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物联网发展加速传感器技术升级

2012-02-29 11:07:10 来源:半导体器件应用网 点击:1080

摘要:  当前,物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮。有关人士表示,物联网产业规模将是互联网的30倍,是一个万亿元级的产业。物联网的推广与应用,也为传感器产业带来了产品技术推广及应用的市场机遇。同时,技术创新和整个行业发展也面临着新挑战。传感器是物联网整个链条需求总量最大和最基础的环节,预计2014年市场规模将达到1200亿元。反之,传感器性能优劣会直接影响物联网性能的优劣和大规模的推广、应用与发展。

关键字:  物联网,  传感器,  传感技术,  敏感元件,  空口技术,  GPS

当前,物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮。有关人士表示,物联网产业规模将是互联网的30倍,是一个万亿元级的产业。物联网的推广与应用,也为传感器产业带来了产品技术推广及应用的市场机遇。同时,技术创新和整个行业发展也面临着新挑战。传感器是物联网整个链条需求总量最大和最基础的环节,预计2014年市场规模将达到1200亿元。反之,传感器性能优劣会直接影响物联网性能的优劣和大规模的推广、应用与发展。

物联网的发展推动传感技术升级

物联网的发展将引发传感技术升级、传感器产品换代、传感器生产组织形式变化。

传感器产品优劣取决于传感器的工艺技术水平和产业化规模生产装备的能力。微型化、低功耗、可灵活编程等要求是技术创新能力的体现,而低成本、低价格往往体现出工艺技术装备和管理水平。

随着传感技术的升级以及其产品转型和更新换代,在传感器业界必将引发市场的重新定位和企业技术创新热潮。一些新的体制结构模式创新和业务侧重点优势突出的传感器专业设计企业、芯片制造企业、产品制造企业和测试企业随之产生,引发行业格局的新变化,迫使企业重组、产品结构标准化、品牌战略经营管理以及市场优胜劣汰重新洗牌,逐步使得传感器行业改变企业过于分散、规模偏小、市场乱象丛生和恶性竞争不良状态,带动整个行业经济效益向良性转化。因此,物联网的发展将引发传感技术升级、传感器产品换代、传感器生产组织形式变化,引起传感器“质”和“量”的飞跃。

物联网所需的智能化、微型化、网络化传感器,需要与IC工艺、MEMS工艺紧密结合,充分利用IC的低功耗芯片设计、各种形式的封装(BGA、倒装、 SiP、CSP、MCM等)、软硬件协同设计以及大片集成工艺等技术的有机结合及应用。需要传感器制造企业和集成电路制造厂商通力合作,从芯片设计到制备工艺,从产品开发到工业应用,探索出新的组织结构与模式。当前,国内在集成化、网络化以及MEMS工艺技术创新进程上比较缓慢,新型传感器技术方面的国家标准较为分散凌乱,有待于进一步规范与完善。

物联网传感器不仅需要满足微型化、低成本、低价格、低功耗以及可灵活编程等基本条件,同时,还要在稳定性、可靠性、高精度、灵敏度、抗干扰能力等性能指标上,达到更高技术标准和要求。基于物联网传感器应当重点研究与开发以下难点突出的技术问题,包括微型化技术、低成本技术、低功耗技术、网络化技术等。

随着上述突出技术问题的解决,以及物联网的进一步广泛应用,国内外将掀起新一轮传感器热潮,传感器的市场需求将呈几何式增长。2005年~2009年,传感器销售额年均增长率达23%。业内专家预测,未来5~10年,传感器销售额年均增长率有望达到30%以上,部分领域的应用会呈现爆发式增长。例如面向自然灾害的监控、环境监控、交通监控、公共设施监控和公共服务领域等各类网络化传感器;智能家居、远程医疗、健康管理等无线网络终端运用的各类传感器,年增长率将会超过50%以上。

建设传感器产业化是重点之重

抓好传感器产业化建设将成为今后一段时期的当务之急。

在当前行业分散,企业弱小的情况下,应发挥政府协调和推进作用。具体建议如下:

1.由国家设立并组织实施敏感元件与传感器产业化专项,提供产业化扶持和引导资金;有针对性地扶持行业重点技术产品,通过产业化专项的实施来促进敏感元件与传感器产业的发展。

2.制定科技成果产业化、科技成果转化引导性政策,并给予相应的税收减免补贴政策;宣传和普及相关配套的知识产权保护政策和法律法规,减少传感器行业侵权行为和违法现象,以保护知识产权拥有者的根本利益,逐步形成高技术产品的良性竞争和发展。

