传感器的性能就是如今虚拟与现实世界之间的瓶颈——徽瑾创投资讯
2018-08-07 10:31:11
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人类依靠五官去感知世界,而机械则依靠传感器。人工智能的大势所趋,让机械对拥有人类五感的需求更大,也要传感器行业更新迭代的速度越发加快。体感交互、远程遥控机器人、无人驾驶这些科幻的场景都离不开距离传感器,可以说传感器的性能就是如今虚拟与现实世界之间的瓶颈。

1全球智能传感器行业市场概况

根据中国信通院最新的数据统计,2016 年全球智能传感器市场规模达 258 亿美元(1710 亿人民币),预计 2019 年将达到 378.5 亿美元,年均符合增长率 13.6%。根据 Global Market Insights 最新的数据统计, 2015 年美洲地区占据了全球市场的最大份额,亚太地区(中国、日本、韩国、印度、澳大利亚)位居第二,占领了 23%的市场份额。美洲地区预计在 2022 年前将一直主导智能传感器市场。而亚太地区由于汽车和消费电子领域等下游产业的带动,则成为市场规模增长最快的地区。2015 年中国传感器行业市场规模为 995 亿元,智能传感器已取代传统传感器成为市场主流,由中国信通院的数据显示,2015 年智能传感器的市场规模约有 106 亿美元(约 698 亿人民币),占国内传感器市场总规模的 70%。目前国内企业产值较低,智能传感器市场几乎被国外企业垄断。

随着传感器技术的不断成熟、价格降低和新技术持续出现,传感器应用范围和出货数量将快速增长,市场容量亦会随之扩大。在美国纽约证券交易所上市的全球知名商业调研公司IHS4认为,目前人们每天使用到100颗传感器,而未来随着智能设备和物联网的普及,至2024年人们每天接触到的传感器数量将激增至300颗。2014年至2022年,全球传感器市场总量将增长25倍,这其中硅基MEMS传感器将成为主流。根据法国知名半导体专业调研公司Yole Development的预测,至2020年全球MEMS产品市场规模将从2014年的约115亿美元增长至约220亿美元。

2中国的MEMS传感器发展态势分析

1、行业处于起步阶段,产业链已初步形成

根据工信部电子一所发布的《中国传感器产业发展白皮书(2014)》,中国中高端传感器的进口比例达80%,传感器芯片的进口比例更高达90%,显示出中国中高端传感器技术和产业化的落后。MEMS传感器作为未来传感器技术发展的重要方向之一,在中国经过不到十年的产业化发展,历经政府、产业资本、行业内公司的共同推动,已初步形成了芯片设计公司、晶圆代工厂和专业封装厂为主的产业链。以敏芯微电子为例,公司花费6年的时间完成了芯片制造工艺和封装工艺在本土晶圆代工厂、专业封装厂的技术导入工作,国内目前为数不多的具备MEMS芯片制造能力的晶圆代工厂中就有中芯国际、华润上华等两家是由敏芯微电子与其合作共同导入的芯片制造工艺,而华天科技的MEMS封装工艺亦是由敏芯微电子与其合作导入,全产业链本土化的Fab-Lite(轻晶圆厂)模式,是敏芯微电子商业化量产的重要前提,亦为今后与国际大厂之间竞争提供了成本压缩的空间。但与集成电路行业高度标准化的CMOS互补金属氧化物半导体制造工艺不同,MEMS传感器具有一条黄金定律,就是“一类产品线,一种制造工艺”,做眼睛的工艺很难用来做鼻子,做鼻子的工艺很难来做耳朵,因此随着国内MEMS传感器产品的进一步丰富,国内MEMS专业代工厂的制造、封装和测试工艺仍有继续建立、完善的空间。

2、多层次的本土市场利于初创企业的发展

由于中国制造业的多层次特点,中国制造业在以往中低端的基础上正逐步向中高端制造业发展,这为MEMS传感器生产企业提供了多层次的本土市场,例如加速度传感器,既有质量门槛较低且需求量巨大的低端“山寨”市场,也有质量门槛较高且需求量同样巨大的高端品牌市场,这非常有利于初创型公司的发展。国际上发展成熟的MEMS厂商可以通过投入大量资金和人员反复进行可靠性实验以验证技术工艺的可靠性和稳定性,但国内本土初创型公司不具备这样的资金实力,“山寨”市场为初创型企业验证并提升技术工艺的稳定性、可靠性提供了难得的机会,企业在技术和生产工艺达到较高要求以后再进入高端品牌市场与国际大公司竞争。

