国产传感器为啥无缘千亿商机?

据不完全统计,全球产品化的传感器大约有2.6万种,我国仅能量产其中的1.4万种。同时,我国消耗了全球约30%的传感器,而国产传感器产品只占全球的13%。

在物联网时代,智能设备与现实世界之间的互动,主要依赖MEMS和感测器技术。据Gartner预测,2020年全球将有300亿个无线传感器节点,到“万物互联”时代传感器节点数量可达到万亿级。虽然,近年来我国大力扶持智能传感器的发展,但是市场上暂无大批量新传感器出现,主要是因为在目前的MEMS工艺基础上,传感器从设计到量产需耗费大量的精力,想要加快MEMS传感器的量产速度,需要业界找到加速MEMS开发的方式。在某种程度上,传感器的量产难度甚至超过造“芯”。

围绕MEMS工艺和应用来创新

传感器自诞生以来,大致经历了结构型、固体型、智能型三个阶段,随着各类技术的进步,前两类传感器逐渐无法满足对数据采集、处理等流程的需求,融合了AI技术的智能传感器开始受到关注。

虽然传感器并不是新兴产品,它早在20世纪50年代就已经出现,但是由于敏感机理、敏感材料不同,使用场景、工作环境,以及被检测介质与个性化参数、结构复杂等特点,一直以来,各种传感器产品处于小批量生产的状态。在过去很长一段时间里,各国的技术人员针对传感器的工艺技术、产品规范化、功能集中化等方面做了很多创新和努力,也出现了不同特色的技术成果。

据资料显示,在25年以前,美国硅谷的传感器厂商以MEMS工艺技术为基础,根据不同行业和功能的需求,展开了不同封装结构的各种传感器产品创新。到2011年,这些厂商提高了MEMS工艺技术在晶体与非晶体、各种半导体材料上的应用和多个领域的工艺技术创新,提升了传感器的产业化基础水平;在多功能集成化、模块化构架、嵌入式能力、网络化接口等方面形成了创新与突破。美国的传感器厂商们认为,传感器产用难以对接的矛盾已经得到极大改善,MEMS工艺已经成熟,随后便开始着手推广使用。

此处说的MEMS可以理解为:将传统传感器的机械部件微型化后,通过三维堆叠技术,如三维硅穿孔TSV 等技术,把器件固定在硅晶元上,再根据不同的应用场合,采用特殊定制的封装形式,切割组装而成的硅基传感器。它既具备IC硅片加工批量化生产的成本优势,又具有微型化和高集成度。因此,业内人士普遍认为,MEMS是替代传统传感器的最佳选择。

国内产业链现状如何?

智能传感器的发展历史

从上个世纪开始,我国就已经在智能传感器领域展开探索。20世纪80年代,以国防科技大学为主的大专院校相继报道了智能传感器相关的研究成果;20世纪90年代初,国内几家研究机构采用混合集成技术研制出实用的智能传感器;到2010年,我国机械工业仪器仪表综合技术经济研究所(ITEI)初步建立起智能传感器系统标准体系架构。此后,伴随物联网和智能制造的兴起,智能传感器得到了广泛地关注。近年来,我国政府对智能传感器产业的发展加大扶持力度,到现在行业现状如何?

对此,美新半导体副总裁卢牮解释说,在各级政府积极引导、国产替代大力支持下,中国智能传感器产业链已经初步形成了从晶圆生产、制造到传感器设计与封测的完整链条,并涌现出一批优秀的国产企业。如今,国产传感器已经能基本满足中低端应用的需求。不过在高端传感器产品上,能够与国际厂商竞争的国内厂商还不多。“国产智能传感器在材料、性能和结构的创新突破上还存在提升空间。”奥比中光副总裁孔博用一句话来概括。

《国际电子商情》找到三组数据:一、中国信通院数据显示,2015年智能传感器以70%的市占率,取代传统传感器成为中国主流传感器产品;二、据不完全统计,全球产品化的传感器大约有2.6万种,我国仅能量产其中的1.4万种;三、中国传感器与物联网产业联盟数据显示,我国消耗了全球约30%的传感器产品,但国产传感器产品只占全球的13%。上述这些数据在一定程度上佐证了受访者对我国传感器产业链的“相对落后”的表述。

不过,值得肯定的是,在个别细分领域,国内传感器厂商已经在积极追赶,在某些技术上甚至已经开始领先。比如,瑞声科技、歌尔声学的声敏传感器实现了产业化规模生产;中国在温/湿度传感器上具备规模化量产能力;奥比中光是亚洲首家、全球第四家量产消费级3D 传感器的厂商;美新半导体推出了全球独家热式加速度计、最小尺寸的磁传感器等等。

