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- 國家智能傳感器創(chuàng)新中心：物聯(lián)網(wǎng)會走得更快
- 來源：時代周報 發(fā)表于 2020/7/7
對于大眾來說，傳感器和物聯(lián)網(wǎng)并不是新名詞，但很少有人真正了解它們。作為信息時代的感知層，傳感器是海量數(shù)據(jù)的接收和傳遞信息的入口，是萬物互聯(lián)的重要基礎(chǔ)。
其中，MEMS傳感器作為國際競爭戰(zhàn)略的重要標(biāo)志性產(chǎn)業(yè)，以其技術(shù)含量高、市場前景廣闊等特點備受世界各國的關(guān)注。近十年來，中國MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)也正逐步完善，從研發(fā)、設(shè)計、代工、封測到應(yīng)用，完整產(chǎn)業(yè)鏈已基本形成，國家對MEMS傳感器行業(yè)也給予了前所未有的政策支持。
MEMS傳感器是物聯(lián)網(wǎng)、智能制造的基礎(chǔ)，國家智能傳感器創(chuàng)新中心副總裁、中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副秘書長朱佳騏告訴《創(chuàng)業(yè)圈》記者：“雖然物聯(lián)網(wǎng)還有一定距離，但至少基本條件是具備了，我們的判斷是物聯(lián)網(wǎng)會走得更快。”
從業(yè)15年，朱佳騏見證了MEMS傳感器興起的整個歷程。由于起步較晚且工藝較成熟，該領(lǐng)域國內(nèi)與海外的差距并不像IC那么大，“而大量應(yīng)用在中國，我們有很好的土壤去讓它發(fā)展，希望能夠幫助中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)換道超車。”
2007年興起
MEMS的全稱是微型電子機械系統(tǒng)(Micro-ElectroMechanicalSystem)，微機電系統(tǒng)是指可批量制作的，將微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、直至接口、通信和電源等集于一體的微型器件或系統(tǒng)。
通俗地講，它是利用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝和材料，用微米技術(shù)在芯片上制造微型機械，并將其與對應(yīng)電路集成為一個整體的技術(shù)。所以它是以半導(dǎo)體制造技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種先進的制造技術(shù)平臺。MEMS是一個綜合學(xué)科的行業(yè)，涵蓋力學(xué)、材料學(xué)、化學(xué)、電學(xué)等多學(xué)科，需要長期的經(jīng)驗積累，對工藝的要求極為苛刻。
MEMS傳感器的興起始于2007年。這一年，蘋果發(fā)布了劃時代的新產(chǎn)品iPhone，手機沒有了實體按鍵，通過手指就可以精準(zhǔn)地操作，智能手機由此誕生�！斑@是MEMS傳感器最大的市場，全球智能機生產(chǎn)現(xiàn)在每年是大約14億部，每個手機上大概有10個傳感器，這是百億級出貨量的市場，”國家智能傳感器創(chuàng)新中心相關(guān)負責(zé)人（下稱“該負責(zé)人”）對《創(chuàng)業(yè)圈》表示，“雖然汽車上的傳感器更多，越好的汽車傳感器越多，人性化做得越好，一輛車可能有幾十、上百個傳感器，但由于一年大概生產(chǎn)7800萬輛汽車，在總量上仍然比不過手機。”
這也是為什么要把傳感器做得更小的原因，“手機就這么大，不做小是放不進去的”，比如手機中最常見的傳感器麥克風(fēng)，一臺手機有3-5個，再比如更小的藍牙耳機，集成了6-7個傳感器。該負責(zé)人認為，只有做得足夠小，才能整合到智能手機等產(chǎn)品中；而如果沒有這么小的傳感器，像智能手機、藍牙耳機等一些非常好的應(yīng)用也無法迅速興起。
能做到足夠小，是由于MEMS傳感器大部分是硅基材料制成，在8英寸（約200毫米直徑）的硅晶圓上，可以集成成千上萬個傳感器，以疫情期間常用的紅外線溫度傳感器為例，8英寸的晶圓上可以切割出16000個傳感器。同時，硅基材料還有成本低廉的優(yōu)點，硅元素可以從二氧化硅中大量提取，而二氧化硅就是最常見的建筑材料—沙子。
與世界上的行業(yè)巨頭相比，國內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)仍存在很大差距，這種差距的形成一方面源于國內(nèi)產(chǎn)業(yè)起步較晚，另一方面則是人才匱乏。
