华为新IMX700传感器解析——非双层像素时代的最极致传感器

随着各家纷纷布局双层晶体管像素，华为作为自己的独门绝技，影像部分也在着手开发新的传感器。但是由于制裁限制，华为无法使用双层晶体管像素技术，因此华为在非双层晶体管的基础上开发了一款极其特殊的传感器，代号虽然也是IMX700，但是这颗传感器和正版IMX700的关系有点类似于mate20的IMX600以及p30上的IMX600之间的关系。现在我们来看看这颗新IMX700的特性，以及它能在我的传感器天梯排行榜上排多少位次。

1.读噪降低一半

IMX700虽然在2020年的时候遥遥领先，成本是同期hmx的1.7倍，iPhone的1/1.83寸传感器的2.5倍，但是放到2023年，实际上IMX700的读噪已经不再领先。IMX700的读噪仅仅相比同期的hmx，IMX689，gn1，以及后来的gn2等相对领先，但是和最新一代的IMX888等传感器相比读噪已经不再算作优势。

因此，新版IMX700有必要将电路重新设计，减少读噪。技术细节没有datasheet暂时未知，但是结果是读噪相比IMX700降低了一半，估计从约2e-降低到1e-的水平(如果是按最大阱容算的)。但是IMX700新版相比旧版改进在于它引入了三个浮动电容，有三个ISO，因此读噪降低并不太清楚是相比哪个降低的。

2.读速提升一倍

IMX700的读速实际上已经遥遥领先了，今天只有IMX608和几个多层堆栈的带dram的传感器读速比它快。但是考虑到IMX700同期的对手都是读速不怎么快的gn1，gn2，hmx，现在友商IMX989的读速已经追上IMX700了，IMX700的读速有必要再进一步升级。

翻倍的读速(没错的话应该是支持12bit 50MP 60fps刷新)应该是结合新的麒麟ISP。新麒麟ISP的特性暂时未知需要等25号发布会，但是算力想必是增强了一大波的。因此，增强的读速有助于ai高像素等应用进一步减少计算时间，甚至遥遥领先到苹果的程度(多帧Pro res raw计算时间只有1秒不到)。同时以前麒麟ISP算力不足以做多帧raw，现在增强的读速和增强的ISP算力也可以让华为用户拥有苹果皋贵的多帧raw(嗯。。？)

3.暴力的三阱容＆双电路增益

手机上传感器多原生ISO一半就是两条路径，一种是做多个浮动扩散电容，一组是做多个PGA分别对应多个增益。华为则是把这两个结合起来都用了，测试的IMX700增强版上有三个不同的浮动电容(对应3个满井，triple conversion gain，可以同时做融合生成低噪点，高动态范围的照片)以及2套增益不同的放大器(dual amplifier gain)。

显然IMX700当时不支持dual conversion gain导致动态范围就算是990做了多帧也被ov48c碾压的这件事让华为念念不忘，因此华为这次直接上了3个浮动电容值。两个PGA我暂时不知道意义何在，虽然我也找到了论文，里面讲述通过两个不同的PGA来做双原生ISO的，但是原理不知道。可能单纯测试片把所有能上的技术全上了做测试吧。

这个技术对电路面积的要求很高，氪金氪不起就别玩这个技术了。事实证明，华为氪金能力还是一流的，能氪的动这种比较昂贵的技术。它至少可以实现三原生ISO，配合降低一半的读噪能实现很棒的夜景效果，尤其是麒麟ISP增强的同时加上华为算法的进步。

4.新cfa材料对分色性的提升

vivo曾经在IMX766上引入了新的cfa做成了IMX766v，这个新cfa采用了新材料，目的就是为了减少色彩混杂，增加分色性。而原来华为的ryyb传感器无论算法怎么优化还是会偏色，具体的原因便和ryyb传感器的cfa色彩分离度不够(光谱重叠太多)有关系。

新的cfa可以增加色度分离，有助于减少ryyb的偏色。当然，这项新技术实际上已经在p60Pro的IMX789y上实装了第一代，大部分人都不知道。偏色来说，提升感觉有但是不算太大，可能IMX700新版的第二代材料会有所改进。

