自給率不足的尷尬：中國傳感器市場一窺

Yole Developpement 2016年5月報告提到，預(yù)計到2021年，各類MEMS傳感器產(chǎn)品的市場容量會達(dá)到200億美金，而整個傳感器市場預(yù)計有上千億美金的市場規(guī)模。消費類、汽車電子、工業(yè)類、醫(yī)藥電子會貢獻最多的市場增長。智慧物流、智能家居、無人機以及各類智能機器人等IoT相關(guān)新興應(yīng)用領(lǐng)域，都是增長的重要動力。

不過中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟給的數(shù)據(jù)則提到，中國傳感器市場自給率偏低，雖然消費能力占到了全球大約30%，但中國國產(chǎn)傳感器產(chǎn)品只有全球的約13%。中國傳感器物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副秘長、國家智能傳感器創(chuàng)新中心副總裁朱家麒說：“每年大概全國有120萬臺的變送器使用量，基本上都是國內(nèi)生產(chǎn)的，但是芯片全部是進口，也就是說真正的核心技術(shù)在海外。”

Sensor China 2019中國（上海）國際傳感器與應(yīng)用技術(shù)展上，杭州麥樂克科技股份有限公司董事長呂晶給的數(shù)字則顯得更不樂觀：“中國傳感技術(shù)是比較落后的，需要全行業(yè)的共同努力奮進。2007年的數(shù)據(jù)，中國中高端傳感器99%以上是進口的；到2016年還有96%是進口的。”“中國傳感中高端市場的形勢也不容樂觀，并不比芯片行業(yè)好多少。2018年7月3日，國家集成電路創(chuàng)新中心、國家智能傳感器創(chuàng)新中心在上海成立，說明國家很重視傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我們對這個行業(yè)很有信心。”

我們在前不久的Sensor China 2019論壇采訪了幾家企業(yè)，或可大致一窺現(xiàn)如今中國傳感器市場的現(xiàn)狀。結(jié)合上個月月底的WAIC 2019世界人工智能大會“傳感驅(qū)動智能變革”分論壇上，中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布《中國MEMS及先進傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍(lán)皮書》，亦可稍稍描摹行業(yè)現(xiàn)狀和前景（雖然這份白皮書可能更偏向于MEMS傳感器領(lǐng)域），朱家麒在會上分享了其中的部分內(nèi)容。

中國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

上世紀(jì)五十年代傳感器開始大規(guī)模應(yīng)用，最早的應(yīng)用是工業(yè)和汽車，以物理量的變化作為傳感源；再往后發(fā)展不僅依賴物理變量，而靠信號轉(zhuǎn)變來做測量。“2000年以后，傳感器有大的發(fā)展，我們要感謝喬布斯，智能手機是傳感器發(fā)展的重要推動力，最早應(yīng)用就是手機翻轉(zhuǎn)的重力傳感器。后來導(dǎo)航、指紋識別、高度計都在大量應(yīng)用。”“MEMS其實就是微機械結(jié)構(gòu)的一個器件，像光學(xué)它并不屬于這個范疇，也是我們最近發(fā)展比較快的一個領(lǐng)域，和電子、半導(dǎo)體技術(shù)結(jié)合，小尺寸、低成本、低功耗，MEMS傳感器依靠半導(dǎo)體技術(shù)推進。”

“我們統(tǒng)計過全球傳感器類型大概在三萬左右”，而MEMS及傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域可切分成消費電子、汽車、醫(yī)藥電子和工業(yè)四部分。

