當今世界,以信息技術為代表的新一輪科技革命方興未艾,全球信息技術發展正處于跨界融合、加速創新、深度調整的曆史時期,呈現萬物互聯、萬物智能的新特征。通過遍布各個領域、環節、方位的智能傳感器及其附着的各種設備載體,源源不斷地實現人、機、物、雲端的無縫交互,從而讓設備終端擁有“智慧”,使得人體感知、處理信息的能力得到極大拓展和延伸。
作為與外界環境交互的重要手段和感知信息的主要來源,智能傳感器是指具有信息采集、信息處理、信息交換、信息存儲功能的多元件集成電路,是集成傳感芯片、通信芯片、微處理器、驅動程序、軟件算法等于一體的系統級産品,市場應用正呈現爆發式增長态勢,已成為決定未來信息技術産業發展的核心與基礎之一。同時,物聯網、雲計算、大數據、人工智能應用的興起,推動傳感技術由單點突破向系統化、體系化的協同創新轉變,大平台、大生态主導核心技術走向态勢明顯,并成為發達國家和跨國企業布局的戰略高地。
全球智能傳感器發展現狀
傳感器技術是現代信息産業的三大支柱之一,由于世界各國普遍重視并大力投入開發,傳感器産業發展十分迅速。目前全球傳感器約有2.6萬餘種,而且随着技術不斷創新,新品種和類型層出不窮。
據前瞻産業研究院統計,全世界從事傳感器研制與生産的企業大約6500多家,其中美國、歐洲、日本均超過1000家,俄羅斯800多家。
近年來,全球傳感器市場一直保持快速增長,2013年全球傳感器市場規模已達到1055億美元。根據前瞻産業研究院發布的《2018—2023年中國傳感器制造行業發展前景與投資預測分析報告》初步估算,2017年全球傳感器市場規模已經突破2000億美元。
而根據中國信通院數據統計,2015年智能傳感器就已取代傳統傳感器成為市場主流,占比為70%。2016年全球智能傳感器市場規模達258億美元(約合1710億人民币),預計2019年該市場規模将達到378.5億美元,年均符合增長率13.6%。
2015年,美洲地區占據了全球市場的最大份額;亞太地區(中國、日本、韓國、印度、澳大利亞)位居第二,占領了23%的市場份額。美洲地區預計在2022年前将一直主導智能傳感器市場。而亞太地區由于汽車和消費電子領域等下遊産業的帶動,則成為市場規模增長最快的地區。
在中國傳感器市場中,智能傳感器已逐步取代傳統傳感器。中投顧問發布的研報指出,2015年中國傳感器市場規模為995億元,智能傳感器的市場規模約有106億美元(約698億人民币),占國内傳感器市場總規模的70%。
由于國内企業産值較低,所以智能傳感器市場幾乎被國外企業壟斷。在中國MEMS領域中,行業排名前五的企業均為國外企業,其中恩智浦半導體、ST均占據18%的市場份額,德州儀器、TriQuint、ADI分别占據15%、11%和9%;此外,名列其後的英飛淩和博世分别占據8%和7%。
作為物聯網底層的關鍵元器件,傳感器是數據的采集入口,目前傳感器在消費電子、通信電子、工業控制、汽車、醫療、照明(LED智能燈)、安防、環保、氣象、智慧城市等領域的作用愈發凸顯。随着智能汽車、無人駕駛、無人機、智能機器人對智能傳感器的大量需求,為本土智能傳感器産業提供了巨大的發展機遇。
據統計,2015年國内企業産值約為14億美元,預計2019年國内産值将達到37億美元,複合年均增長率為37%。預計到2019年中國智能傳感器市場規模将達到137億美元,意味着本土化率将從2015年的13%提升到2019年的27%。
在北京舉行的全球傳感器與智能化發展高峰論壇上,工信部電子元器件行業發展研究中心總工程師郭源生表示,傳感器未來5年總産量将超萬億隻,我國傳感器産業将逐漸向并購、整合與聚集方向發展。
近期全球傳感器産業動作頻頻,福特、百度宣布投資汽車激光傳感器生産商Velodyne,幫助自動駕駛汽車從周圍環境采集數據。日本大型電子元器件制造商TDK也欲收購法國慣性傳感器廠商Tronics。
工信部發布的《智能傳感器産業三年行動指南(2017—2019年)》指出,經過近些年的發展,我國智能傳感器技術與産業具備了加快突破的基礎,但由于起步較晚,目前仍面臨産品有效供給不足、技術創新能力不強、産業生态不健全、科研生産與應用不協同等問題,由此帶來的産業安全、信息安全挑戰不容忽視。
智能傳感器獲資本市場青睐
智能傳感器正處于市場需求爆發增長、技術創新高度活躍的戰略機遇期,随着人工智能、大數據、雲計算等新一代信息技術的快速發展,移動終端、智能硬件、物聯網、智能制造、汽車電子等是未來智能傳感器的重點應用領域。
