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傳感器在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

2020-09-02 16:47:30分類(lèi):技術(shù)專(zhuān)題3731

  在火爆的物聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)下,未來(lái)整個(gè)傳感器行業(yè)將迎來(lái)較大的發(fā)展空間。但在傳感器市場(chǎng)全球化、壟斷化的今天,我國(guó)傳感器的前進(jìn)之路充滿(mǎn)著迷茫。以下是編者在物聯(lián)網(wǎng)火爆下,對(duì)我國(guó)傳感器行業(yè)的一些思考。


傳感器

  傳感器是大數(shù)據(jù)“挖掘機(jī)”,是物聯(lián)網(wǎng)的重中之重

  物聯(lián)網(wǎng)的根本就是數(shù)據(jù),而傳感器是大數(shù)據(jù)“挖掘機(jī)”,是其中非常主要的器件。傳感器把物理世界的信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字世界信號(hào),其類(lèi)別非常廣、非常多,從傳統(tǒng)的氣壓、CIS圖像、麥克風(fēng)到運(yùn)動(dòng)傳感器。

  物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)應(yīng)用新趨勢(shì)方面,物聯(lián)網(wǎng)具有碎片化,多樣化,跨領(lǐng)域,跨平臺(tái),時(shí)效性的特點(diǎn)。而現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的“碎片化”特征趨弱,出現(xiàn)一些市場(chǎng)需求量超過(guò)每年數(shù)千萬(wàn)套的單一應(yīng)用產(chǎn)品,例如:智能音箱、防丟器、行車(chē)記錄儀等等,使得定義專(zhuān)用芯片實(shí)現(xiàn)更好的集成度及性?xún)r(jià)比成為必要及可能。

  同時(shí)在過(guò)去一段時(shí)期,常見(jiàn)的應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)的設(shè)備及系統(tǒng)中的傳感器模塊增加了互聯(lián)互通性,使之成為物聯(lián)網(wǎng)中的一類(lèi)終端節(jié)點(diǎn)。

  5G標(biāo)準(zhǔn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)/車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的支持,克服了藍(lán)牙BLE,Zigbee,LoRa/Sigfox等無(wú)線(xiàn)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)的局限性,為物聯(lián)網(wǎng)終端的普及提供了平臺(tái)化的基礎(chǔ)。

  在傳感器產(chǎn)品的演進(jìn)趨勢(shì)方面,

  第一階段主要在工業(yè)領(lǐng)域,市場(chǎng)用量少,單價(jià)高,良率低,以追求性能為主。

  第二階段主要在消費(fèi)類(lèi),市場(chǎng)用量劇增,MEMS傳感器進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段,價(jià)格顯著下滑,以滿(mǎn)足基本功能為主。

  第三階段主要在類(lèi)工業(yè),對(duì)產(chǎn)品的功能及性能提出更多要求,產(chǎn)品線(xiàn)有了更多基于性能升級(jí)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

  第四階段集中于物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng),物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)使得傳感器的功能和用途,以數(shù)據(jù)的采集和有效使用作為考量點(diǎn),傳感器節(jié)點(diǎn)具備連接性功能也越來(lái)越普遍。
 


  5G將會(huì)給傳感器技術(shù)和產(chǎn)業(yè)帶來(lái)什么變化?

  誠(chéng)如上面所提的,物聯(lián)網(wǎng)的根本就是數(shù)據(jù)。因此,毫無(wú)疑問(wèn)5G是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要前提。

  縱觀(guān)整個(gè)社會(huì)的發(fā)展,從煤開(kāi)始到石油,再到電力,最后到數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)流動(dòng)的平臺(tái)就是5G,如果沒(méi)有5G數(shù)據(jù)流不通。如果沒(méi)有暢通的流動(dòng)數(shù)據(jù),物聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值就大打折扣。