• 消費電子是傳感器最大的市場，以智能手機等各類智能設(shè)備為代表，國內(nèi)智能手機行業(yè)發(fā)展仍然處在一個黃金期，所以足以帶動MEMS及傳感器產(chǎn)業(yè)持續(xù)深入——2014年一款手機上的傳感器數(shù)量大約在12個左右，2021年預(yù)計將達(dá)到20顆；
• 汽車中應(yīng)用的MEMS傳感器超過了50顆（確保安全性的約24顆，引擎管理平均11顆，確保駕駛舒適性的平均16顆），加速計、壓力、陀螺儀應(yīng)用最多，合計占比超過95%；
• 生物醫(yī)藥/大健康相關(guān)的傳感器，超聲、紅外等用于診斷的傳感器是主體，主要用于監(jiān)測人體物理學(xué)、化學(xué)、生理學(xué)參數(shù)，醫(yī)學(xué)圖像，在醫(yī)療預(yù)防、診斷、治療、康復(fù)全過程都需要大量傳感器——MEMS傳感器的應(yīng)用讓醫(yī)療行業(yè)實現(xiàn)更高的精度、更高的效率，同時降低成本；
• 工業(yè)領(lǐng)域已無需贅言，這是個相對成熟的領(lǐng)域，傳感技術(shù)早就開始應(yīng)用了，但尤其在工業(yè)4.0和IIoT正當(dāng)興盛之際，智慧工廠依賴于大量新型傳感器——所以這又成為一個重要市場；2016年傳感器在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用規(guī)模為350億美元；中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟也提到，在高端工業(yè)傳感領(lǐng)域，中國90%的產(chǎn)品仍然依賴于進口；而在中國IoT快速發(fā)展的背景下，工業(yè)領(lǐng)域的傳感器會迎來一輪新的發(fā)展機遇。

國內(nèi)的“先進”傳感器產(chǎn)業(yè)地域分布，長三角地區(qū)產(chǎn)業(yè)規(guī)模居首位，是國內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)研發(fā)設(shè)計和制造中心。包括無錫國家傳感網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)、杭州電子信息產(chǎn)業(yè)示范基地、上海物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)基地都集中在這一區(qū)域。我們在Sensor China大會采訪的麥樂克科技，以及晶華微電子在該領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)有相當(dāng)成就的企業(yè)，都在杭州。

除了長三角地區(qū)以外，珠三角、環(huán)渤海以及中西部地區(qū)也有傳感器產(chǎn)業(yè)分布。珠三角地區(qū)以各類應(yīng)用端產(chǎn)品帶動傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展，環(huán)渤海地區(qū)以北京為核心，以研發(fā)設(shè)計為主導(dǎo)，研究所非常集中——很多企業(yè)是從研究所、大學(xué)孵化出來的，這也是中國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大特點；中西部以往的重工業(yè)和一些軍工應(yīng)用相對集中，現(xiàn)階段則結(jié)合各地優(yōu)勢，發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化試點應(yīng)用。

MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)鏈的主體結(jié)構(gòu)從下至上，包括基礎(chǔ)材料、工藝設(shè)備、工藝平臺、封裝測試、優(yōu)化設(shè)計、系統(tǒng)集成，以及終端應(yīng)用。各層級的參與者如上圖所示。中國在整個MEMS和先進傳感器的產(chǎn)業(yè)布局上，相對比較完整，每一個環(huán)節(jié)都能夠看到國內(nèi)企業(yè)的身影，但起步較晚，發(fā)展階段和規(guī)模都仍需時間推進。

在科研、設(shè)計、制造、工藝設(shè)備等方面，中國和海外的差距還是比較大的。其中應(yīng)用和系統(tǒng)集成是現(xiàn)階段中國的強項——這個層級的參與者也比較多，具體的應(yīng)用層級有小米、華為等廠商，不僅是手機，智能家居等門類的產(chǎn)品也是現(xiàn)在的熱點。畢竟全球最大的市場就在中國，靠上層級在市場需求上會顯得最為迫切。

“目前中國消耗了全球接近50%的傳感器，因為大量的智能手機、無人機、家電就在中國制造，但傳感器的國產(chǎn)率非常低，只有百分之十幾。”

國外參與者：“尋求合作，緊跟中國市場需求”

