启泰“传感中国芯”的湖南担当

——解读中国首条压力传感芯片量产线背后的故事

■ 李 治

(刊载于《湖南日报》2021年12月1日10版)
#中国科技##传感器#
不久前,在国家智能传感器创新中心等单位主办的第二届中国智能传感大会上,湖南启泰传感科技有限公司(简称:“启泰公司”或“启泰”)被评为“2021感知领航年度杰出创新企业(成长型企业组,全国总共三家)”,公司董事长兼总经理王国秋被评为“2021感知领航八大标杆人物之一”。作为唯一代表,为湖南捧回行业盛会的最高荣誉。

传感器是物联网、大数据、人工智能、智能制造等新一代信息技术的感知基础和数据来源,已经成为推动数字经济转型升级与高质量发展的关键基础与重要引擎。

从人类社会发展趋势表明,传感器的需求量将随着经济和科技进步而水涨船高。《第三次工业革命》和《零边际成本社会》作者杰里米·里夫金甚至曾大胆猜想,“2030 年,全球应用的传感器数量将从 2013 年的 35 亿个突飞猛进到超过 100 万亿个,人与自然环境通过传感器紧密相连。”

近些年来,随着国际产业竞争格局的变化,全球万亿级传感器产业格局重新洗牌。这为智能传感器国产化带来新的挑战与机遇。

制造业正朝着数字化、智能化的方向转型,传感器的大量使用将是传统制造业实现高质量发展的必然选择,这为传感器企业的发展提供了前所未有的机会。

王国秋介绍,在工业控制、石油石化、采油炼油、航空航天、城市管网监测、工程机械、汽车等领域,压力传感器使用非常广泛。如一辆传统燃油汽车上面,压力传感器超过20颗。在未来发展中,压力传感器会趋向微型化、内置化、数字化、网络化方向发展。

产业竞争为传感器打开巨大的市场机会,正是检验企业技术真功夫的关键时刻。

“我不能说启泰的产品超过了欧美国家,但至少不会逊色。”启泰公司所在的长沙是工程机械之都,全球50强中,有4家在此地。

长沙工程机械产业规模全国第一,但液压传感器作为关键零部件还长期依赖进口。两年前,启泰量产线通线,长沙乃至全国工程机械产业的液压传感器配套需求均可实现自主可控。

经过对产品的严格筛查,启泰公司今年已是本土三一集团、中联重科、山河智能等工程机械巨头的合格供应商。

沈阳国仪检测技术有限公司等业内权威机构的抽查检测结果表明,由工程机械类客户单位送检的启泰传感器,各项指标均达到优良水平。大部分指标甚至高于国外一流企业的产品。

王国秋提到一件趣事,一家企业在对启泰公司产品的反复测试中,发现其各项性能指标好得超乎预期。怀疑启泰特意挑好的送检。有一次搞了个突然袭击,派人直接上门,找到库房挑了一些刚出产的产品去测试。结果发现,性能指标和之前的测试完全一致。

【自主可控】 传感器虽小作用大

在我国民用市场完全空白的金属基MEMS压敏芯片领域翩翩起舞,开启自主可控的全新技术时代,启泰公司凭什么这么牛?其技术产业化的价值到底有多大?

早些年,我国对传感器的发展有很大的争议。很多人认为传感器非常重要,需要国家加大力度来支持。但也有一种声音说,传感器单体价值不高,发展起来非常难,中国没有必要去做,用国际上现成的产品就好。美其名曰,产业分工。

王国秋介绍,我国自己能够生产的传感器敏感芯片占据份额不到10%。比如压敏金属基芯片,国产率不到0.5%。国内民品市场国产芯片,在启泰量产之前,颗粒无收。

“没有传感器,什么设备的能力都发挥不出来。所以传感器单个价值不大,但作用巨大。” 王国秋说,我国去年起加大对传感器研发的支持力度。但这种支持多从研究型出发,忽略了产业型。而产业化主要靠各种设备、工艺来保障。如果在特种工艺和设备上没有投入的话,产业化不可能有结果。

王国秋说,传感器敏感芯片生产线不像一般的集成电路产线那样具有通用性,一条传感器敏感芯片线,往往只能做很少种类的产品。比如说做温度传感器的产线不能做压力传感器,反之亦然。