3、单点突破细分市场机会较大

MEMS传感器非标准化的制造工艺导致无论是全球市场还是中国市场在现阶段以及未来十年内都很难出现少数几家公司覆盖全部市场的情形,这为中国本土的MEMS芯片设计企业提供了单点突破的机会。在市场发展较早、出货量较大的麦克风、加速度计和压力传感器市场,中国本土的MEMS传感器设计企业已经取得了技术上的突破,形成批量供货能力,下一步就是进入中高端品牌客户市场,与全球行业内的领先企业竞争市场份额。中国作为全球最大的电子产品生产基地,消耗了全球四分之一的MEMS器件,吸引了全球的目光。但是就目前来看,中国大部分MEMS及传感器仍依赖进口,在2013年全球top 50 MEMS供应商中国厂商仅有三家,瑞声声学(AAC)、歌尔股份(Goertek)和美新(MEMSIC)。排名最高的瑞声声学(AAC)销售额也没有超过1亿美金。但是最近六、七年以来,国内对MEMS惯性传感器的研发热度很高,尤其是2005年~2008年,而且大多集中在国内的顶尖研究机构。清华大学、北京大学、中科院、电子26所等,还有一些海外归国人员创下了一些MEMS传感器企业如美新半导体、苏州敏芯微电子、深迪半导体(上海)有限公司等。中国的MEMS产业生态系统也正逐步完善,从研发、开发、设计、代工、封测到应用,产业链已基本形成,上海、苏州、无锡都形成了研发中心。MEMS麦克风供应商瑞声声学(AAC), 歌尔股份(Goertek),共达(Gettop)等通过收购英飞凌的MEMS和ASIC芯片然后自己封装。美新(MEMSIC)的加速度计和磁力计,深迪(Senodia)的磁力计和陀螺仪,明皜(MiraMEMS)加速度计、磁力计、6轴电子罗盘,矽睿(QST)加速度计和磁力计在市场上都有些竟争力。

由于MEMS传感器在消费端的应用已经由高端市场逐步扩散到一些低端手机、可穿戴式设备。这一块的应用市场未来也很大,而深迪半导体目前主要切入这个市场。中国MEMS公司由于与国际大公司的技术差距,未来会集中“进攻”低端消费MEMS领域。在这些要求不高的领域还是有很强的竟争力。

4、政策和技术双双力挺智能传感器发展

自 2011 年国家推出《物联网“十二五”发展规划》以来,智能传感器产业的发展迎来一波利好。2011 年 11 月 28 日,国家工业和信息化部印发《物联网“十二五”发展规划》,主要发展任务中明确提出:“重点支持智能传感器研发和基于 MEMS 的传感器等关键设备的研制;加快建设智能传感器关键技术标准体系;推动传感器制造业高端化发展。”在国家政策的支持下,一些技术型公司如苏州敏芯微电子公司、深迪半导体公司陆续实现了 MEMS 智能传感器的量产。2013 年以来,基于 MEMS 技术和 CMOS 技术的智能传感器产品逐步实现自主研发、产业化技术突破的目标,代表企业有歌尔股份、紫光股份、苏州固锝等。2017 年 5 月工信部副司长彭红兵透露《智能传感器产业三年行动指南(2017-2019》已获部长办公会正式审议通过。此次行动指南明确了智能传感器发展的四大任务:

1) 补齐设计、制造关键环节短板,推进智能传感器向中高端升级;

2)面向消费电子、汽车电子、工业控制、健康医疗等重点行业领域,开展智能传感器应用示范

3)建设智能传感器创新中心,进一步完善技术研发、标准、知识产权、检测及公共服务能力,助力产业创新发展;

4)打造长三角、珠三角和环渤海产业集聚区,引导智能传感器产业组织方式向虚拟 IDM 模式或IDM 模式发展。

尽管国内整体技术水准与国外顶尖技术还存在一定的差距,但是切入细分领域较早的技术型公司的自主研发能力经过多年的积累已经可以与国外媲美,培养稳定的客户群,部分产品甚至实现了出口。中国内陆歌尔声学和香港瑞声科技在 2016 年全球 MEMS 传感器公司营收前三十排行榜中分别位列第 19 名和第 25 名,两家公司主要覆盖声学传感器及解决方案。歌尔声学在 2014 年全球营收排名位列第 27 名,短短两年在国际市场就上升了 8 名,可见国内龙头企业的技术达到国际前沿水平。

2015 年国内企业产值约为 14 亿美元,预计 2019 年国内产值将达到 37 亿美元,复合年均增长率为37%。根据中国信息通信院预测,2019 年中国智能传感器市场规模将达到 137 亿美元,意味着本土化率将从 2015 年的 13%提升到 2019 年的 27%。

 
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