該負責(zé)人表示：“實際上也并沒有那么晚，20世紀(jì)50年代國內(nèi)就有人在做半導(dǎo)體了，但由于多方面的原因進展緩慢，而MEMS傳感器真正的爆發(fā)是從2007年開始的，因此與國外的差距相對沒有那么大�！�
同時，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有一個規(guī)律，“研發(fā)投入非常大，但是一旦量產(chǎn)，如果有大量的市場規(guī)�？梢园蜒邪l(fā)成本平攤掉，它的成本可以很低。為什么會很低？因為原材料硅來源于沙子”。
物聯(lián)網(wǎng)將走得更快
傳感器的重要性毋庸置疑，它是所有智能化的起步入口，數(shù)據(jù)的來源，所有的新的智能化應(yīng)用都和傳感器有關(guān)系。如果說在人工智能時代，芯片和深度學(xué)習(xí)相當(dāng)于心臟和大腦的角色，那么傳感器就相當(dāng)于我們的眼睛、鼻子、耳朵、舌頭等等�！叭绻B數(shù)據(jù)輸入都沒有，就談不上通信、計算�！�
這也是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展必要的核心技術(shù)之一，該負責(zé)人認為，物聯(lián)網(wǎng)的兩大核心技術(shù)平臺是傳感和通信。
物聯(lián)網(wǎng)萬物互聯(lián)的概念在10年前就很火熱，但實際上當(dāng)時不管從傳感器還是通信網(wǎng)絡(luò)都沒有準(zhǔn)備好�！耙选铩�(lián)進網(wǎng)絡(luò)，要符合兩個特性：一是低功耗、二是便宜。你愿意花3000元買一部手機，但如果將一把椅子加上傳感器接入網(wǎng)絡(luò)，可能只愿意花一兩塊錢；你愿意每天給手機充電，但你即使每周給椅子充一次電也許都不愿意�！�
業(yè)內(nèi)對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基本可以歸納為六大應(yīng)用場景，分別是智慧城市、智能家居、智能工業(yè)、車聯(lián)網(wǎng)、智慧穿戴、智能醫(yī)療。
但現(xiàn)實是，真正的物聯(lián)網(wǎng)時代還沒有到來，而如果要開啟萬物互聯(lián)的時代，傳感器是首先要解決的問題，同時，一些通信的國際組織針對物聯(lián)網(wǎng)也提出了一些協(xié)議，例如NB-IoT。該負責(zé)人認為：“雖然物聯(lián)網(wǎng)還有一定距離，但至少基本條件是具備了，我們的判斷是物聯(lián)網(wǎng)會走得更快。”
藍牙音箱、智能門鎖是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域典型的應(yīng)用單品，開始出現(xiàn)后在很短的時間內(nèi)銷售上億元，智能家居、環(huán)境監(jiān)控、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等都在往物聯(lián)網(wǎng)的方向發(fā)展。雖然廣義的物聯(lián)網(wǎng)時代還處于準(zhǔn)備階段，但一旦出現(xiàn)標(biāo)志性成體量的東西會迅速爆發(fā)。這一點，我們與國外面臨的現(xiàn)狀是同步的。
“這也是我們認為物聯(lián)網(wǎng)在中國可能會更有優(yōu)勢的原因。因為中國整個市場非常大，而且非常愿意接受新鮮事物，所以我們一直覺得物聯(lián)網(wǎng)的興起一定是在中國，而不是在歐美。”
平臺+聯(lián)盟
物聯(lián)網(wǎng)會首先在中國興起另一個重要原因，在于政府方面的支持，“一些市政建設(shè)，比如水電煤三表的抄送、5G智能燈桿等，都是政府出錢來做的，這種投入在海外是沒有的�！� 該負責(zé)人說。
國家智能傳感器創(chuàng)新中心便是在中國工業(yè)和信息化部的指導(dǎo)下，于2018年6月成立的。創(chuàng)新中心以關(guān)鍵共性技術(shù)的研發(fā)和中試為目標(biāo)，專注傳感器設(shè)計集成技術(shù)、先進制造及封測工藝，布局傳感器新材料、新工藝、新器件和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方案等領(lǐng)域。