傳感器市場未來的主要增長點來自于可穿戴設備傳感器、MEMS傳感器、生物傳感器、激光雷達傳感器、紅外傳感器、環境傳感器等新興智能傳感器。這些智能傳感器也獲得了資本市場的青睐。
2017年12月,知微傳感對外宣布,公司已完成千萬元級别的天使輪融資,由盈峰資本領投。本輪融資資金将主要用于設備投入、産品研發和市場投放。
西安知微傳感技術有限公司成立于2016年,團隊成員在MEMS領域、硬件設計以及光學設計等方面都有着豐富的經驗,成立之初即獲得了微納點石的近百萬元的種子輪投資。
公司基于MEMS微振鏡的3D深度相機,提供亞毫米級别精度的微型化深度傳感設備,産品可廣泛應用于三維掃描、工業檢測、物流分揀、保險三維定損、三維人臉識别、機器視覺等領域。
此外,憑借MEMS微振鏡技術,知微傳感開發了有面向MEMS固态激光雷達所需的掃描模組,将傳統的導航激光雷達中的旋轉裝置芯片化。它具有高分辨率,高可靠性、低成本,小尺寸、易集成等優勢。在機器視覺、主動避障以及自動駕駛方面有着廣泛應用。
在現階段,該公司主要面向工業用戶,為自動駕駛、激光雷達等企業的解決方案提供商進行定向合作,并專注于打通龍頭企業的渠道資源。
2018年4月,中國高精度智能工業傳感器領軍企業、上海洛丁森工業自動化設備有限公司(以下簡稱洛丁森)宣布,獲得數千萬人民币A輪融資。本輪融資由國際頂級投資機構GGV紀源資本獨家投資,是洛丁森繼2017年獲得英華資本投資後的新一輪融資。
洛丁森憑借深厚的技術積累和對工業傳感器行業的深刻洞察,短短數月連續獲得投資人青睐。公司産品涵蓋測量傳感器、無線智能和檢測系統等。其最大的亮點是全球首創600°高溫下的壓力、差壓、液位和流量測量傳感器系列産品,廣泛應用在石油、化工、冶金等領域。
洛丁森CEO王徐堅表示:“助力智能制造,樹立中國民族品牌,打破國外壟斷,實現國産替代,是洛丁森的創業初衷與企業使命,洛丁森将持續創新,力争成為中國智能工業的先驅者,加速中國工業傳感器國産化進程。”
随着本輪融資完成,洛丁森已和國内知名高校及研究所達成了産業化合作協議,将在洛丁森産業園聯合投入到高端智能工業MEMS芯片研發和産業化工作,力争一年後實現國外芯片的國産替代,為《中國制造2025》提供真正的“中國芯”。
此外,上海申矽淩微電子科技有限公司2017年已完成A輪近3000萬人民币融資。申矽淩微是一家以溫度、濕度、壓力、氣體及複合傳感器等産品為主的環境傳感器企業,其多款溫度傳感器産品進入量産,研發的溫濕度二合一傳感器産品是一大亮點,目前産品應用于醫藥倉儲、智能暖通、可穿戴、電腦等領域。
智能柔性穿戴傳感器領域的領軍企業BeBop宣布已成功完成了1000萬美元A輪融資。BeBop是一家美國企業,柔性織物傳感器具有穿戴舒适、數據處理強等特點。VR技術尚未普及的一大痛點就是佩戴設備的不人性化,而BeBop最為亮點的産品就是Forte數據手套,它能為用戶提供一種直觀、沉浸式的VR體驗。據悉,數據手套中有柔性彎曲傳感器及提供感覺反饋的觸覺傳感器産品。
來自劍橋大學工程系的傳感器公司Sorex已經獲得來自劍橋天使和劍橋資本集的120萬英鎊的種子輪融資。Sorex是一家英國專注于傳感器技術的解決方案商,目前推出了新型質量傳感器等産品,可用于環境監測,産品能實現常規空氣污染檢測,還能與手機互通,通過手機監測空氣數據。它的質量靈敏度高,低至1飛克(平均病毒顆粒的重量);非常小,與頭發絲一樣;而且傳感器的功率非常低,使得它的電源可以是紐扣電池、幹電池、手機,甚至還能通過RFID設備為其供電。
安徽驅石光電公司通過産學研聯合開發了光電行業應用級産品與解決方案,其産品的核心技術開發團隊天盈光電已拿到3000萬的企業投資,目前數家保險公司欲與其聯合設立合作平台,借助其累積的大數據開發金融産品。公司基于領先的短波紅外技術,充分利用其對不同物質的光譜特性的識别能力,獲取溫度、濕度、黴變、發酵等信息,對物質進行定性定量檢測的分析,同時結合激光誘導熒光、太赫茲等技術研發了一系列快速檢測設備和區域監控設備,可以整合傳感器獲取的數據以及衛星遙感數據、低空遙感數據,形成空天地三位一體的數據鍊路,經由人工智能大數據算法挖掘,數據間相互校驗,實時生成數字土壤地圖。目前已應用于農業、糧食、煙草、食品、茶葉、釀酒等方向以及公安、消防、森林防火、反恐、環保等行業,有着廣闊的市場前景,赢得多方資本的青睐。我國如何搶占産業制高點