“尽管单条线3到5亿元的投资看起来不大,但是由于传感器的种类太多,要把这两三万种传感器敏感芯片都做全,这个投资也是一个巨大的数额。”王国秋表示,传感器敏感芯片短期内完全自主可控有困难,有些传感器芯片不花10-20年时间是做不好的。

创新不是空喊口号,没有速成法,不经过长期积累是无法创新的。

基于科学预见和科学家情怀,启泰在压力传感器产业化这条道路进行了长期的艰辛探索。

启泰作为一个民营企业,在国家早期没有一分钱的投入下,在这个“高技术门槛、高资金门槛、高人才门槛”的微机电领域,以不管企业是否实现盈利,也一定要研发出“传感中国芯”,在产品价格与质量上与国外竞争的目标。凭借着满腔热诚和湖南人“吃得苦、霸得蛮、耐得烦”的秉性,王国秋最终坚持了下来。

在“十四五”开局之年,国家已将微机电系统作为集成电路的特色工艺纳入到了“十四五”前沿攻关技术领域,“传感中国芯”真正迎来了发展的春天。

【研发历程】 这把剑磨了十五年

压力传感器的核心技术是敏感芯片,从相关技术的研发到量产,王国秋这把剑磨了15年。

王国秋是从事“中国芯”较早的一批科研人员。早年在国防科技大学工作,后任湖南师范大学数学与统计学院教授、博士生导师。曾获得全军科技进步一等奖和二等奖,主持过4项国家级集成电路项目,湖南省政府曾给其记一等功。

2006年,王国秋研究重心转向应用广泛的压敏芯片和传感器,并决定走产业化道路。但是,压敏芯片的研制难度远超王国秋的预料。实验数不胜数,纽扣般大小的基底材料一箩筐、一箩筐的被烧坏。仅从2019年通线开始,调试工艺和设备用的芯片就消耗了1.9万颗。

但他的投入几近痴迷,这些年心无旁骛,没有做过其他投资。别说不赚快钱做房地产,连自己的住房都一直没有买,股票从没开过户。

研发是有风险的,因为一旦卡在一个环节上过不去,意味着前面的所有投入都白费。

面对各种困境,王国秋也有过几近崩溃、差点放弃的时刻,“要买材料、买设备、做实验,200万元很快就没了,还欠下了一屁股债,过年都有人上门讨债。还好,最终挺过来了。”

2013年,符合国际主流技术的压敏芯片关键技术终于破冰。这不是简单地重复国外的技术,而是一场颠覆性原创,研发了全新的功能材料和电路布局。

2016年开始建量产中试线,2019年,启泰的一条规范的高标准金属基压敏芯片生产线建成,从材料、核心技术、关键工艺和设备,到厂房的设计、芯片检测、封装均由启泰团队自主完成。

这是国内第一条量产线,也是目前唯一的一条。

自此,启泰攻克了“传感中国芯”生产全流程的难题,填补了我国规模化生产线的空白。

长沙市工程机械协会常务副会长兼秘书长吴京生说,启泰生产的芯片,是中国目前很少几类能与国际先进同类芯片相PK的芯片产品,是真正填补市场空白的具有核心竞争力的技术产品。

通线的喜悦实在是太短暂。还没有来得及好好休息一下,意料之中的“拦路虎”很快又出现了。芯片产线最麻烦的是良率、产能双爬坡,启泰生产线的第一批下线产品合格率不到20%。于是,启泰人开始了艰苦的良率爬坡。

所谓的良率爬坡,就是攻克产线里几十套生产工艺,任何一套工艺没有攻克,生产就会在这个环节停摆。例如,在光刻环节,由于进口的光刻胶不适合金属基底,启泰人硬是“跨界”配置出了自己的光刻胶,定制出了自己的光刻机。没有专用光刻机,生产效率是不可能提升的,产品的品质更无法保证。在产线建设中,由于芯片的基底不是硅材,由此导致传统的设备失效,这样的学费交了许多。如研磨机也是由国内知名厂商定制的,但它达不到对粗糙度的要求,第一台研磨机就交了学费。