國家智能傳感器創(chuàng)新中心致力于先進傳感器技術(shù)創(chuàng)新，聯(lián)合傳感器上下游及產(chǎn)業(yè)鏈龍頭企業(yè)開展共性技術(shù)研發(fā)，形成“產(chǎn)、學(xué)、研、用”協(xié)同創(chuàng)新機制，打造世界級智能傳感器創(chuàng)新中心。
“按照工信部的設(shè)想是公司+聯(lián)盟的模式，公司有12個股東，都是行業(yè)里各個領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，覆蓋了全國主要的產(chǎn)業(yè)區(qū)域，能夠代表行業(yè)內(nèi)主流的技術(shù)和想法，但這還不夠，還有一個聯(lián)盟去團結(jié)行業(yè)內(nèi)更多的企業(yè)�！痹撠撠�(zé)人介紹。
創(chuàng)新中心運營的中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立于2016年，目前會員數(shù)量超過1000家，聯(lián)盟會員類別覆蓋了芯片設(shè)計、制造、封裝測試、系統(tǒng)集成、物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)資本全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)圈，聯(lián)盟發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研資源優(yōu)勢，加速我國物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的發(fā)展，推動智能傳感、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能的生態(tài)體系建設(shè)。
“這1000多家企業(yè)中有300-400家是真正傳感器半導(dǎo)體本行業(yè)的企業(yè)，剩余大量的公司都是應(yīng)用端企業(yè)，各個應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊幾乎都是我們的會員，包括華為、大疆、海爾、比亞迪、上汽、中電網(wǎng)、中車等�！痹撠撠�(zé)人表示，聯(lián)盟的主要目的是打通核心技術(shù)和應(yīng)用端，打造上下游生態(tài)圈。
創(chuàng)新中心以“平臺+聯(lián)盟”模式運行。中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟會員來自產(chǎn)業(yè)鏈各領(lǐng)域的代表企業(yè)，發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研資源優(yōu)勢，加速我國物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的發(fā)展，推動智能傳感、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能的生態(tài)體系建設(shè)。創(chuàng)新中心的成員單位來自聯(lián)盟內(nèi)的龍頭成員單位，包括研發(fā)平臺、芯片設(shè)計、封裝制造、系統(tǒng)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)基金，吸引全球頂尖人才團隊，帶動中國智能傳感產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)“換道超車”。
以這樣的模式來打造產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，也做了諸多具體的工作，“一是依托聯(lián)盟做了一個展會sensor China，現(xiàn)在是傳感器領(lǐng)域全球第二大展會，也是為大家做了一個展示和國際交流的平臺；二是制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；三是今年啟動了行業(yè)評獎，此外還有組織海外交流、對聯(lián)盟企業(yè)的服務(wù)等”。