当前,国内有近5000家仪器仪表企业,有1600多家可不同程度地生产制造敏感元件及传感器,其中小微企业占了95%以上,这些厂商缺乏足够的人力、物力、工艺技术条件,导致我国传感器产业化基础薄弱,缺乏应用开发和技术创新能力。基于以上问题,业内人士给出的解决方案是:通过在经济、技术优势和发达地区,聚集传感器专业性公司和科研院所,组成具有国际市场影响力的产业集群或基地,来实现产业化集群式发展。

MEMS传感器的量产瓶颈

近年来,很多集成电路企业尝试把集成电路工艺流程带入MEMS传感器领域。但MEMS传感器涉及多学科的交叉与融合,它暂无固定成型的标准化的生产工艺流程,每一款MEMS都针对下游特定的应用场合,具备有独特的设计和对应的封装形式,这些形式往往千差万别,造成整个商业化流程可能需要5-10年。与此同时,MEMS传感器的商业模式仍需考虑多种因素,比如了解客户的特点,找到合适的供应链等等。

另外,一些品类的MEMS传感器因缺乏规模经济,在产量提升方面也面临较大的困难。如果其需求量达不到一定的指标,对企业而言新增完全一样的产线性价比并不高。物联网时代的特点是,根据设备使用环境的差异性,来配备不同的MEMS传感器。现有的MEMS制造技术,只能满足大体量的传感器的需求。这意味着,物联网时代数万亿节点的实现并不容易。

现有MEMS技术基础上,传感器厂商的创新面临着许多困难,比如传感器的应用场景分散,不易形成规模效应,研发周期和产业化周期较长,发展速度很慢等。为了避免这类问题的出现,卢牮认为企业在产品正式投入研发前,就要做好充分的前期市场预研和项目立项,从市场前景、技术专利、市场竞争、政策到客户调研等方位提供产品立项决策参考。在研发和生产过程中,实施科学地项目管理、质量控制,依靠一流的供应链体系支撑,来确保按时按质投产交付。

对使用量大的传感器品类而言,势必有更大的动能来推动厂商的投入。近年来,手机和汽车对智能化的追求提升了相关传感器的需求。2014年,平均每一台智能手机需要消耗12颗MEMS传感器,到2021年,每一台5G手机则要消耗20颗MEMS传感器。博世统计数据显示,现在平均一辆智能汽车使用50颗以上的MEMS传感器,其中加速计、压力传感器、陀螺仪的应用合计占比超过95%。

据Yole Développement预测,2023年移动细分市场将为传感器和执行器创造530亿美元的价值,汽车市场将为传感器创造205亿美元的价值。《国际电子商情》相信在这两大市场应用得最多的压力传感器、加速度传感器、图像传感器、距离传感器、流量传感器等都会有更大的发展空间。

传感器企业要做哪些准备?

今年以来,中国加速了“新基建”建设,给传感器的技术水平、产业化发展的提升以及应用环境的拓展提供了较大的机遇。但也带来了更严格的功能和性能方面的要求,产业链企业需要投入更大的精力来发展自身。此外,又因为传感器是信息输入的“窗口”,物联网、大数据、云计算乃至智慧城市的各种技术,都依赖其提供的基础功能。这也代表着,未来传感器的市场蛋糕将非常大。针对传感器行业的各种利好,产业链企业要做好哪些规划?

孔博赞同“新基建”带来机遇的说法,他以3D感知领域为例:“3D感知技术行业正在迎来高速发展期,只有产品性能得到优化,应用才有落地的可能性,用户的体验才能得到改善,进而才会激发市场需求形成良性循环。同时,3D传感器的功耗、体积、测量范围、精度、分辨率等都关键的指标,这也是奥比中光接下来持续技术攻关和研发创新的重点。”

他也表示,随着人工智能的发展和5G的普及,机器视觉全面3D化将成为趋势,3D视觉传感器会成为智能终端的标配。而3D视觉感知技术是一个高精尖的跨学科领域,涉及光学、视觉、算法软件、硬件等领域,其技术跨度大、难度高。该技术的突破离不开产业链的更新升级,所以它的研发周期会很长,为同步推动技术进步和产业化落地,需要充分尊重产业发展规律,积极抢滩行业应用的“无人区”。

