術到底哪家好。我們用一組對比來說明。

1. Sony

   IMX400是19M， 2L3是12M。兩顆sensor能支持的最高幀率都是120fps。解析度高則數據量大，說明Sony的ADC速率更高。Sony的模擬電路設計能力還是非常強大的。

2. 2L3 memory是2Gbit，而Sony是1Gbit。但是兩個的慢動作拍攝時常基本相當，這說明Sony是增加了On chip的壓縮功能的，Sony又贏一局。
3. 三星的DRAM是自己的，靈活性比較大。而Sony的是別家定製的。在這一點上三星勉強扳回一局。
4. 用戶體驗上來說，Sony手機慢動作觸發需要手動操作。而三星S9是有判斷機制的，這一點極大的改善了用戶體驗。對於做手機的人來說，技術的革新不就是為了讓大家更便捷的享受科技帶來的快感么。三星手機贏。

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