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            傳感器在物聯網的發展趨勢

            2020-09-02 16:47:30分類:技術專題151

              在火爆的物聯網推動下,未來整個傳感器行業將迎來較大的發展空間。但在傳感器市場全球化、壟斷化的今天,我國傳感器的前進之路充滿著迷茫。以下是編者在物聯網火爆下,對我國傳感器行業的一些思考。


            傳感器

              傳感器是大數據“挖掘機”,是物聯網的重中之重

              物聯網的根本就是數據,而傳感器是大數據“挖掘機”,是其中非常主要的器件。傳感器把物理世界的信號轉化成數字世界信號,其類別非常廣、非常多,從傳統的氣壓、CIS圖像、麥克風到運動傳感器。

              物聯網市場應用新趨勢方面,物聯網具有碎片化,多樣化,跨領域,跨平臺,時效性的特點。而現在物聯網應用的“碎片化”特征趨弱,出現一些市場需求量超過每年數千萬套的單一應用產品,例如:智能音箱、防丟器、行車記錄儀等等,使得定義專用芯片實現更好的集成度及性價比成為必要及可能。

              同時在過去一段時期,常見的應用于工業、農業的設備及系統中的傳感器模塊增加了互聯互通性,使之成為物聯網中的一類終端節點。

              5G標準對物聯網/車聯網應用的支持,克服了藍牙BLE,Zigbee,LoRa/Sigfox等無線互聯標準的局限性,為物聯網終端的普及提供了平臺化的基礎。

              在傳感器產品的演進趨勢方面,

              第一階段主要在工業領域,市場用量少,單價高,良率低,以追求性能為主。

              第二階段主要在消費類,市場用量劇增,MEMS傳感器進入大規模產業化階段,價格顯著下滑,以滿足基本功能為主。

              第三階段主要在類工業,對產品的功能及性能提出更多要求,產品線有了更多基于性能升級的更新換代產品。

              第四階段集中于物聯網市場,物聯網應用市場的快速增長使得傳感器的功能和用途,以數據的采集和有效使用作為考量點,傳感器節點具備連接性功能也越來越普遍。
             


              5G將會給傳感器技術和產業帶來什么變化?

              誠如上面所提的,物聯網的根本就是數據。因此,毫無疑問5G是物聯網發展的重要前提。

              縱觀整個社會的發展,從煤開始到石油,再到電力,最后到數據。而數據流動的平臺就是5G,如果沒有5G數據流不通。如果沒有暢通的流動數據,物聯網的價值就大打折扣。

              顯然物聯網是傳感器的一個非常大的風口。其實物聯網這個概念特別在我國提出也蠻長時間了,約在 08、09年就開始提了,當時國家還在無錫成立了傳感器中心,在這十年間,中國也做了很多物聯網應用,但都不是很成功,也沒有很多的量,但這種狀況在5G起來以后就完全改變了。

              傳感器表面上看是不同的場景,但應用發展的核心就是大數據。端口的話在云上的。如果沒有5G這樣的通訊,它的數據顆粒度以及多種數據的價值就很難體現出來。如果物聯網這個市場沒有像現在這樣起來,那對傳感器來講,它的風口的到來就受很大的限制。
             


              哪些傳感器會先在物聯網中起來?

              物聯網這個市場非常有意思,一方面到今天為止沒有看到我們以傳統消費電子產品眼光來看的所謂的Killer Product,殺手級產品。另一方面物聯網的確是完全遍布在我們周圍,是一個非常廣的市場。

              這兩方面看似矛盾,但卻合理。

              因為雖然我們很難在物聯網上看到一個像手機這樣所謂的殺手級產品,但是物聯網有很多應用已經是悄然的在起來。

              舉個很簡單的例子,馬路上攝像頭,不是一個傳統的消費類產品,但你如果去看這個產業在過去5—8年的發展,它實際上已經拉動了好幾個公司變成很大的公司了,包括硬件公司、算法公司,你如果去看人工智能的幾個獨角獸公司,它基本上都和這個市場的發展緊密相關。

              看物聯網市場,肯定要撇開我們過去看消費類市場的觀念。

              第一,物聯網市場范圍很廣,可能會需要很多的定制,而不僅僅是通用產品。大量的定制需求,這將使傳感器有更多的價值體現。

              第二,物聯網市場我感覺就是像互聯網+的概念落地。物聯網分兩類,一個工業物聯網,一個消費類,我們過去講的比較多的是工業物聯網的,實際上在中國消費物聯網會有更加快速的發展。
             