IoT、大數(shù)據(jù)、人工智能發(fā)展的基礎(chǔ)，是有大量的數(shù)據(jù)。“傳感是智能之父，數(shù)據(jù)是智能之母。”這是麥樂克科技董事長呂晶，在接受采訪時提到的提到的“業(yè)內(nèi)的”一句名言。在IoT、人工智能、工業(yè)4.0、5G等一系列不同維度技術(shù)熱點的推動下，傳感器行業(yè)進入一個新的快速發(fā)展通道也就變得很好理解。

如朱家麒所說，中國有著全球最大的傳感器市場，這就足以吸引一大批國外廠商駐足停留，去深入了解中國市場的需求。與此同時，現(xiàn)在這個時間節(jié)點恰逢中國政府大力扶持國內(nèi)半導(dǎo)體和傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已經(jīng)在中國深耕多年的國外廠商為了確保市場份額和營收增長，勢必需要采取策略或轉(zhuǎn)換思路來應(yīng)對國際環(huán)境對業(yè)務(wù)造成的影響。

實際上，今年的Sensor China展會很能表現(xiàn)這方面的趨勢。就國外廠商針對現(xiàn)如今中國市場的態(tài)度，我們分別采訪了美國的霍尼韋爾與瑞士的SENIS。雖然可能并不能全然反映MEMS，卻也是對傳感器整體市場的窺探。霍尼韋爾在展會上展示的產(chǎn)品著力工業(yè)領(lǐng)域，包括安全與生產(chǎn)力解決方案（Safety and Productivity Solutions）——這也是霍尼韋爾目前成長最快的業(yè)務(wù)線。

這里的安全產(chǎn)品包括針對工作、戶外活動等的個人防護設(shè)備、防護服、氣體檢測技術(shù)、基于云的通知和緊急消息。比如氣體防護避免中毒、爆炸、窒息等危害，而個人防護產(chǎn)品則應(yīng)對切割、砸傷等危害。典型的像是霍尼韋爾展位上在展示的針對石油石化行業(yè)的丙烯腈產(chǎn)品，丙烯腈是比較特殊的氣體，也是相對小眾的市場——深入到這樣的小眾市場，也唯有霍尼韋爾這樣的參與者才有相應(yīng)的支持資源了。

霍尼韋爾展位上的環(huán)境空氣質(zhì)量傳感器

霍尼韋爾的超小尺寸壓力傳感器

“傳統(tǒng)的工業(yè)安全氣體傳感器市場，如石油石化、冶金、煤礦等，是我們這塊最大的市場，一直保持著平穩(wěn)增長。我們看好石油石化市場的發(fā)展，雖然市場受中美貿(mào)易等地緣政治影響比較大，但只要油價能保持在60美元附近波動，市場就能保持穩(wěn)定增長，增速不會低于中國GDP。”霍尼韋爾傳感物聯(lián)氣體傳感器大中華區(qū)銷售總監(jiān)華晴在接受采訪時表示，“中國兩位數(shù)增長的市場，一定和環(huán)保相關(guān)，未來3-5年將保持快速增長勢頭。”

“在保持加大投入的同時，霍尼韋爾愿意與眾多產(chǎn)業(yè)參與者共同將環(huán)保市場做大。在中國這個有足夠空間預(yù)期的市場里，相信所有產(chǎn)業(yè)鏈參與者都會找到各自的增長點。”這里所謂環(huán)保市場，霍尼韋爾的主要應(yīng)用場景是廢氣排放，比如說揮發(fā)性有機物的檢測，具體到超低濃度排放、小型鍋爐改造，對氮氧化物和硫化物的監(jiān)測等。“中國一直在努力提升安全、環(huán)保方面的規(guī)范，要求滿足中國標(biāo)準(zhǔn)的傳感器。標(biāo)準(zhǔn)制定會參考其他國家，但最終會形成適合中國市場的標(biāo)準(zhǔn)，這是個過程。”這其實是霍尼韋爾表達(dá)期望參與市場的某種態(tài)度。