數字經濟是繼農業經濟、工業經濟之後的一種新的經濟社會發展形态,已成為轉型升級的重要驅動力,也是全球新一輪産業競争的制高點。“數字”是數字經濟載體,“數字”的源頭是由各種智能傳感器所産生,智能傳感器的效率與優越直接關系到數字經濟發展的效率與優越。在這種新的經濟社會發展形态下,一定會産生新業态、新商業模式以及智能傳感器巨頭。智能傳感器作為産生數字經濟基礎數據的“能量源”起着關鍵核心作用。
《智能傳感器産業三年行動指南(2017—2019年)》提出,到2019年,我國智能傳感器産業取得明顯突破,産業生态較為完善,湧現出一批創新能力較強、競争優勢明顯的國際先進企業,技術水平穩步提升,産品結構不斷優化,供給能力有效提高。
具體是:産業規模快速壯大。智能傳感器産業規模達到260億元;主營業務收入超10億元的企業5家,超億元的企業20家。微機電系統(MEMS)工藝生産線産能穩步增長。
創新能力顯著增強。建成智能傳感器創新中心;模拟仿真、設計、MEMS工藝、晶圓級封裝和個性化測試技術達到國際水平;涵蓋智能傳感器模拟與數字/數字與模拟轉換(AD/DA)、專用集成電路(ASIC)、軟件算法等的軟硬件集成能力大幅攀升;智能傳感器專利申請量穩步提升,在新型敏感材料、低功耗設計、反饋控制和安全機制等重點領域形成初步布局;金屬、陶瓷、光纖等非半導體類傳感器智能化水平快速提升。
生态體系基本完善。智能傳感器公共服務平台的承載能力和技術水平穩步攀升;氮化鋁(AlN)、锆钛酸鉛(PZT)等MEMS用薄膜敏感材料供給能力不斷增強;鍍膜機、光刻機、深矽刻蝕機、晶圓鍵合機、大規模高精度測試機等重大裝備性能快速提升。産業鍊協同持續加強,在重點應用領域形成較強系統方案能力。
未來三年主要任務是:補齊設計、制造關鍵環節短闆,推進智能傳感器向中高端升級;面向消費電子、汽車電子、工業控制、健康醫療等重點行業領域,開展智能傳感器應用示範;建設智能傳感器創新中心,進一步完善技術研發、标準、知識産權、檢測等公共服務能力,助力産業創新發展;合理規劃布局,進一步完善産業鍊,促進産業集聚發展。
7月3日,國家集成電路創新中心和國家智能傳感器創新中心在上海啟動建設。工業和信息化部副部長羅文指出,集成電路和智能傳感器這兩個産業都是關系制造業發展全局和國家經濟安全的基礎性、先導性和戰略性産業,也是各國搶占科技制高點、提升綜合國力的關鍵領域。建設制造業創新中心,不僅是集成電路和智能傳感器兩個領域創新發展的一個新平台,也是應對新一輪科技和産業革命的新舉措,更是搶占産業競争制高點的新手段。
國家集成電路創新中心是由複旦大學、中芯國際和華虹集團等單位共同發起,以上海集成電路制造創新中心有限公司為依托,圍繞集成電路關鍵工藝節點和系統集成開展共性技術研發。國家智能傳感器創新中心是由上海新微、中電海康、格科微電子等14家單位共同發起籌建,以上海芯物科技有限公司為依托,通過關鍵共性工藝技術的研發,建設研發平台、檢測技術平台、設計服務平台、工程服務平台等,促進傳感器産業鍊協同發展。
羅文要求,按照“一個明确、四個突出”抓好制造業創新中心建設。一要着力解決集成電路工藝、功能器件結構、材料、系統集成等方面關鍵共性技術的供給不足問題;二要通過産業創新聯盟組織協同開展行業關鍵共性技術研發和産業化示範應用;三要加強股東成員之間的緊密合作,建立起聯合開發、優勢互補、成果共享、風險共擔的協同創新機制;四要通過技術成果轉化、企業孵化、企業委托研發和為行業提供公共服務等方式,推動集成電路、智能傳感器領域關鍵共性技術向産業轉移轉化;五要在實踐中不斷創新商業模式,逐步實現自主經營、自負盈虧、自我造血和自我發展。
智能傳感器與制造業轉型升級息息相關,其發展水平已成為衡量一個國家是否具有國際競争優勢的重要标志。然而,智能傳感器的發展面臨技術門檻高、資金投入大、人才資源分散等瓶頸,需要通過政府引導,形成行業共識,彙聚全球資源,依托資本市場,合力推動智能傳感器産業的創新發展。
(作者鄭植為國研科技集團投資總監)
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2016年全球智能傳感器市場規模達258億美元(約合1710億人民币),預計2019年該市場規模将達到378.5億美元,年均符合增長率13.6%。
到2019年,我國智能傳感器産業取得明顯突破,産業生态較為完善,湧現出一批創新能力較強、競争優勢明顯的國際先進企業,技術水平穩步提升,産品結構不斷優化,供給能力有效提高。