              傳感器在消費應用方面的趨勢

              1、智能傳感器之后,可穿戴毫無疑問是個很大的爆發性市場。

              因為智能手機是從電話開始的這樣一個基本通信功能基礎上疊加了很多智能的功能,但是可穿戴是完全不一樣的角度,它是以人本來的需求開始的,更加切合人對電子產品使用的方便性的需求,以及比如現在可穿戴里面很多對人的身體、運動狀況的檢測、包括體征的檢測,所以更加是以人為本的產品。

              可穿戴產品實際上起來了很長時間了, 8年前美國一些公司像Fitbit很早開始做,但是沒有起來很快,有幾個很大的原因。

              第一,當時的硬件技術也不夠好。

              第二,是通訊技術沒有很好的發展起來,現在5G平臺上面可穿戴的傳感器技術包括我們的運動傳感器,功耗下降非常多,包括像MCU base、藍牙等等的,這個跟七、八年前的差異及進步都非常大。

              現在可穿戴不是單單的可穿戴,實際跟手機已經構成了非常緊密的關系,很大的計算量可以用手機完成,但是一些非常個性化的跟人有關的計算就在可穿戴完成。包括你的手表,手表又結合了TWS耳機,這樣構成一個閉環,對人體征的檢測,包括一些簡單的通訊都能夠很好的完成了。

              2、未來傳感器會在性能和價格中找到平衡。

              價格競爭在消費市場當然是永恒的主題。

              傳感器提供了兩個概念,一個是功能,還有一個性能。越來越多的應用跟性能有關,性能好需要有更加高精度的傳感器,或者下面的ASIC處理會更加復雜。過去手機應用沒有對傳感器要求主要在功能層面,沒有高性能的要求,可能大家就會單純的追求低價,但隨著對性能的要求起來以后,未來傳感器的趨勢會在性能和價格當中找到一個合適的平衡。

              傳感器的性能涉及兩個方面,第一是單個傳感器的精確度,第二是能否做到多種數據的結合,通過多種數據能夠算出一些東西來,產生新的性能,新的數據。

              3、位置物理空間信息至關重要。

              除了我們講的手表、耳機等等,還有很多消費類應用。我們定義為是類工業產品,像掃地機器人,還有如pos機等,現在pos機上面安裝了越來越多安裝運動傳感器來做它的跟蹤。相信這樣的概念會很快大規模的應用到高價值的物流上面去。

              同時現在的所有的智慧家居有關的應用,包括甚至智慧門鎖等,同樣越來越多的安裝了以運動傳感器為基礎的一些定位的傳感器系統。

              4、模組化的傳感器毫無疑問是個方向。

              隨著物聯網發展,每一個單元的基本配置包括通訊、算法等,而如果當中采用傳感器模組,就可以接受到更多不同的信號,產生更多的數據量和價值。模組化相當于把傳感器的一個觸角延展出去。舉個例子,如市內導航,除了運動傳感+陀螺以外,還需要磁傳感器放在一起做融合算法,能夠有更好的定位。

              5、手機將加入各種新的傳感器應用。

              未來將有更多新的傳感器會加到手機里面,一方面是因為大家可能會充分手機這個大計算平臺;另一方面是依托手機實現一個新的特色功能。比如在視覺方面,如果會把非智能紅外傳感器加入到手機上,用戶將會產生一些新的感受,如在很暗的地方照樣可以看到圖像。另外,一些新的傳感器功能如手持式的超聲,加到手機后,能以手機為硬件基礎,真正達到家用的效果。
             


              傳感器公司的核心競爭力,如何在外資的突圍中崛起?

              傳感器公司的競爭核心還是產品技術本身,因為傳感器就是類似模擬器件,模擬器件跟數字器件的差別很大,數字器件往往是看芯片的規模。而傳感器像模擬器件一樣,它的核心是性能,往往是性能提高10%,售價有可能提高10%—20%的。

              而性能的提升,核心還是在產品設計和生產工藝的研發。

              第一,我們希望我們的研發能夠使整個產品的技術做到全球的流,用2-3年做到全球一流,對一個初創公司可能不是一個非?,F實的目標,因為我們前面的一流的公司都已經做了10年、20年甚至更長時間。在過去10年、20年的產品研發投入迭代遠遠超過我們現在的投入。對我們來說一個可能的機會是后發優勢,因為過去很多研發的試錯都已經看到過了,不需要重蹈覆轍。但為什么我們目標不是二流,很簡單,越來越多的傳感器應用,尤其是物聯網有關的傳感器應用,二流產品的性能/可靠性是達不到的。

