佳能真的是在擠牙膏麽？從CMOS談起

一說牙膏廠，可能最出名的就是相機裡的佳能和半導體裡的英特爾了，其實兩者從市場和技術角度的遭遇都有幾分相似之處——都是銷量的霸者，近期都遇到了競爭對手的強力衝擊，同時也飽受玩家調侃之苦。不過今天暫時不分析英特爾，簡單來說小胖從未覺得它在擠牙膏，它這些年的發力點並不在性能端而已，而且商用領域它始終是高速前進的……今天主要說佳能，一個被“擠牙膏”的品牌。

在差不多10年前，佳能不僅是銷量王，同時也是口碑王，在那時候無論職業攝影師還是高端玩家的第一選擇都是經典無比的無敵兔，現在隨手一搜都能搜到很多由它拍攝的經典風光照（對，我就是要強調風光照這一點）。

而這也是佳能被稱為牙膏廠的開端，最主要的原因就是——競爭對手索尼開大：在2007年低調首推內置列並行ADC的IMX021，於自家A700、尼康D300上試水之後，2012年全畫幅IMX094橫空出世。這可以說是一塊出道即巔峰的CMOS，以此為基礎的索尼A7R、尼康D800、D800E、D810將本底噪聲抑製到了一個質變的級別（熱噪也控制得十分優秀，當然這也是尼康的功勞），因此動態範圍、高感成像大爆發，甚至碾壓了當時的中畫幅CCD，讓風光拍攝的時間關鍵時間節點變得更充裕，而且通過堆棧，以及後來有CMOS防抖的各家都推出了像素偏移功能來進一步增益采樣率、信噪比，各方各面都大幅增加了出片率，因此當年從佳能5D2跳到尼康D800或索尼A7R系列的一線風光攝影師不在少數。

而佳能當時在幹啥？跟英特爾一樣，佳能半導體玩的是傳統Tick-Tock套路，5D2到5D3的改進很小，主要就是CMOS的無縫微透鏡技術提高模數轉換率，因此增強了高感，內核並沒有什麽變化，也正是因為與競爭對手（主要就是索尼）在策略上的大不同，體現在產品上一下子就拉開了差距，所以，不是佳能進步慢，而是對手跑得太快！佳能在半導體上的策略從穩妥的角度來看其實是沒有問題的，這也從側面反映出索尼的膽子的確很大，在那個一直保持虧損的運營狀態下，還敢以犧牲良率為前提往CMOS電路裡塞ADC，後來也證明它這招是真管用了。

佳能直到2016年初的80D才回過神來，開始內置ADC（為什麽都是從APS-C開始？因為APS-C良率高），但比起同階段的尼康D7200和索尼A6300依然被吊打，一來因為是初代集成結構，二來佳能的APS-C本身就比索尼/尼康的APS-C畫幅小個10%出頭，自然不是對手。這裡需要解釋一下網上比較流行的一個觀點：佳能的工藝落伍，具體來說就是模擬層的製程遠遜於競爭對手，但事實上這只會帶來一個問題：功耗和發熱更高（30Wh電池的1DX2實時取景續航：260張……），並不會對成像素質產生質的差別，因為即便都是數字電路，影像傳感器的主頻至今也都是50MHz的水準，完全不能跟處理器或顯卡核心相比，因為頻率根本不是決定其性能的關鍵，就算是當年500nm製程時代，理論上把ADC單元做進CMOS裡也沒有什麽問題，佳能沒這麽做是出於何種理由就不清楚了，反正從80D開始的1DX2、5D4就全都把ADC內置了，但結果就是活生生比對手慢了一拍，所以即便5D4已經達到了佳能機身動態範圍的最佳水準，還是不如D850、A7R3甚至A7M3等競爭對手。

