三星两亿像素HP2技术解析：大满阱，双增益，与全向对焦

刚刚发布的三星HP2极有可能成为S23Ultra主摄CMOS，尺寸1/1.3''，两亿像素十六合一，单像素0.6微米。从尺寸上看并不出奇，但这次三星点到了另一个科技树。

超大满阱容与D-VTG技术

HP2的亮点在于其采用的D-VTG技术，即“双竖置传输门”，能够大幅增加单像素的满阱容（FWC），在面积相同时阱容能相比前代ISOCELL的提升33%。这对于平面尺寸受限的手机CMOS至关重要，尤其是HDR高光压制和阳光下的信噪比。

HP2的这个D-VTG技术出现在22年三星在Solid State Electronics期刊上发表的一篇论文。原文中，光电二极管PD原对应的一个传输门TG变为两个，并且TG相比于PD竖置，称之为Dual Vertical Transfer Gate.

D-VTG技术好处在于：不仅有更好的传导效率，因为TG控制电子从PD流向FD；而且能增大电荷井的电势差（potential difference），从而增大PD最多能承载的电子数量即满阱容。

大FWC代表了充足光照下更多的极限进光量，无论是对高光压制还是暗部信噪比都有帮助。

论文中，三星原设计的单像素6000个电子通过新技术，猛增到9000个电子，即最大吃光1.5倍，和目前HP2宣传的33%提升较吻合。

而最新的IEEE论文已经证实HP2单像素满阱为10000个电子。要知道A7R4/R5像素尺寸大一个量级，满阱才36000个电子。

Dual Slop Gain

而HP2这次着重提到的HDR技术“Dual Slop Gain”即DSG，个人认为是“dual conversion gain”即DCG的一种。

三星说的“two separate conversion values”其实就是一大一小两个FD区的读出电容，小电容对应高转换增益，conversion gain。

可以将看conversion gain成斜率，即“单位电子能转化成的电压”，单位是mV/e-，这就是宣传中“Slope”的由来。

而在三星的IEEE论文中，确实有讲到FD区电容切换来切换转换增益，不过三星论文中秀了一把，三个电容玩起了三增益TCG，可惜以目前情况看HP2并未实装。

关于2亿像素与对焦

HP2确实是手机摄影的正确方向。不是说HP2像素量高，而是三星选择让传感器在竖向发展，有几率抗衡一英寸，尤其是手机小底通常配大光圈时。

当然像素量高也有好处，HP2的两亿像素相当于四合一的5000w像素里还再分四格，做Quad PD对焦，即两个斜向与横/竖都能做相位检测，并且没有传统遮蔽式对焦排排损失像素的问题。

而三星的四核对焦，相比于索尼的2x2ocl，优势在于小像素内仍有隔离墙，串扰更小且更利于算法还原细节。

综评

可以说HP2是目前最平衡的主摄CMOS，当然手机CMOS还有很长的路要走，尤其在速度上。

我认为应该把HP2当成50mp四合一，但每个小像素自带对焦功能的一块儿底，因为它的DSG功能在200mp是不能开启的。同时200mp下读出速度仅15fps，对于偏重堆栈的手机来说太低了。

关于和一英寸的对比，我认为量产手机不会有比一英寸更大的底了。镜组厚度和物理焦距限制了手机不可能极限发展超大底，而此时往CMOS纵向做文章则大有可为，这就是HP2的核心思路。