再则,5G加速数据传输、降低延迟,使得高精度的3D模型能够实时生成,3D感知技术可应用在更多智能产品中。不同场景的应用落地的周期也不同,有的或在3-5年内就能实现,有的要耗费10-15年时间

卢牮则表示,传感器的发展离不开深厚的技术积累和对市场的长期敏感。为了满足客户市场不断增长的需求,美新半导体将针对新技术坚持做研发储备,计划以加速度计、AMR磁传感器和霍尔磁传感器为切入点,全方位扩展陀螺仪、角度传感器,红外传感器等产品线。具体通过自研或并购,逐渐衍生至集成电路相关技术领域。

据介绍,美新半导体已经基于MEMS技术研发了30多种型号的加速度传感器、磁传感器等产品,截止到去年年底,其这些产品的出货量累计超过17亿颗。到2020年,美新半导体还取得了mCube惯性传感器芯片技术的独家授权,正式拥有了基于6亿片量产经验、成熟的电容式加速度计技术。

无论是奥比中光,还是美新半导体,这些企业都是先在自己擅长的领域做深,再拓展到其他的相关的领域。这样经过“点-线-面”的逐渐渗透,最终将能实现更大范围的领先。希望在中国传感器市场能看到更多这类企业。

即使传感器只是一个小小的器件,它在万物互联时代的重要意义也无法忽略。谁能在MEMS工艺、传感技术上更早取得进展,谁就能在未来的竞争中抢占先机。海量数据传输的需求,带来极其庞大的传感器节点,中国传感器厂商在其中会有怎样的发展?至少从细分市场的表现来看,我们的企业在某些领域已经领先,期待未来能看到更多国产传感器品牌崛起。

来源于国际电子商情 ,作者李晋

今天和未来最大的不同,就是“屏幕”太少了

郑大墩 中国新闻周刊

正在屏幕上“指指点点”的你
可能已经预见了未来

普通人的一天是从“屏幕”开始的。

早上起床唤醒手机屏幕,了解新闻和社交媒体动态;电脑+会议室大屏的组合让身处两地的人们头脑共同风暴;晚餐时分,用移动设备下单美食……屏幕,让高密度的信息融入工作和生活。

即便是在畅想未来的各种科幻作品中,那些充满科技感的场景设置,一定有着形态各异、随处可见的屏幕。

科幻电影《星际特工》中随处可见的大小屏幕

为什么我们的生活如此离不开屏幕?因为人类活动区别于动物的基本特征是社会性的分工协作,而分工协作就需要一个直观的“显示与交互”载体。这个载体从远古时期的石窟壁画到纸张书籍,再到今天我们用来“指指点点”的屏幕,这一切基于科技发展的演进使得“显示与交互”更加直观。

柔性屏技术
交互未来不可或缺的一块拼图

凯文凯利(KK)曾经预言“屏读(Screening)”时代的到来。在他的解读中,任何一块区域都可以搭载屏幕,同时能够形成一种跨屏交互的生态系统。

如今,这种交互不再局限于平面,可以弯折卷曲的“柔性屏”已经走进了我们的生活,京东方作为全球半导体显示领域的领军企业,其量产的柔性显示屏正应用于摩托罗拉、LG、OPPO、努比亚等全球知名品牌的智能手机。

正如凯文凯利所言,柔性屏的意义不只是把屏幕变柔软那么简单,它可以覆盖在任意形状表面形成显示区域,带来全新的交互革命。不仅仅是我们与手机、电脑等日常电子产品的交互方式将发生变化——戴在手腕上的手机、随意折叠的笔记本电脑、卷轴形态随身携带的显示器。

试想一下,可以覆盖在任意表面的柔性屏意味着让所有物体“活起来”。包装袋上的平面海报可以变成炫酷广告,同时还能提供丰富的产品介绍;平时穿的衣服也可以覆盖柔性屏,除了能显示个性化的图案之外,关键时刻还能显示心率血压等健康指标;更大面积的柔性屏还能让你随时“亲近自然”,比如汽车的顶棚上覆盖着实时传输外部景色的柔性屏,无论什么天气,都可以让乘客体验敞篷出行的快感……

回到现实,柔性屏这项技术已经被成功应用在驾驶场景中了。在京东方柔性屏技术的支持下,导航显示区域的柔性屏以卷曲的形态出现在抬头可见的位置,更加符合司机的视线落点,不用时则可卷起。另外搭载柔性屏的透明A柱,可以通过摄像头将图像读取到柔性屏上,补全前方被A柱挡住的视线场景。