又是一年半时间的努力,在产线上喂了1.9万颗基底,启泰产品现在的良率终于稳定在95%上下。

“在这个行业里面,95%良率是目前的天花板了。”王国秋自豪地说。

产能爬坡也在同步进行。启泰第一条线的设计产能是每年600万颗。目前正在根据市场的需求,逐步释放产能。

不久的将来,启泰首条线每年可生产600万颗金属基压敏芯片和数百万支传感器,年产值可达10亿元。

【湖南力量】 “三个高地”生力军

11月28日上午,中国共产党湖南省第十二次代表大会在省人民会堂胜利闭幕。

在全面落实“三高四新”战略定位和使命任务,为全面建设富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化新湖南而努力奋斗的历史号角声中,启泰正加快启动第二条生产线的建设。产品专门针对新能源汽车,年产值将达到50亿元,可填补我国汽车传感器这类芯片领域产线的空白。

今年的省政府工作报告明确提出,要重点抓好十大技术攻关项目。其中列出的“湘潭大学碳基生物等先进传感器件项目”提到,湘潭大学、启泰传感等正在研制的传感器,突破碳基场效应晶体管传感器和我国工程机械、汽车产业液压装备发展的高性能压力传感器关键瓶颈技术,实现液压装备金属基薄膜压力传感器芯片产业化,建设液压装备压力传感器封装生产线,实现进口替代,提升我省工程机械关键核心零部件配套能力。

不久前,建设银行给予启泰传感授信1.39亿元,第一笔款项8000万元已到账。这些资金主要用于芯片产能的建设上。

建行浏阳支行行长章卓说,建行以服务全省全面落实“三高四新”战略定位和使命任务、增强服务国家建设能力为己任,今年以来,通过“五大行动”已对重点高科技型企业实现了走访的全覆盖。“对湖南十大攻关项目启泰的支持,得益于省行浓厚的创新氛围和创新实力。在省行直接指导下,我们通过产品创新,克服了公司处于初创期在融资上的系列限制,成功实现授信,这在金融支持科技企业发展上有较强的示范意义。基于启泰在传感器领域的核心地位,我们会长期合作而不仅仅是微风拂面式的短期支持。”

11月中旬,中国安全应急产业大会创投交易会发布项目评审结果,启泰公司“智慧消防物联网监测系统”入选为50大优秀项目之一,项目的核心支撑点就是启泰芯片在低压领域的重大突破。在国际上,这类芯片的最低测压只能到1MPa。而启泰芯片的最低测压可以到0.2MPa,将测量能力下探了两个数量级。

此前,长沙银行对启泰的预授信高达20亿元,积极支持启泰传感进军智慧消防领域。

今年5月29日,湖南省传感器产业促进会第一次会员大会在长沙召开,王国秋当选第一届会长。

湖南省传感器产业促进会的成立,是传感器产业发展的一座里程碑。

在启泰等行业龙头企业带动下,促进会将加快传感器关键核心技术攻关,攻克关键技术,发挥传感器产业促进会引领、规范、协调、服务的重大作用,未来将引导全省人工智能与传感器产业快速健康发展,助力湖南省打造成为传感器产业强省,为建设现代化新湖南贡献力量。

“传感器核心是敏感芯片,在相当长的时间内敏感芯片还是我国的短板。”展望未来,王国秋表示将继续攻坚克难,为我国制造业屹立于世界民族之林,为湖南全面落实“三高四新”战略定位和使命任务,作出新的应有贡献!

科技怪杰世界首富马斯克则表示,他不太相信元宇宙这种东西,他对人们是不是愿意长时间佩戴VR或AR头盔,只为了在未来主义的虚拟世界里漫步感到怀疑。[笑而不语]

他说:“我小时候一直被教育别靠电视太近,会伤害眼睛,但现在人们却要把电视放在鼻子上。”[笑cry]

他还说,无法想像有人整天把萤幕绑在脸上,永远不想离开,“这东西一直绑在头上,会让你很不舒服......会晕,头晕。”[笑cry][笑cry][笑cry] https://t.cn/RBS4O7q

陈雨菲:冠军是一种气度,是一种格局

今夏,陈雨菲在2020年东京奥运会羽毛球女单决赛中,以2﹕1战胜了多次交战的劲敌——来自中国台北的戴资颖,拿下金牌。这是时隔九年后,国羽女单再次夺金,这也是陈雨菲职业生涯中的第一枚奥运金牌。