同時，創(chuàng)新中心聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同組建了聯(lián)合實驗室，研發(fā)傳感器關(guān)鍵共性技術(shù)與行業(yè)應(yīng)用傳感器融合系統(tǒng)解決方案，為傳感器的技術(shù)創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)化提供高效研發(fā)實驗環(huán)境和產(chǎn)業(yè)合作環(huán)境。聯(lián)合實驗室已完成在智能駕駛、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、環(huán)境安全監(jiān)測、智慧家居、智慧農(nóng)業(yè)、智慧醫(yī)療等領(lǐng)域的系統(tǒng)級解決方案展示及驗證實驗室。
有希望換道超車
國家智能傳感器創(chuàng)新中心落地在上海嘉定區(qū)。2019年年底，嘉定區(qū)發(fā)布了《關(guān)于進一步鼓勵嘉定區(qū)發(fā)展智能傳感器產(chǎn)業(yè)的意見》，幫助嘉定建設(shè)1000億級集成電路和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)集群。
嘉定已經(jīng)在集成電路和智能傳感領(lǐng)域建立了豐富的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟基礎(chǔ)、豐富的科研資源和良好的示范應(yīng)用范圍。在下一階段，嘉定將繼續(xù)完善產(chǎn)業(yè)鏈和工業(yè)生態(tài)學(xué)，關(guān)注重點領(lǐng)域加強前瞻性布局，加強關(guān)鍵核心技術(shù)的努力。上海加快建設(shè)智能傳感器工業(yè)園區(qū)、智能科學(xué)和創(chuàng)新城鎮(zhèn)以及其他平臺和載體。同時，嘉定區(qū)也將繼續(xù)改善營商環(huán)境，努力加快一批重點項目建設(shè)，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供更好的服務(wù)和更便利的環(huán)境。
嘉定區(qū)提供的政策支持包括企業(yè)投融資、降低成本、研發(fā)創(chuàng)新、規(guī)模發(fā)展、人才集聚、合作交流六個方面。企業(yè)從注冊、項目實施到后期發(fā)展都有優(yōu)惠的政策支持。到2025年，嘉定區(qū)與智能傳感器芯片相關(guān)的智能硬件產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將突破1000億元，成為上海、長三角乃至全國的傳感器與智能硬件產(chǎn)業(yè)高地。
目前，國內(nèi)MEMS傳感器在市場占有率和技術(shù)先進性上，與國外差距仍然較為明顯。該負責(zé)人表示：“在全球MEMS傳感器排名前30名中，只有2―3家是中國企業(yè)，而這兩三家的技術(shù)含量跟海外相比也是有差距的，它們體量大，銷售額很大，但核心技術(shù)可能不在這些企業(yè)手上�！�
“不過，在后幾代的一些新的傳感器上，我們和海外的差距反而沒那么大，比如一些新材料，盡管仍然有一些劣勢。”該負責(zé)人指出，“傳感器從迭代、技術(shù)含量上，它的門檻并沒有IC那么高，集成電路還涉及最先進的設(shè)備、最新型的材料。傳感器相對好一些，主要以8英寸為主，從半導(dǎo)體制造工藝上來說是相對成熟的。從這個角度來說，中國和海外的差距并不是跨不過去的�！�
“另一個優(yōu)勢在于，傳感器只是一個器件，但它和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用是緊密綁定的，如果這些應(yīng)用在中國興起，這個新增市場海外是競爭不過我們的�！痹撠撠�(zé)人說。
目前，創(chuàng)新中心有40多位員工，其中60%―70%是研發(fā)人員，研發(fā)線仍在建設(shè)當(dāng)中。該負責(zé)人希望，創(chuàng)新中心能成為傳感器領(lǐng)域“最好的研發(fā)機構(gòu)，最強的創(chuàng)新中心”，“我們希望在半導(dǎo)體領(lǐng)域能夠換道超車，因為在MEMS傳感器和先進傳感器，我們的差距和海外并沒有那么大，而大量應(yīng)用在中國，我們有很好的土壤去讓它發(fā)展，希望能夠幫助中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)換道超車�！�
那我們還需要多久才能趕上海外領(lǐng)先者？該負責(zé)人認為：“通過國家的支持和持續(xù)投入，經(jīng)過5-10年的努力，在傳感器領(lǐng)域基本能夠趕上全球最先進的這些企業(yè)，甚至在細分領(lǐng)域成為領(lǐng)先者，這是有可能的�！�
編輯/吳慧
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