3.组织行业有关单位和专家制定行业产品技术标准规范和同一种类型产品的规范;减少产品技术不必要的多、乱、杂现象。改善多品种、小批量的局面,为产业化奠定基础。

4.建立多个产业化示范基地和地区,形成产业龙头和行业品牌;鼓励组建以地区、产品为主要纽带的产业集团,运用市场化手段进行企业整合。

5.鼓励人才引进和高端人才的培养,鼓励工科大专院校建立传感器专业;引导国外高级人才投入行业发展建设;鼓励国内人才积极创业发展,创造良好人才环境与氛围。

6.鉴于目前行业分散、规模偏小等特点,由政府牵头组建传感器产业推进联合会;形成资源优势互补的产业联盟,引领和规范行业行为,提供各种服务工作。

为了促进我国智能传感器产业的健康发展,使物联网技术发展能够尽快与发达国家站在同一起点上以及在国际市场上具有差异化竞争,抓好传感器产业化建设将成为今后一段时期的当务之急。

专家观点

中国RFID产业联盟常务副秘书长王力建

“物联网两大关键是空口技术和标识。在解决空口技术上,我国要制定出自己的空口标准,而且要基于自主知识产权。”

物联网两大关键:一个是解决空口技术——— 即如何进入网络的问题,第二是标识——— 就是到了网络怎么找到的问题。其他一切问题,网络技术早已解决。

在解决空口技术问题上,我国要制定出自己的空口标准,而且是基于自主知识产权,这样建设物联网就好办得多。超高频和微波RFID技术也可以用国外的产品,但会存在一些问题。比如,一是信息安全会有问题;二是赚不到钱。我们可以用数据说话,微软、IBM、惠普公司等年营业额一般在1000多亿美元,而国内电子百强的前十位基本都在1000多亿人民币,在营业额上我们约是人家的1/6;在利润率上,人家利润率在20%~30%,而我们的利润率基本没有超过5%,又是他们的1/6。

超高频和微波RFID关键技术还是有市场前景,因为国家当前在全力推动。国家有关部门现在已经意识到基础标准对国家安全产业推动的重要性。随着国家的重视和力推,物联网的前景会很好。现阶段物联网的推广和应用,国家在里面起到的作用比较大,比如交通物联网、公安物联网、车联网等。

在进行政府采购时,国家有关部门招投标的时候,如果不符合我国标准,应该不允许采购,这是关键。

西安华迅微电子有限公司董事长周文益

“从关键指标来看,国内芯片的电流、面积还比较大,抗干扰性需要提高,国家应该加大投入力度,并通过制定政策的方式吸引更多的风险资金或更多下游厂家介入。”

在导航芯片和模块方面,无论是射频芯片还是基带芯片,目前国内都已经有若干家企业研发成功兼容GPS和北斗二代的双模导航定位芯片。有关双模双通道射频芯片,目前国外还没有厂家报道研发成果,可以说国内处在领先地位。从关键指标来看,国内芯片的电流、面积还比较大,抗干扰性需要提高。

基带芯片以主要性能指标来衡量。国内双模导航基带芯片的关键技术已基本突破,但性能指标还有待进一步提高。对于基带芯片来说,创新的架构和算法可以进一步提升芯片接收的灵敏度,也可以提高精度;但由于性能的提升可能会增加芯片的电流,加上目前芯片本身电流就比较大,所以采用更小尺寸的工艺以及低功耗的设计方法是解决问题的几个途径。此外,为了使目前双模导航模块的尺寸进一步减小,将射频与基带集成SoC单芯片是一个有效的手段。

要解决以上这些问题,以及达到与国外芯片完全同等的水平,难度较大。国家应该加大投入力度。因为芯片产业是一个高技术、高风险和周期长的领域,一般的风险投资都不敢介入。此外,国家也可以通过制定政策的方式吸引更多的风险资金或更多下游厂家介入。

另外,由GPS北斗二代双模芯片设计成的接收机模块尺寸却偏大,功耗也较大,这需要进一步改善。此外,差距还在于国内目前还处在比较单一的导航芯片阶段,横向集成比较少。GPS北斗导航定位的市场前景非常广阔。到2020年,我国导航用户总量将达到8亿户。同时,行业的总产值会稳定增长。

传感器在物联网中的应用及发展趋势

近几年,传感器技术发展迅速,探测精度提高、制作成本降低、芯片体积减小,大大促进了物联网产业的快速扩张。从物联网的应用需求来看,物联网传感器及传感网络主要应用在公共管理、行业、个人(大众)市场等三大领域。

物联网应用已从政府政策扶持进入市场导入期:物联网应用已在全球各地试点;随着技术和标准的成熟,以及硬件成本的降低,以点带面的应用局面将出现。目前传感器以闭环(在企业或行业内部)应用为主,可在高成长的应用市场中挖掘标的。传感器行业将实现由点及面的高增长,国内市场年增长30%:物联网产业已进入市场导入期,传感器行业将迎来黄金发展期;中国电子信息产业发展研究院预测,未来五年国内传感器市场年复合增长31%。

整体方案市场空间更大,是传感器企业的长远目标,传感器核心技术的领导者更易转型;在物联网战略下,传感器国产化需求迫切,传感器行业的国内领导者更受政府扶持;作为物联网的关键,传感器成为整个产业链的优势环节,也代表了企业的核心竞争力。

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