三局比赛,她打得并不轻松。此前,陈雨菲与戴资颖曾多次交战,陈雨菲3胜15负,且曾经遭遇11连败。

而在这次奥运会的关键时刻,陈雨菲处于下风时仍专注于每个球的策略章法,终于扭转局势,一举夺魁。今年,她才23岁。

“打球是一种艺术。遇到强大的对手,你会知道,输很正常,赢就赚到了。本来就很可能打不过人家,尽力就好;输了别上头,赢了就是成长。”淡定微笑的陈雨菲,十七八岁就承载着“国羽一姐”的期望,一路在“强中更有强中手”的战斗中成长着。

运动员忍受长时间的孤独训练,在单一技能上付出无尽的时间与精力,于万亿次的重复中强化技能,寻找顿悟与突破的瞬间,其间之枯燥言语难及,旁观者恐怕不能体会。

6岁,还在上幼儿园的陈雨菲就因为身体协调能力好,被选入体校。8岁进省队,14岁进国家队。有记忆起,就有了羽毛球。

开始训练的前两年,是极其单调的,基本就是“看、架拍、基本功”,接触不到羽毛球专项技能训练。那时候陈雨菲的运动水平并不突出,却在幼年即展现出卓绝的耐力,能够在重复动作中自得其乐。这使得教练认定她是棵好苗子,得以提前进入省队。

从省队进入国家队后,陈雨菲还曾因准备不足,有过一次被“遣返”的经历。七八年前的一次比赛中,陈雨菲代表国家队打全国比赛,输给省队选手。按照当时的规定,双方互换,陈雨菲回到省队待了两个多月。

“本来能赢,但犯了很多错误,那时候太小,不是特别懂事儿,思想上松懈了。挑战赛的时候就很珍惜,准备很充分,对自己也更有信心。”随后的挑战赛中,她“赢了回去”,回归国家队。这算是陈雨菲运动生涯里的第一个挫折。

自那以后,“赢”的心态被渐渐激发出来,“赛场上赢球”,成为陈雨菲的新乐趣。

而即使赢得了奥运冠军,并不意味着所向披靡;相反,摩拳擦掌的挑战者时刻准备着:打败奥运冠军。

东京归来的全运会上,陈雨菲比以往更加不能松懈。卫冕的结果看上去理所应当,实际每一场比赛都赢得很不容易。
半决赛上,陈雨菲遇上新秀王祉怡,下半场的PK中,双方在22﹕21时展开了一段长达近两分钟的“长多拍”较量。“体力耗尽的80拍殊死搏斗”,在这段全场球迷沸腾的高能战斗中,王祉怡追上1分,22﹕22!

然而后来,陈雨菲凭借稳健的心态,在王祉怡的2分失误中,成功晋级。

最终,在全运会的羽毛球女单决赛上,陈雨菲2﹕0战胜何冰娇,成为继李玲蔚之后,又一位在全运会历史上羽毛球单打比赛中卫冕的女单冠军。

打球的时候,陈雨菲会吼出来,“提提气,寻找霸气控场的感觉”。下了赛场,她就成为一个平静的人,莫名有些“萌萌哒”。

生活里她是个很少动脑子的人:旅游不钻研攻略,生活不在意细节,不太计较也不特别追求什么,很少生气,以最小消耗的方式生活着。“所有的心思都在羽毛球上,这一辈子的脑子都动在羽毛球场上了。”她笑说。

这大概是一种顶尖高手的智慧。

陈雨菲身上有一种年轻的朝气,也是很多顶尖运动员共有的气质,与年龄无关。那大约是一种常年将绝大部分注意力倾注在一个焦点上所获取的纯粹,是一种绝对活在当下、专注于技能打磨的行为方式。

有球迷称呼她为“雨菲大帝”。如此年轻,却不怯场,也不跋扈,四平八稳中偶见杀气,确为“大帝”风度。

当人把全部心思都放在“动作优化”上的时候,自然而然就沉得住气了。当你不再为无法掌控的结果而忧愁,当精力不再被名利荣誉牵引,当真正专注于完成、完善眼下这件事情时,人能够发挥出的能量是最大的。