  顯然物聯(lián)網(wǎng)是傳感器的一個(gè)非常大的風(fēng)口。其實(shí)物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念特別在我國(guó)提出也蠻長(zhǎng)時(shí)間了,約在 08、09年就開(kāi)始提了,當(dāng)時(shí)國(guó)家還在無(wú)錫成立了傳感器中心,在這十年間,中國(guó)也做了很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,但都不是很成功,也沒(méi)有很多的量,但這種狀況在5G起來(lái)以后就完全改變了。

  傳感器表面上看是不同的場(chǎng)景,但應(yīng)用發(fā)展的核心就是大數(shù)據(jù)。端口的話(huà)在云上的。如果沒(méi)有5G這樣的通訊,它的數(shù)據(jù)顆粒度以及多種數(shù)據(jù)的價(jià)值就很難體現(xiàn)出來(lái)。如果物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)市場(chǎng)沒(méi)有像現(xiàn)在這樣起來(lái),那對(duì)傳感器來(lái)講,它的風(fēng)口的到來(lái)就受很大的限制。
 


  哪些傳感器會(huì)先在物聯(lián)網(wǎng)中起來(lái)?

  物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)市場(chǎng)非常有意思,一方面到今天為止沒(méi)有看到我們以傳統(tǒng)消費(fèi)電子產(chǎn)品眼光來(lái)看的所謂的Killer Product,殺手級(jí)產(chǎn)品。另一方面物聯(lián)網(wǎng)的確是完全遍布在我們周?chē)?,是一個(gè)非常廣的市場(chǎng)。

  這兩方面看似矛盾,但卻合理。

  因?yàn)殡m然我們很難在物聯(lián)網(wǎng)上看到一個(gè)像手機(jī)這樣所謂的殺手級(jí)產(chǎn)品,但是物聯(lián)網(wǎng)有很多應(yīng)用已經(jīng)是悄然的在起來(lái)。

  舉個(gè)很簡(jiǎn)單的例子,馬路上攝像頭,不是一個(gè)傳統(tǒng)的消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品,但你如果去看這個(gè)產(chǎn)業(yè)在過(guò)去5—8年的發(fā)展,它實(shí)際上已經(jīng)拉動(dòng)了好幾個(gè)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(gè)獨(dú)角獸公司,它基本上都和這個(gè)市場(chǎng)的發(fā)展緊密相關(guān)。

  看物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng),肯定要撇開(kāi)我們過(guò)去看消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)的觀(guān)念。

  第一,物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)范圍很廣,可能會(huì)需要很多的定制,而不僅僅是通用產(chǎn)品。大量的定制需求,這將使傳感器有更多的價(jià)值體現(xiàn)。

  第二,物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)我感覺(jué)就是像互聯(lián)網(wǎng)+的概念落地。物聯(lián)網(wǎng)分兩類(lèi),一個(gè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng),一個(gè)消費(fèi)類(lèi),我們過(guò)去講的比較多的是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的,實(shí)際上在中國(guó)消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)會(huì)有更加快速的發(fā)展。
 


  傳感器在消費(fèi)應(yīng)用方面的趨勢(shì)

  1、智能傳感器之后,可穿戴毫無(wú)疑問(wèn)是個(gè)很大的爆發(fā)性市場(chǎng)。

  因?yàn)橹悄苁謾C(jī)是從電話(huà)開(kāi)始的這樣一個(gè)基本通信功能基礎(chǔ)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(lái)的需求開(kāi)始的,更加切合人對(duì)電子產(chǎn)品使用的方便性的需求,以及比如現(xiàn)在可穿戴里面很多對(duì)人的身體、運(yùn)動(dòng)狀況的檢測(cè)、包括體征的檢測(cè),所以更加是以人為本的產(chǎn)品。

  可穿戴產(chǎn)品實(shí)際上起來(lái)了很長(zhǎng)時(shí)間了, 8年前美國(guó)一些公司像Fitbit很早開(kāi)始做,但是沒(méi)有起來(lái)很快,有幾個(gè)很大的原因。