其實就是研究動態範圍，也能發現一些有趣的深層事實，以5D4和D850為例，後者是目前動態範圍和寬容度最高的全畫幅機型，這幾乎成為了公認，但如果我問你：在全部信號放大增益下，也就是全ISO數值下它都能保證碾壓5D4麽？請看DxO的動態範圍測試表：

有木有發現，標稱ISO 800越靠前D850越是吊打，但從標稱ISO 800開始兩者就基本相當，到標稱ISO 1600之後5D4反轉，這種詭異的曲線說明了以下幾件事：內置ADC的5D4後端噪聲在大通光量，也就是散粒噪聲信噪比很高的情況下依然拖了後腿，導致低ISO總體信噪比被踩在地上摩擦。但當ISO提升，即數字信號放大器增益倍率提升，通光量下降而導致散粒噪聲信噪比激增，後端噪聲被淹沒，而佳能CMOS的前端其實做得挺不錯，因此到了高ISO的時候弱點被掩蓋，優點被放大，實現反轉，除此之外18%中性灰信噪比、灰階範圍測試裡，在同標稱ISO數值下5D4全程壓製D850，色深也基本處於相同水準。但D850牛就牛在有ISO 64（你咬我啊~），以及更高像素縮圖後的成像素質提升，可以把原始尺寸裡輸掉的扯平，扯平的變成勝利收場……所以雖然戲稱擠牙膏，但事實上兩者的差距並沒有想象中那麽巨大。

這也就引入了下一個話題：從技術層面來講，都是單反結構的尼康要更思進取一些，從D810開始還通過增加光電二極管阱容的方式實現了原生ISO 64設計，這又讓它原本就先行一步的動態範圍變得更加誇張，D850更是一舉達到了44X33級中畫幅水準，而即便是同底的索尼機身卻沒有採用這一設計，原生只能到ISO100，動態範圍方面無論如何都無法超越ISO 64的D850。但就算是這樣，佳能也有自己走在前面的技術，首先是全像素雙核對焦，這不是單反必備的技術，顯然是為未來的無反機型做準備（你要說有利於影片對焦也行，即便當代佳能的影片功能並沒啥看點），其次是近期佳能正式公開了三塊新CMOS，意圖也很明顯：秀肌肉！

第一塊是1.2億像素APS-H畫幅120MXS，全像素輸出9.4fps，足足配了28條讀取通道，碼率720Mbps，色深10bit，內置ADC，功耗2.5W。這塊CMOS秀了好幾處，首先是速度：內部數據量18Gbps，4條讀取通道為一組總計7組（通常CMOS的讀取通道為8條），老子就不上堆棧，靠通道數硬抗！其次是為高像素實用化試驗新技術，這塊CMOS的像素密度很大，部門像素僅2.2微米的寬度，佳能用了新的電路設計來填補像素空隙，提高量子效率，除此之外讓原本與像素一一對應的浮置擴散電路變成1對4，簡化了CMOS結構，而且可以讓光電二極管做得更大一點，提高靈敏度和動態範圍，隨機噪聲均方根值僅2.1，對未來高像素實用化的發展很有意義。第三點是通過加快采樣保持電路開關速度，來提升模數轉換速度，這同樣也是為加速而生的重點領域。

第二塊是僅僅2/3英寸的全局快門CMOS：3U5MGXS，輸出幀速為120fps，其實它最大的設計特點在像素點的微透鏡上，佳能加入了一個導光結構，可以讓傾斜入射的光線也能更準確抵達光電二極管，15度斜射的光線信號強度從21%提高到了62%。這項技術就更是未來向了，其目的是在告訴大家：我也在做這個東西！

