物聯網的“傳感”瓶頸

　　最近，一位美國華裔科學家宋金會實現了世界上第一個50納米級的超高分辨率數字圖像傳感器的消息一經披露，就引起了業界廣泛關注。其打破了這個領域數字圖像傳感器像素尺寸為1微米的行業極限，更引來國際電子、軍工、航天、醫療、激光、信息存儲技術以及有關部門的合作興趣。

　　物聯網不斷發展升溫，傳感器的重要性也與日俱增，需求也跟著水漲船高。互聯網的誕生助推了信息爆炸與全球化進程，接入互聯網的主體從固定的點到每個人再到未來的萬物互聯。物聯網裝置制造商已經開發出動作、聲音、影像、溫度、濕度、氣壓等各式傳感器，以實現多樣化的智慧應用。但是，標準繁雜、服務同質化等也成為傳感器產業難以克服的問題。

　　需求增長

　　感測器是一種可以感知周遭環境的裝置，可將收集而來的資訊轉換成電子訊號，讓系統進一步分析該訊息。感測器應用廣泛且種類眾多，僅是攜帶型智慧裝置中便內建動作、光線、影像及壓力等多種傳感器。

　　“物聯網的概念出現后，感測器開始大舉進駐人類生活。”工信部電子元器件行業發展研究中心總工程師郭源生在第二屆全球傳感器高峰論壇暨中國物聯網應用峰會上介紹說。傳感器的應用范圍小至可吞食的藥丸，大到可以讓整座智慧城市中基礎建設各自“擁有智慧”，并且互相聯結。

　　智慧照明可借由感測熱能、自動感應使用者進出狀態，開啟或是關閉燈泡電源，以便做到真正的節能。

　　濕度傳感器應用于汽車的雨刷，若是下雨或是有液體噴濺到車窗上，傳感器可以自動啟動雨刷，排出擋風玻璃上的液體。

　　針對城市交通的部分，智慧型的計費表可以接受硬幣、信用卡、近距離無線通訊智慧型手機來繳清停車費用。當市民找到停車位時不再需要爭先恐后地將硬幣投入停車計費表中。而這些智慧計費表還配備了車輛傳感器，在應用程序中傳遞訊息，讓駕駛者不必兜一圈才能找到停車位。

　　郭源生預計，光學式生物訊號傳感器需求將增長迅速。消費者開始注重自身生理健康，一般穿戴式裝置中簡單的計步與睡眠監測功能早已不能滿足使用者需求，透過不同波長的發光二極體（LED）照射在皮膚上來測量心率、血壓及血氧等生理數值才是穿戴式裝置的發展趨勢。

　　環境感測也將成為下一波傳感器發展趨勢。“近年來消費者對生活周遭的環境品質要求上升，將帶動一波環境感測器的需求上漲。”郭源生說。

　　發展迅猛

　　2015年，全球物聯網設備出現了大幅增長。郭源生介紹，到2015年，全球聯網設備達到49億件，比2014年增加了30%。“我國物聯網及傳感器產業規模持續擴大，同時傳感器市場規模將近1200億元。隨著市場應用推廣，我國產業發展呈現出迅猛的發展態勢，產業輻射和帶動作用較大。”郭源生說。

　　預計在未來5年內，全球傳感器總量復合年增長率將超過15%，部分行業應用正在加快。“特別是國內產業結構調整與轉型升級加速，‘一帶一路’的戰略實施以及在汽車、家電、裝備類、醫療、環保等產業應用范圍的擴大，傳感器用量大幅增加。”郭源生感慨，物聯網技術的應用真是“突如其來、無法估量”。

　　至于技術創新，漢威電子董事長任紅軍認為，我國在物聯網自主技術標準和共性基礎能力上將實現進一步突破。“傳感器與控制器融合、產品制造與內容服務融合的創新步伐將不斷加快。”

　　“企業與市場的利好決定了車聯網、智能家居產品及解決方案將大規模上市。”任紅軍說。在產品應用上，智能產品種類將繼續增多，設備與設備之間的交互連接智能化程度越來越高，有望將物聯網現有的星形結構擴展到網絡結構。