              第二,傳感器的下一個主要窗口就是物聯網。在物聯網應用中,中國毫無疑問在全球是擁有應用場景最多的地方。物聯網需要很多的定制,本地化的服務,本地化的方案,甚至器件的設計定制,都變得非常關鍵。作為一個本土企業,在跟外資企業的競爭當中,針對本土化的服務、產品的定制會有更多優勢。芯片未來和應用結合越來越深度,本地化非常重要,這也是我們的優勢。

              中國傳感器設計和制造企業的發展還是很重要,未來這么重中之重的環節,如果我們受制于人,肯定未來發展是危險的。

              半導體這個產業是非常全球化的。無論是中美的摩擦,還是日韓的摩擦,最后都以半導體產業作為勝負手。美國限制華為導致華為相關產品生產受阻;日本的半導體化學品供應商停供,就造成了巨大的半導體企業三星和海力士生產不順。另外,臺積電占了Foundry全球60%的量,在最領先制程,12納米,7納米甚至5納米基本都是只有它能夠大量生產。所以這是一個非常全球化的、分工協作的產業。

              不受制于人不代表我們自我封閉、關門發展,可能更重要的是如何把我們國家的半導體產業,跟全球其他地區的半導體更加緊密的合作在一起,變成缺一不可的一環。

              我們整個國內傳感器在全球的排位里面跟其他半導體公司的產品相比,排位是比較落后的。今天去看全球前30家傳感器公司,中國只有2家,而這二家也不是完全傳統的做傳感器芯片的公司,它更多是在傳感器的封裝和應用,國內傳感器過去來主要是從軍工研究所開始比較多,產品主要針對軍工或者部分工業,現在有些也逐步走向無人駕駛,但基本上還是處于一個多品種、量小、高單價的市場。雖然近幾年,我們國內傳感器公司在一些消費類市場有了長足的發展,但中國傳感器走向世界的路還是蠻長的。

              國內的公司受到規模、研發能力、市場品牌等限制,基本上只能做單個的。但是歐美大的公司,都是采用向客戶提供一整套的方案的策略。

              傳感器技術路線實際上就是很寬泛的問題,它是非摩爾定律上面的,即超越摩爾定律。實際上傳感器有很多不同的辦法實現,比如我們講的陀螺,有人用的是光纖陀螺,也有用石英的,用半導體方法做我們叫MEMS.所以對傳感器來講每個產品它有自己的發展路線,且在不同應用領域有不同的發展路線。

              如果以物聯網作為主要的方向,下一代傳感器有幾個關鍵的方向:

              第一,就是組合傳感器的的形式。

              第二,它需要有一定的性能,同時有較低的功耗,當然尺寸跟成本都還是有一定要求。

              第三,封裝技術將不同功能的器件封裝在一起。

              傳感器只是挖掘了一個數據出來,如果能夠在端口就有很快的處理及傳輸,例如邊緣計算,在慣導傳感器里面就放入ARM來做一個本地化的計算。另外,為達到物聯網的應用需求,傳感器封裝的技術會從只是傳統的把傳感器封裝出來發展到更加側重把不同功能的器件封裝在一起。如同我們現在嘗試的把傳感器、MCU,memory、藍牙等通訊的芯片封裝在一起。當然規模再大以后,不同大的芯片通過封裝組合在一起,那也是個更遠的業態。

              各大傳感器設計公司路線差異會蠻大的,比如麥克風產品國內做的比較多,有的是朝一個低成本的方向走,還有的朝高性能的方向走,它們是完全不一樣的產品路線。有的是組合不同應用放在一起,比如京東方,它希望以屏為端口,切入到像物聯網的市場。它這個屏的載體就不只是屏了,它里面要放很多別的器件才能變成真正的載體,應用到物聯網。

              最后,中國半導體發展的關鍵,在于不能自我封閉、關門發展。

              對中國半導體發展,特別是在現在這樣大的環境下,我們不要自我封閉,不要關著門發展。這個行業是個非常國際化的產業,而且產業鏈非常長。從剛才講的原材料開始,如很多化學品,一直到終端市場,整個產業鏈非常長。

              材料方面,日本、歐洲這些地方可能發展比較早;設備方面歐洲、美國、日本、韓國比較領先;制造方面,現在臺灣整個芯片制造跟封裝的能力,產能跟技術是最好的;應用市場方面,毫無疑問中國處于非常好的位置。

              因此,如何把我們的優勢,與各個地方、各個環節發展的優勢結合在一起,走出一條我們自己中國半導體發展之路,這才是比較關鍵的。

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