第三塊比較特別，以16:9比例36mm X 20.5mm打造35MMFHDXS，總像素只有220萬，單個像素的邊長達到19微米，面積非常大，而這種設計帶來的好處有2個：首先是靈敏度，也就是量子效率很高，黑白成像在500nm波長的量子效率為70%左右，每秒每lux靈敏度達到了1100000e（RGB版，e即electrons，電子），最高ISO是可怕的4560000……前面提到的1.2億像素120MXS此數值僅10000e；其次是滿阱容量變大，在基礎放大倍率的前提下，阱容可達61000e，還是以120MXS為對比，它的阱容為10000e，而根據動態範圍=滿阱容量/零輸入本底噪聲的定義，滿阱容量是決定動態範圍的兩個關鍵因素之一，換句話說就是輸出分辨率雖然只有全高清，但動態範圍會達到一個新高度。

光子撞擊光電二極管之後形成電荷，但這塊CMOS的部門像素，也就是部門光電二極管積很大，而電荷轉換電極位於二極管的旁邊，離它越遠的電荷電位越低，轉換速度越慢，所以對於這塊CMOS來說，攻克電荷轉移速率不均就成了一個主要課題，佳能的做法是把整個光電二極管區域以電荷轉換電極為中心設計了一個梯度電場，越遠位置的電荷電位越高，移動速度越快，實現整個發光二極管區域光電轉換可以同步。

35MMFHDXS這塊CMOS主要秀的就是靈敏度，這對於航空航天、深海探測、電影等行業領域有很強的未來指向性。

看完佳能秀的這三塊新CMOS，小胖認為佳能算是把它能最快速度體現到成品端的技術儲備都拿出來了，接下來的CMOS在大家最不忿的的動態範圍上小胖覺得也會逐步趕上來，因為就像前面所說，對於民用級CMOS而言，原生ISO100已經成為最大的限制，換句話說就是索尼已經走到了一個瓶頸的位置，發展速度會稍稍放緩，這就給了佳能追上的機會。D810/850通過提高阱容來實現原生ISO是一個突破方向，這極有可能就是索尼CMOS的下一個發展目標，但大家也看到了，在這方面佳能同樣已經開始著手，所以就未來5年的CMOS技術來看，它們很有可能回到同一起跑線上。

當然，佳能擠牙膏也有一定程度是體現在產品布局上，比如6D系列，無論對焦系統、機身做工等各個方面與5D系列都存在很明顯的規格鴻溝，6D2雖然用了相對前代還算看得過去的對焦系統，但祖傳5D3工藝的CMOS在大環境下顯得“槽點滿滿”，尤其是在近期索尼同樣定位入門全畫幅的A7M3襯托下就更那啥了。其實索尼在A7M3出來之前，入門與高端的差距也大得不止一點點，尼康好歹6和8 之間還有個7，哪怕那個7顯得有一些高不成低不就，但至少多個選擇啊……事實上佳能一直都是最恪守等級制度的那個品牌，尼康索尼都挺喜歡玩以下犯上的套路，讓人感覺誠意滿滿，如果你是從這個角度說它擠牙膏，我覺得OK。

鏡頭方面佳能最近的槽點應該是不溫不火更新的24-105mm F4L，和與預期有一點差距的85mm F1.4L，但嚴格來說它們都符合自己的定位，所以算不上擠牙膏。別忘了TS-E的那一堆新品可是獨家的……

新全畫幅無反時代就要來了，據說佳能的新品沿用了5D4的CMOS，其實這也算是穩妥設計，如果能把CMOS防抖也加進去就有點意思了（它申請了專利，但專利往往是保護知識產權），現在索尼一個勁兒地往高速化方向發展，用戶態度也從來都是“我隻管規格好看，比別家強，至於用不用得上是我的事兒”，這就導致了嚴重依賴機械加工的單反結構在數據上遠不如刷邏輯電路的無反好看，換在5年前都算是旗艦級才專屬的10fps連拍，現在索尼最入門的全幅無反標配……就未來發展太空來看，佳能尼康賓得等傳統單反巨頭難免會走一些彎路，擠牙膏這種事情無論是主動還是被動，大家只能心態佛系一點了，畢竟現在看來動態範圍渣到爆的佳能5D2也依然出了非常多好片的，了解得更細的目的是為了別想太多，大家還是好好出片吧。