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传感器:物联网的根底和核心

发布时间:2023-11-09 资讯中心 1 次浏览

  被正式列为国家五大新兴战略性产业之一,开启了我国物联网发展的新纪元。历经七年,我国物联网形成了包括、设备、软件、应用等相对完善的物联网产业链,从市场规模来看,2016年物联网市场规模高达9000亿。我国建成了全球最大的,形成了最为活跃的物联网应用市场。

  物联网产业内部层次分明,感知层、网络层、平台层与应用层,各自形成独立市场,各有专业玩家,呈现出不同生态。

  我国物联网各细致划分领域都处于快速地发展阶段,但与此同时,我国在物联网传感器方面有待突破。“目前我们最缺乏的是感知能力。”工业信息化部原副部长、北京大学教授杨学山在2018中国物联网产业生态大会上曾表示,中国的物联网经历了七年多发展,无论是在技术还是应用领域,都取得了巨大的进步,但整体看来还存在不足。

  在物联网各项基础技术中,感知技术是物联网的根底和核心,同时也是制约我国物联网发展的最大瓶颈。多个方面数据显示,我国传感器市场中约70%的份额被外资企业占据,我国本土企业市场占有率较小,而大多分布在在技能层次低的领域。

  “由于传感器门类众多,技术门槛不一,我国在常规的传感器方面有所布局,但高精度的传感器是短板。”河南师范大学从事物联网研究的教授袁培燕向《通信产业报》(网)记者表示,集成电路的特征尺寸越小意味着该器件的集成度越高,性能越好,物联网系统中传感器的尺寸越小对于系统在布置时也代表着更便利、性能更优。

  作为智能化、小型化传感器的代表,MEMS利用传统的半导体工艺和材料,集微型传感器、微型执行器、微机械机构,以及信号处理和控制电路等于一体的微型器件或系统,是未来传感器的发展趋势,也是物联网的核心。大范围的应用于卫星、运载火箭、航空航天设备、飞机、汽车、机器人等领域。

  如果我国不能掌握MEMS传感器的制造技术并主导其生产,无疑将阻碍本土物联网产业前进的步伐。

  感知能力的不足,追根溯源是芯片问题。作为物联网的“大脑”,芯片是物联网几乎所有环节都必不可少的核心部件之一。依据芯片功能的不同,物联网产业中所需芯片既包括集成在传感器、无线模组中, 实现特定功能的芯片,也包括嵌入在终端设备中,提供“大脑”功能的系统芯片——,一般是MCU/SoC形式。

  记者通过梳理发现,在物联网芯片厂商中,既有传统的国际半导体巨头,如ARM英特尔高通、飞思卡尔、德州仪器意法半导体等。也有国内厂商包括:华为海思、展讯、北京君正等。

  国外厂商在无线通信芯片、传感器芯片、嵌入式微控制设计等领域均占据一席之地,而国内厂商从特定细致划分领域入手,包括无线通信芯片、安全芯片等,在设计、制造、封测等也有涉足。但在传感器芯片领域几乎看不到国内企业的身影。

  “物联网芯片是很复杂的一个产业,涉及到研发、设计以及生产等环节。”中国移动北京集成电路创新中心总经理肖青向《通信产业报》(网)记者表示,“我国在材料、制程以及工艺等关键技术领域缺乏积累,所以这是一个长期的过程。”

  以MEMS为例,它用微加工技术将各种产品整合到基于硅的微电子芯片上,MEMS工艺与传统的IC工艺有许多相似之处,如光刻、薄膜沉积、掺杂、刻蚀、化学机械抛光工艺等,但有些复杂的微结构难以用IC工艺实现,一定要采用微加工技术制造。包括硅的体微加工技术、表面微加工技术和特殊微加工技术。除此之外,MEMS制造还广泛地使用多种特殊加工方法,法包括键合、LIGA、电镀、软光刻、微模铸、微立体光刻与微电火花加工等。

  同通用芯片一样,传感芯片的生产制作的步骤尤为复杂。而且,在芯片生产加工中需要的材料中国产材料的使用率不足15%,高端制程和先进封装领域,半导体材料的国产化率更低,且部分产品面临严重的专利技术封锁。

  物联网基础技术的薄弱,需要长期投入和重视,基础技术的进步最大的动力来自于科技的突破。袁培燕表示。中国目前的科研体系包括经费体系、科研考核体系都需要改革。

  自主创新是必须要走的路,此外引进吸收和国际合作必不可少。“芯片产业是一个高度分工协作的产业。一部手机里面就有几十颗芯片,全部靠自主来解决并不现实。”肖青表示。

  此外,物联网产业的发展需要生态的建设。矽力杰市场总监王永斌表示,物联网的规模应用需要平台的搭建,巨头企业的加入,以及5G网络的成熟。

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