5.量子效率的提升

IMX700的qe实际上就是2020年传感器的水平。这个水平在今天肯定有点落后了，比如IMX888和IMX989的qe都比IMX700高一丢丢。因此IMX700改进版可以提升3%的qe，也就是感光能力会提升3%(虽然感觉没什么卵用。。)

6.功耗降低1/3

IMX700新版有三个浮动电容和两个PGA，这要是还是原来的功耗，IMX700新版的功耗要爆炸了。因此新版IMX700重点优化功耗。功耗降低1/3还是很可观的，这意味着IMX700新版在相同的功耗下能做出更优秀的图像效果以及相同的图像效果下更低的功耗(不过因为读出速度提升一倍，是不是意味着单帧能效比提升了3倍？)

7.热噪降低1/3

索尼在2020年的技术对热噪的控制实际上并不是很优秀(虽然当时肯定对三星和豪威是遥遥领先，碾压级优势的)，现在新传感器热噪约降低1/10吧。IMX700新版的热噪将降低1/3，据说是换了新的材料，以及新的降噪算法。

不过热噪降低1/3对图像的暗光表现的帮助感觉也是不大，因为热噪貌似当前的传感器本身已经很小了。

8.十六合一模拟合并

在IMX700新版上虽然还是quadbayer，但是引入了新的视频技术——十六合一模拟合并，因此在极暗光下可以获得超过IMX608的暗光感光能力，估计能预定新一代暗光视频底。这项技术很有意思，因为目前的传感器输出低分辨率视频都是跳采而非合并，实际上浪费了大量的传感器的面积。比如1200万个物理像素输出4k视频，裁切掉多余的像素是点对点输出，但是输出1080p的视频呢？并非是把相邻的四个像素合并输出成1080p而是隔一行隔一个像素读出一个，因此3/4传感器面积被浪费了。IMX700新版天生具有点对点输出4k，1080p视频的能力，4k算了一下可能支持240fps这样的暴力规格。1080p视频因为模拟十六合一，可以做暗光视频，配合f/1.4大光圈可变光圈，视频暗光感光能力遥遥领先于f/1.8的IMX608，算是既p40之后华为对暗光影像的又一重大升级。

9.还是1/1.28寸？华为暂时不想玩一英寸大底

很多人在传华为要上1英寸大底，不过目前我觉得华为上一英寸的可能性不大。因为华为的旗舰要兼顾大多数人的使用要求，采用IMX700尺寸的传感器就已经很大了，配合可变光圈已经比较激凸，如果采用一英寸再加上可变光圈，镜头凸起一个机身厚不可避免。因此，华为很可能继续走类似于三星的路线，在1/1.3左右的尺寸极限打磨。现在看到的IMX700新版就是这个产物，参数相比一英寸大底极限升级，但是尺寸并不大。但是，配合f/1.4可变光圈，进光量很可能并不输一英寸大底。除了没有双层晶体管，它的实际表现很可能并不输一英寸(好像有点废话，华为就用个破IMX766成像好像也不输一英寸。。。)。坚持1/1.28寸很可能表明了华为坚持做大众能接受的影像旗舰的想法，而非做大板砖影像旗舰，受众太低。同时，借助于已有的IMX608副摄，以及新升级的暗光大底长焦，华为未来的影像很可能率先凑齐三焦段的全焦段大底，全焦段高速读出和全焦段超感光，这配合新的麒麟ISP带来更好的综合影像体验，我觉得是比2020年前的华为和现在的安卓低级刷参数的影像迭代是要好很多的。

新版IMX700的逻辑层由华为自己的fab做，很可能上n+2这样的先进制程或者14nm，真要是这样华为就不受索尼拖后腿了(但是这颗传感器因为索尼那边模拟层出了问题，还是被拖后腿了)，索尼的逻辑层现在最先进的还是台积电22nm。。。14nm的逻辑层意味着就可以堆下很多东西，这些复杂的电路就不是问题了。

后续我怀疑很可能华为会走上传感器自研的道路，毕竟有了自己的fab，买索尼的专利之后用自己的fab造，也未尝不失为一条道路，把造好的传感器交给索尼封装和涂cfa，真要是这天到来，华为的传感器方面就不受索尼落后制程的约束了，岂不是更遥遥领先了。。。那时候说不定比现在还有意思，这可比IMX700这种单纯的深度联合研发定制传感器要有意思多了。