SENIS是一家從事磁場、磁材料檢測與測量的企業(yè)，如磁測量的儀表、大型磁場掃描測繪儀。許多產(chǎn)品都被中科院等科研院所、歐洲的離子加速、核磁反應(yīng)研究機構(gòu)采用。“但我們在傳感器行業(yè)真正開始做準(zhǔn)備，我們回到半導(dǎo)體行業(yè)是在2013年的時候，我們的創(chuàng)始人Prof. Popovic教授將手頭的專利做成了新的產(chǎn)品，包括這次Sensor China展會上展示的3D霍爾傳感器和角度傳感器。”

SENIS展臺上的快速角度測量傳感器（Fast Magnetic Angel Sensor）演示

其3D霍爾傳感器“做到了業(yè)界最小的測量點，在3D磁場里測量點越小，代表XYZ三個軸表征的矢量越準(zhǔn)確。而快速角度測量傳感器是目前世界上最快的測量角度傳感的芯片，可以做到20萬轉(zhuǎn)，是目前世界上最快的。”SENIS研發(fā)項目經(jīng)理Thomas Kaltenbancher博士表示。

SENIS展示的3D霍爾傳感器芯片SENM3dx

3D霍爾傳感器可實現(xiàn)對3D電流，以及物體位置移動測量——如控制遙感、線性位移接近等。而快速角度測量的應(yīng)用，比如無刷直流電機控制：在做FOC矢量控制時，需要了解精確的轉(zhuǎn)角位置：轉(zhuǎn)子的位置和電流，控制電機轉(zhuǎn)向。“SENIS的測試測量業(yè)務(wù)進入中國市場大概有7、8年了，現(xiàn)在是傳感器、芯片進入中國市場，想在中國尋找一些新的合作。”

“從中美貿(mào)易摩擦，我們也看到了國家對本地芯片研發(fā)力度的扶持。我們希望把歐洲的一些技術(shù)帶到中國來，扶持中國企業(yè)快速成長。”“歐美國家雖然有很強的技術(shù)，但要跟著中國的需求走。未來SENIS的戰(zhàn)略，我們期望跟中國企業(yè)合作，把歐洲的技術(shù)在這里落地、產(chǎn)業(yè)化。”尤其“歐洲公司在技術(shù)上有很強的深厚底蘊，我們的教授今年75歲，仍然在出書、寫專利；而中國做產(chǎn)業(yè)化很強，雙方合作取長補短各取所需。”

中國企業(yè)：“我們盡量多用自己國產(chǎn)的”

霍尼韋爾在展會上展示了“I”系列傳感器產(chǎn)品。這個系列的傳感器“帶自診斷，它會告訴客戶，產(chǎn)品何時需要去標(biāo)定、何時壽命到了、何時需要更換”。這是現(xiàn)如今智能傳感器的某種進化方向——當(dāng)然霍尼韋爾的這系列產(chǎn)品針對的是工業(yè)安全領(lǐng)域。

華晴說：“這系列的傳感器產(chǎn)品，本身需要針對工業(yè)安全領(lǐng)域的不同應(yīng)用場景做優(yōu)化，也就是算法優(yōu)化。比如環(huán)境感知，我們知道不同環(huán)境下溫度、濕度會對產(chǎn)品造成影響，這就需要針對不同產(chǎn)品，采用相應(yīng)算法寫到固件中，進行補償、優(yōu)化，達(dá)到最佳性能。”“不同客戶給予同一款傳感器做出來的儀表，性能不同。我們的做法是把這樣的know-how寫到芯片里面，讓產(chǎn)品在客戶一側(cè)也有標(biāo)準(zhǔn)輸出，幫助客戶開發(fā)產(chǎn)品。”

這可能是現(xiàn)如今工業(yè)乃至全領(lǐng)域，傳感器智能化的發(fā)展難點。杭州麥樂克科技股份有限公司董事長呂晶也在采訪中告訴我們：“標(biāo)定很難，傳感器檢測時精度越高，受環(huán)境影響越大，所以我們需要進行標(biāo)定，告訴傳感器在不同溫度、濃度等狀態(tài)下如何進行補償，做到精準(zhǔn)檢測。”