  第一,當(dāng)時(shí)的硬件技術(shù)也不夠好。

  第二,是通訊技術(shù)沒(méi)有很好的發(fā)展起來(lái),現(xiàn)在5G平臺(tái)上面可穿戴的傳感器技術(shù)包括我們的運(yùn)動(dòng)傳感器,功耗下降非常多,包括像MCU base、藍(lán)牙等等的,這個(gè)跟七、八年前的差異及進(jìn)步都非常大。

  現(xiàn)在可穿戴不是單單的可穿戴,實(shí)際跟手機(jī)已經(jīng)構(gòu)成了非常緊密的關(guān)系,很大的計(jì)算量可以用手機(jī)完成,但是一些非常個(gè)性化的跟人有關(guān)的計(jì)算就在可穿戴完成。包括你的手表,手表又結(jié)合了TWS耳機(jī),這樣構(gòu)成一個(gè)閉環(huán),對(duì)人體征的檢測(cè),包括一些簡(jiǎn)單的通訊都能夠很好的完成了。

  2、未來(lái)傳感器會(huì)在性能和價(jià)格中找到平衡。

  價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)在消費(fèi)市場(chǎng)當(dāng)然是永恒的主題。

  傳感器提供了兩個(gè)概念,一個(gè)是功能,還有一個(gè)性能。越來(lái)越多的應(yīng)用跟性能有關(guān),性能好需要有更加高精度的傳感器,或者下面的ASIC處理會(huì)更加復(fù)雜。過(guò)去手機(jī)應(yīng)用沒(méi)有對(duì)傳感器要求主要在功能層面,沒(méi)有高性能的要求,可能大家就會(huì)單純的追求低價(jià),但隨著對(duì)性能的要求起來(lái)以后,未來(lái)傳感器的趨勢(shì)會(huì)在性能和價(jià)格當(dāng)中找到一個(gè)合適的平衡。

  傳感器的性能涉及兩個(gè)方面,第一是單個(gè)傳感器的精確度,第二是能否做到多種數(shù)據(jù)的結(jié)合,通過(guò)多種數(shù)據(jù)能夠算出一些東西來(lái),產(chǎn)生新的性能,新的數(shù)據(jù)。

  3、位置物理空間信息至關(guān)重要。

  除了我們講的手表、耳機(jī)等等,還有很多消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用。我們定義為是類(lèi)工業(yè)產(chǎn)品,像掃地機(jī)器人,還有如pos機(jī)等,現(xiàn)在pos機(jī)上面安裝了越來(lái)越多安裝運(yùn)動(dòng)傳感器來(lái)做它的跟蹤。相信這樣的概念會(huì)很快大規(guī)模的應(yīng)用到高價(jià)值的物流上面去。

  同時(shí)現(xiàn)在的所有的智慧家居有關(guān)的應(yīng)用,包括甚至智慧門(mén)鎖等,同樣越來(lái)越多的安裝了以運(yùn)動(dòng)傳感器為基礎(chǔ)的一些定位的傳感器系統(tǒng)。

  4、模組化的傳感器毫無(wú)疑問(wèn)是個(gè)方向。

  隨著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展,每一個(gè)單元的基本配置包括通訊、算法等,而如果當(dāng)中采用傳感器模組,就可以接受到更多不同的信號(hào),產(chǎn)生更多的數(shù)據(jù)量和價(jià)值。模組化相當(dāng)于把傳感器的一個(gè)觸角延展出去。舉個(gè)例子,如市內(nèi)導(dǎo)航,除了運(yùn)動(dòng)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(jī)將加入各種新的傳感器應(yīng)用。

  未來(lái)將有更多新的傳感器會(huì)加到手機(jī)里面,一方面是因?yàn)榇蠹铱赡軙?huì)充分手機(jī)這個(gè)大計(jì)算平臺(tái);另一方面是依托手機(jī)實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的特色功能。比如在視覺(jué)方面,如果會(huì)把非智能紅外傳感器加入到手機(jī)上,用戶(hù)將會(huì)產(chǎn)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(jī)后,能以手機(jī)為硬件基礎(chǔ),真正達(dá)到家用的效果。
 


  傳感器公司的核心競(jìng)爭(zhēng)力,如何在外資的突圍中崛起?