　　互聯網時代未來的制勝關鍵就是生態圈的競爭。企業要么自行組織產業生態圈子，要么尋找合適的圈子加入其中，否則在競爭中就會處于從屬、被動地位。“今年，有更多的企業和團隊通過眾籌模式參與到傳感器產品的研制生產當中。”任紅軍說。眾籌模式有效拉近了消費者與生產者的距離，眾籌平臺將推出更多物聯網潮品。

　　同時，政策出臺向行業應用偏重，政策內容中加大力度補齊軟硬件自主知識產權短板的態勢也將更加明顯。

　　產業走向“集群化”

　　前景固然可期，現實困境猶存。

　　兩院院士陳俊亮曾表示：“物聯網時代正向我們走來，過去人們所幻想的萬物互聯、智能社會的圖景，如今正隨著傳感技術的發展逐漸成為現實。但是現在物聯網發展的最大瓶頸仍然體現在傳感器上。”

　　“國內傳感器生產種類少、產量低，這是物聯網發展存在的最大短板。”陳俊亮說。

　　北京艾克艾瑞CEO王永濤認為，目前傳感器產業面臨的主要問題有：產業環節分散，有效的發展推進機制尚未建立。“很多企業對傳感器帶有偏見和片面認識，往往與集成電路產品、技術、工藝進行對比；缺乏有雄厚實力的企業家，大企業看不上，小企業投不起，資源難整合。”

　　“由于傳感器技術含量高，產品多品種、小批量的行業特征，企業也習慣小規模和小團隊運作，缺乏大而專的意識，導致行業企業數量多而規模小，這與國外情況完全不同。”王永濤分析說，“另一方面，傳感器行業急缺技術開發和產業化發展等專業人才。”

　　如何突破長期困擾傳感器行業發展的瓶頸問題？郭源生給出的建議是，通過體系建設和機制創新，形成“雙生態”產業環境，打造國際化產業環境，引進和集中國際各種資源，構建完整的傳感器產業鏈，使得傳感器產業走向“集群化”發展道路。

　　“要打造中國的‘傳感谷’。”郭源生說。要建立以人為本、環境優美、節能減排，以及硬件環境及公共服務設施完整的自然生態園區；還要打造上下游產業鏈完整、相互配比合理、市場服務短距離對接、公共服務齊全、人才優勢突出的產業生態園區。

　　傳感谷的建立還須多方合作、國家支持，郭源生認為，唯有如此，傳感器產業才能適應全球化信息技術的新常態：區域滲透、產業融合、技術創新、結構轉型。

　　資料鏈接

　　何為MEMS傳感器

　　MEMS的全稱是微型電子機械系統，是指可批量制作的，將微型機構、微型傳感器、微型執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。可理解為利用傳統的半導體工藝和材料，用微米技術在芯片上制造微型機械，并將其與對應電路集成為一個整體的技術。所以它是以半導體制造技術為基礎發展起來的一種先進的制造技術平臺。

　　自1990年至今，MEMS傳感器的應用有三波演進：一開始內建在汽車的安全氣囊中，而后則是用于消費性電子內，第三波演進便是物聯網崛起。

　　相對于傳統的機械，它們的尺寸更小，最大的不超過一個厘米，甚至僅僅為幾微米，其厚度就更加微小。采用以硅為主的材料，電氣性能優良，硅材料的強度、硬度和楊氏模量與鐵相當，密度與鋁類似，熱傳導率接近鉬和鎢。采用與集成電路（IC）類似的生成技術，可大量利用IC生產中的成熟技術、工藝，進行大批量、低成本生產，使性價比相對于傳統“機械”制造技術大幅度提高。

　　在今后5到10年內，消費類MEMS主要應用領域仍然是智能手機以及平板電腦。但是MEMS的應用領域將逐漸擴大，包括正在興起的可穿戴設備、物聯網等。雖然可穿戴設備現在使用MEMS的比例還比較小，目前還不到10%，現在蘋果、三星、華為都已經紛紛推出了一些可穿戴式產品，有點像當初的智能手機剛推出時的狀態，未來肯定會成為MEMS傳感器增長最快的市場。

　　關于物聯網，可能要5到10年以后，智能家居、智能城市有了很好的發展，物聯網在MEMS傳感器應用方面會有更好的發展。