Sensor China 2019展會上的麥樂克展位

“麥樂克花了3000多萬，用兩年時間建立了全套的標(biāo)定體系。這套標(biāo)定系統(tǒng)是向德國設(shè)備商定制的，可以自動控制，再由我們改造成標(biāo)定設(shè)備：其實具體的標(biāo)定細(xì)節(jié)制造商完全不了解，是我們特有的技術(shù)。其他廠商可能在常規(guī)狀態(tài)下表現(xiàn)也不錯，但不同環(huán)境下的差距就非常明顯了。”

麥樂克科技是“從核心元器件到終端解決方案全覆蓋的傳感技術(shù)公司”。其傳感器核心元器件，涵蓋了應(yīng)于在中高端應(yīng)用場景的產(chǎn)品，比如航天領(lǐng)域——這是呂晶在談到時特別自豪的部分：“常規(guī)工業(yè)測溫傳感器精度是0.1度，我們的紅外測溫精度是0.01度，是目前領(lǐng)先的技術(shù)，用在特殊的航天發(fā)動機里面，可以精準(zhǔn)控制其監(jiān)測對象的溫度穩(wěn)定；也可以應(yīng)用到要求比較高的車載應(yīng)用中，對電機溫度進行精準(zhǔn)控制。”“中國中高端傳感器很少，德國傳感技術(shù)專業(yè)協(xié)會（AMA）評價麥樂克是全球最高端的3家紅外探測敏感元件生產(chǎn)廠家之一。”

而其終端產(chǎn)品的目標(biāo)場景是智能家居、智慧生產(chǎn)、智慧園區(qū)。河北雄安新區(qū)，麥樂克有個與阿里云合作的項目。“雄安政府每個房間都裝了麥樂克的智能產(chǎn)品，就像開關(guān)一樣裝在墻上，可以監(jiān)測溫度、濕度、PM2.5、空氣質(zhì)量等，就能控制整個系統(tǒng)，工作環(huán)境更舒適。”呂晶所說的是個五合一的紅外復(fù)合傳感器，2015年以傳感器模組的方式問世，“入了科技部的技術(shù)庫”。

麥樂克的煙感傳感器終端產(chǎn)品，在外觀設(shè)計上還得了紅點獎

“去年年底智能市場需求起來了。尤其是后端市場（終端智能設(shè)備），相比我們的前端已經(jīng)超過1倍以上。麥樂克去年第四季度投的智能傳感器工廠已經(jīng)在今年7月開始批量生產(chǎn)，就在深圳華為基地旁邊，6000平米。我們的布局是在杭州做前端芯片，智能單品、模組、終端在深圳生產(chǎn)。”“今年我們剛拿了一個國家重點研發(fā)計劃，就是以前的‘863計劃’。”

“我們的人才以自己培養(yǎng)為主，目前傳感這行還沒有專業(yè)的，都是不同專業(yè)跨界過來的。說起來真有這個專業(yè)也輪不到我們，都進大公司了。但我們有100多項專利，60多個發(fā)明專利。設(shè)備發(fā)明專利全是我們的，跟其他國家、其他人無關(guān)。麥樂克的傳感器技術(shù)已經(jīng)超過美國公司，NASA還找我們購買產(chǎn)品。我們的設(shè)備是我們自己設(shè)計，在日本和德國定制的專用設(shè)備，市面上買不到，有競爭門檻。”呂晶所說的“NASA”想要“購買”的“產(chǎn)品”，應(yīng)該是指應(yīng)用于航天的傳感技術(shù)。

晶華微展示的儀器儀表芯片解決方案

除了麥樂克之外，我們還在Sensor China采訪了杭州晶華微電子，這是傳感系統(tǒng)另一個層級的參與者。晶華微是專注模擬和數(shù)字混合SoC芯片的企業(yè)，“外面一個微弱的模擬信號進來，可能只有兩三毫伏，里面的放大器將其放大，ADC把它變成18位、20位的數(shù)字信號，在芯片中做各種信號處理、校準(zhǔn)，最終輸出可能經(jīng)過UR、IC通信，輸出也可以集成LCD、LED，我們的產(chǎn)品就是這顆高度集成的芯片。”杭州晶華微電子有限公司總經(jīng)理兼技術(shù)總監(jiān)羅偉紹介紹說。