能够在这么年轻的时候就走到行业顶峰,拥有对自身实力的笃定与把控,自然能够滋生出真诚坦率的气质。她干净、清爽,如同一泓清泉,兼具少年感和少女感。你在陈雨菲身上看不到疲惫与倦怠,那是人在年轻的时候一路披荆斩棘不断取胜后的沉稳自信。

陈雨菲不是进攻型选手。

她本身的风格偏防守、偏拉吊,善于在反击中控制局面。“虽然也可以通过这个赢球,但还是希望自己的打法更丰富。”这是她在这个阶段寻求的自我突破,所以当前的训练计划着重于加强体能、力量、进攻。

防守型选手的进攻,不能一蹴而就。还是要结合自己的特长,“靠拉吊、多拍”,将局面先引到自己擅长的方向,“因为你不能轻易去改变自己的打法”。

场外要做的事儿,还是基本功,加强力量。“有了力量,你的进攻才会有威胁”,这是陈雨菲对自己打球策略的思考。

有球迷问,怎样才能提高球技。除了勤学、苦练,陈雨菲还给出了“用脑打球”的建议:要加强场上的积极状态,主动去找球、抓球,不能在场上应付,被动等待。要大胆预判对方的球路。而要预判别人,首先是了解自己。对自己的出拍做到心中有数、手中有控,知道自己的球要落到哪里,才能预判别人会怎么接招。

“我预判了你的预判”,归根结底,首先靠的还是对自己的足够了解与把握。招无虚发,每个动作都像钉子在土地上凿出一个坑那样准确利落,才不至于在稀里糊涂中迷失方向。

陈雨菲的长处就在于:极少失误。而做到这点,除了心态稳健,还需要行为稳定。

高手与高手的对决,拼的不再是技战术,而是能力相当前提下的“等待”。是情绪的平稳、心态的稳健,是“我不急,等你急,你急,我就有了机会”。

羽毛球是跑来跑去的运动,陈雨菲的球风,却像个伺机而动的猎人。她在防守中观察,在观察中瞄准,在瞄准后取胜;且行动迅速。

这就是典型的“用脑打球”。

陈雨菲是国羽队员中公认的好心态,教练评价她“输掉一个球,下一个马上会爆”,她却淡然:“一局就21个球,如果一直沉浸在上一个的失败里,下一个怎么办呢?一直沉浸那就会输啊。就算前一个球再可惜,也要把它忘掉,因为已经过去了。平时处事也是,就算遇到了不好的事情,过去了就过去了,重新开始就好了。”

道理大家都明白,但陈雨菲能做到。

赛场上的她,常常被各国球迷评价“有礼貌、很得体”,展现不俗的修养、格局与气度。她不太有争强好胜的姿态,年纪轻轻,已十分淡然。

“从小冷静,性格所致。”
冠军气质,原本就是一种气度、一种格局;不以一两场比赛的输赢牵动情绪,容得下并且欣赏对手,就像陈雨菲在过往采访中对对手戴资颖、何冰娇都有不少由衷的夸赞。这样的底气来源于对自己的信心。而信心来源于日复一日琢磨、思索、训练中对自我的认知,也来源于宽广的胸襟,知道生活疆域辽阔,不只有赛场上的针锋相对。

奥运冠军的奋斗,与每个行业的自我精进有相似之处,亦有不同。除了自我技能的雕塑与提升,奥运健儿还承载着为国争光的使命,不只是个体的荣誉,更是国家对外展现的窗口。陈雨菲以足够得体的大将之风,成为一张当得起“中国骄傲”称号的名片。

身为这个时代的年轻女性,陈雨菲作为羽毛球领域中的能力者,凭借自身的实力走到了领域巅峰,“有一技之长,能轻松养活自己,因为实力得到验证而对前途充满信心”,也成为“拥有一定程度自由”的独立女性。

她一头短发,穿中性的服装,很酷很洒脱;没想过留长发、穿高跟鞋,“不追求那种女人味”;不施粉黛,不是保守传统的女性审美,却依然美得引人注目。

美这个东西,没有模板,全靠个体活出自己的气韵。相由心生,浑然一体,也就成了。


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