  傳感器公司的競(jìng)爭(zhēng)核心還是產(chǎn)品技術(shù)本身,因?yàn)閭鞲衅骶褪穷?lèi)似模擬器件,模擬器件跟數(shù)字器件的差別很大,數(shù)字器件往往是看芯片的規(guī)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(jià)有可能提高10%—20%的。

  而性能的提升,核心還是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝的研發(fā)。

  第一,我們希望我們的研發(fā)能夠使整個(gè)產(chǎn)品的技術(shù)做到全球的流,用2-3年做到全球一流,對(duì)一個(gè)初創(chuàng)公司可能不是一個(gè)非?,F(xiàn)實(shí)的目標(biāo),因?yàn)槲覀兦懊娴囊涣鞯墓径家呀?jīng)做了10年、20年甚至更長(zhǎng)時(shí)間。在過(guò)去10年、20年的產(chǎn)品研發(fā)投入迭代遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們現(xiàn)在的投入。對(duì)我們來(lái)說(shuō)一個(gè)可能的機(jī)會(huì)是后發(fā)優(yōu)勢(shì),因?yàn)檫^(guò)去很多研發(fā)的試錯(cuò)都已經(jīng)看到過(guò)了,不需要重蹈覆轍。但為什么我們目標(biāo)不是二流,很簡(jiǎn)單,越來(lái)越多的傳感器應(yīng)用,尤其是物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)的傳感器應(yīng)用,二流產(chǎn)品的性能/可靠性是達(dá)不到的。

  第二,傳感器的下一個(gè)主要窗口就是物聯(lián)網(wǎng)。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中,中國(guó)毫無(wú)疑問(wèn)在全球是擁有應(yīng)用場(chǎng)景最多的地方。物聯(lián)網(wǎng)需要很多的定制,本地化的服務(wù),本地化的方案,甚至器件的設(shè)計(jì)定制,都變得非常關(guān)鍵。作為一個(gè)本土企業(yè),在跟外資企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中,針對(duì)本土化的服務(wù)、產(chǎn)品的定制會(huì)有更多優(yōu)勢(shì)。芯片未來(lái)和應(yīng)用結(jié)合越來(lái)越深度,本地化非常重要,這也是我們的優(yōu)勢(shì)。

  中國(guó)傳感器設(shè)計(jì)和制造企業(yè)的發(fā)展還是很重要,未來(lái)這么重中之重的環(huán)節(jié),如果我們受制于人,肯定未來(lái)發(fā)展是危險(xiǎn)的。

  半導(dǎo)體這個(gè)產(chǎn)業(yè)是非常全球化的。無(wú)論是中美的摩擦,還是日韓的摩擦,最后都以半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)作為勝負(fù)手。美國(guó)限制華為導(dǎo)致華為相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)受阻;日本的半導(dǎo)體化學(xué)品供應(yīng)商停供,就造成了巨大的半導(dǎo)體企業(yè)三星和海力士生產(chǎn)不順。另外,臺(tái)積電占了Foundry全球60%的量,在最領(lǐng)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(chǎn)。所以這是一個(gè)非常全球化的、分工協(xié)作的產(chǎn)業(yè)。

  不受制于人不代表我們自我封閉、關(guān)門(mén)發(fā)展,可能更重要的是如何把我們國(guó)家的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),跟全球其他地區(qū)的半導(dǎo)體更加緊密的合作在一起,變成缺一不可的一環(huán)。