市面上一些很常見的廚房秤、體重秤、計壓秤都能見到晶華微的這種帶ADC的混合信號處理SoC。“包括工業(yè)上面的一些壓力計、溫度，都是由前端傳感器，傳輸一個很弱的信號，進入我們的芯片，我們進行模擬和數(shù)字處理，再做輸出。”“我們現(xiàn)在一個月大概有500-700萬片的出貨量，在中國秤械方面，我們有差不多一半的量。”

“除了設(shè)計芯片之外，很多客戶我們還幫他們開發(fā)方案，為他們設(shè)計軟件、做電路設(shè)計。我們的芯片剛剛做出來的時候，去推廣發(fā)現(xiàn)難度很大，很多用戶的強項在制造，在產(chǎn)品設(shè)計方面不夠出色，所以以前很多做解決方案的公司來買我們的芯片，他們?nèi)ソo客戶做方案。我們覺得我們自己也能提供這樣的服務(wù)，我們的應(yīng)用工程師和設(shè)計工程師在同一層樓工作，應(yīng)用工程師對芯片內(nèi)部也熟，協(xié)作更緊密，這是我們的優(yōu)勢。”

4-20mA帶Hart智能通信demo板

實際在工控領(lǐng)域，晶華微還有個model芯片HART，“在4-20mA模擬通信上，再加一個數(shù)字信號。速度不快，但要求安全性和可靠性。我們完全是自主研發(fā)，那時候也沒有伸手向國家要錢，真的是100%自己掏錢來做的。（Hart芯片）2008年做出來了，到現(xiàn)在我們也賣了差不多上千萬片。那會兒全中國就只有我們一家，當(dāng)時全世界只有三家——我們是第四家。這兩年我們出了二代，現(xiàn)在市場份額全球占到1/3左右。”

“國內(nèi)現(xiàn)在的儀表很多都已經(jīng)國產(chǎn)化了，上天的衛(wèi)星、火箭很多東西都是咱們自己的東西，汽車也是。但核心芯片都還是進口的，我們中國要盡量用多自己國產(chǎn)的芯片。中國以前做的芯片不行，但一直在改進，包括晶華微和很多其他工作做出來的產(chǎn)品現(xiàn)在真的一點都不差。以前國內(nèi)這些工控行業(yè)，他們很多不想用國產(chǎn)，因為工控利潤高，不需要為了幾塊錢用國產(chǎn)芯片?，F(xiàn)在美國總統(tǒng)幫了我們的忙，國內(nèi)工控領(lǐng)域也不得不開始考慮用國產(chǎn)芯片了，我覺得是好事。”

麥樂克現(xiàn)如今經(jīng)常在國內(nèi)舉辦相關(guān)智能傳感器的技術(shù)論壇，呂晶說：“《2019家庭智能傳感器白皮書》是我們發(fā)的，我是組長。我們公司還有一個核心元件的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是我們自己牽頭做的，讓我們的標(biāo)準(zhǔn)上升到國家級的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。我覺得應(yīng)該為行業(yè)做貢獻，雖然國內(nèi)的傳感技術(shù)現(xiàn)在是落后的，但我們的進步越來越快，國家越來越重視傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我們對這個行業(yè)有信心。”

在確保整個產(chǎn)業(yè)鏈布局已經(jīng)開始全面化之后，各層級的參與者通力合作，甚至開始自己制定標(biāo)準(zhǔn)，以及如霍尼韋爾與SENIS所說，幫助中國一起做技術(shù)升級和標(biāo)準(zhǔn)制定，中國MEMS及傳感器行業(yè)的未來可期。

責(zé)編：Yvonne Geng