京东方柔性显示技术在抬头显示和柔性透明A柱上的应用

每一次新技术的突破带来的意义都不会局限于技术指标本身。就像曾经3G到4G,网速提升只是技术指标,更大的意义是4G的高速移动网络解决了图片、视频等多媒体内容的传输速度过慢的问题,从而使智能手机进入高速发展期。4G是技术,智能手机是产品应用。对柔性显示技术来说也是如此,我们需要更多像“车载柔性透明A柱”的创新实践,更多如“柔性卷轴屏幕”的形态创新。而在一个又一个创新的积累下,终将看到未来“显示与交互”的完整拼图。

扫描关注,查看更多未来智慧生活指南

显示与交互,
即对万千生活场景的赋能

当我们把视野放到手机、电脑、电视外更广阔的生活场景中,其实可以想象未来基于显示与交互存在的一个万物互联时代。人与人、人与物、人与计算平台的交流是未来信息产业需要解决的核心环节。当“显示”技术的发展与融合,使端口无处不在了之后,人机“交互”的价值则是令每一个终端扩展为完整的生态。而在这个万物互联的过程中,京东方扮演着一个“赋能者”的角色。

基于多年积累的显示、传感核心技术,京东方在显示领域深耕发展的同时,不断拓展其技术、产品在物联网时代的应用。

比如我们生活中随处可见的商超及便利店,在京东方的智慧零售解决方案下,商品标签被“赋能”成为电子价签。这样一来,有促销、商品信息和价格变动情况时,不再需要人工一张张更换标签纸,只需要在后台统一操作即可。

线下商店,也有了可以做短时促销的机会。

同时,通过货架管理系统还可以对商品情况进行实时监控,AI图像识别技术能迅速感知到货架异常摆放、或者缺货断货的情况,提醒管理人员及时调整……京东方的赋能,让整个商超有了更灵活的交互能力,从而让我们的购物体验更加智慧便捷。

通过赋能电子价签这样的“小屏幕”,商超拥有了更多的数字化端口,信息流动与更新变得更为直接迅速,从而为店铺运营节省人力,不断升级消费者的购物体验;而赋能8K超高清的大屏幕,则是让我们的观看更身临其境。前不久,国家大剧院“华彩秋韵”线上系列音乐会的首场演出“繁华众声”在国家大剧院音乐厅上演,京东方8K产品与5G技术相结合,让观众可以远程通过8K超高清显示屏上欣赏音乐会,真切感受现场的每一个细节。

国家大剧院线上音乐会8K+5G直播现场

除了国家大剧院的线上音乐会之外,8K+5G的各类应用日趋成熟。不仅如此,受益于近年来科技行业各项新兴技术的突破,显示技术与传感、人工智能、大数据等各类技术的融合创新催生出更多新应用,万物互联的时代也会更快到来。

在办公领域,京东方智慧办公解决方案正带给人们更高效轻松的智能办公体验。区别于传统纸质名牌,京东方的智能会议桌牌和门牌可实现一键式远程多目标智能更新。拥有无限拓展界面和超清画质的京东方智能会议一体机能够无线投屏并传输手机文件,让会议变成一件很“酷”的事。

无限延展界面

无线投屏

在金融领域,京东方的智慧金融解决方案已应用于千余家银行和金融机构,各类拼接显示、透明贵金属展柜、金融超市、沉浸式体验空间、传感互动设备等助力银行智能化升级,让人们的金融业务办理更加便捷;在交通领域,京东方提供的智慧交通解决方案,覆盖全国80%以上的高铁线路,同时还为多个海外城市提供专业服务……

根据同花顺金融研究中心的资料显示,京东方上半年物联网转型智慧系统创新事业营收同比增长187%,智慧物联业务的拓展收效明显。面向物联时代,显示作为信息输入和输出的接口,重要性不言而喻。而“智慧”的过程,即让原本在线下的东西拥有线上通道,让原本孤立的终端拥有云端的接口。从移动设备到越来越多的智慧端口,显示与交互的场景变得更为广阔。在可以预见的未来,“触屏”、“触控”、“指纹识别”……这些手势动作将成为我们生活中的常规操作。这个万物可显示可交互的世界,将极大地丰富我们的感官,让未知变为熟知,让万物互联成为现实。

未来已来,显示与交互还将出现哪些科幻感十足的突破?那些曾经只在电影里出现的智慧生活方式又有哪些正成为现实?留言告诉我们你对未来生活的想象吧,也让我们一起期待京东方的创新答卷! https://t.cn/R2WxHzL

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