  我們整個(gè)國(guó)內(nèi)傳感器在全球的排位里面跟其他半導(dǎo)體公司的產(chǎn)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(guó)只有2家,而這二家也不是完全傳統(tǒng)的做傳感器芯片的公司,它更多是在傳感器的封裝和應(yīng)用,國(guó)內(nèi)傳感器過(guò)去來(lái)主要是從軍工研究所開(kāi)始比較多,產(chǎn)品主要針對(duì)軍工或者部分工業(yè),現(xiàn)在有些也逐步走向無(wú)人駕駛,但基本上還是處于一個(gè)多品種、量小、高單價(jià)的市場(chǎng)。雖然近幾年,我們國(guó)內(nèi)傳感器公司在一些消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展,但中國(guó)傳感器走向世界的路還是蠻長(zhǎng)的。

  國(guó)內(nèi)的公司受到規(guī)模、研發(fā)能力、市場(chǎng)品牌等限制,基本上只能做單個(gè)的。但是歐美大的公司,都是采用向客戶(hù)提供一整套的方案的策略。

  傳感器技術(shù)路線(xiàn)實(shí)際上就是很寬泛的問(wèn)題,它是非摩爾定律上面的,即超越摩爾定律。實(shí)際上傳感器有很多不同的辦法實(shí)現(xiàn),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(dǎo)體方法做我們叫MEMS.所以對(duì)傳感器來(lái)講每個(gè)產(chǎn)品它有自己的發(fā)展路線(xiàn),且在不同應(yīng)用領(lǐng)域有不同的發(fā)展路線(xiàn)。

  如果以物聯(lián)網(wǎng)作為主要的方向,下一代傳感器有幾個(gè)關(guān)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(shí)有較低的功耗,當(dāng)然尺寸跟成本都還是有一定要求。

  第三,封裝技術(shù)將不同功能的器件封裝在一起。

  傳感器只是挖掘了一個(gè)數(shù)據(jù)出來(lái),如果能夠在端口就有很快的處理及傳輸,例如邊緣計(jì)算,在慣導(dǎo)傳感器里面就放入ARM來(lái)做一個(gè)本地化的計(jì)算。另外,為達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求,傳感器封裝的技術(shù)會(huì)從只是傳統(tǒng)的把傳感器封裝出來(lái)發(fā)展到更加側(cè)重把不同功能的器件封裝在一起。如同我們現(xiàn)在嘗試的把傳感器、MCU,memory、藍(lán)牙等通訊的芯片封裝在一起。當(dāng)然規(guī)模再大以后,不同大的芯片通過(guò)封裝組合在一起,那也是個(gè)更遠(yuǎn)的業(yè)態(tài)。

  各大傳感器設(shè)計(jì)公司路線(xiàn)差異會(huì)蠻大的,比如麥克風(fēng)產(chǎn)品國(guó)內(nèi)做的比較多,有的是朝一個(gè)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(chǎn)品路線(xiàn)。有的是組合不同應(yīng)用放在一起,比如京東方,它希望以屏為端口,切入到像物聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)。它這個(gè)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(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)。

  最后,中國(guó)半導(dǎo)體發(fā)展的關(guān)鍵,在于不能自我封閉、關(guān)門(mén)發(fā)展。

  對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體發(fā)展,特別是在現(xiàn)在這樣大的環(huán)境下,我們不要自我封閉,不要關(guān)著門(mén)發(fā)展。這個(gè)行業(yè)是個(gè)非常國(guó)際化的產(chǎn)業(yè),而且產(chǎn)業(yè)鏈非常長(zhǎng)。從剛才講的原材料開(kāi)始,如很多化學(xué)品,一直到終端市場(chǎng),整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈非常長(zhǎng)。

  材料方面,日本、歐洲這些地方可能發(fā)展比較早;設(shè)備方面歐洲、美國(guó)、日本、韓國(guó)比較領(lǐng)先;制造方面,現(xiàn)在臺(tái)灣整個(gè)芯片制造跟封裝的能力,產(chǎn)能跟技術(shù)是最好的;應(yīng)用市場(chǎng)方面,毫無(wú)疑問(wèn)中國(guó)處于非常好的位置。

  因此,如何把我們的優(yōu)勢(shì),與各個(gè)地方、各個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起,走出一條我們自己中國(guó)半導(dǎo)體發(fā)展之路,這才是比較關(guān)鍵的。

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