再提發展傳感器，未來6年是關鍵機遇期！權威期刊最新分析

近年來，我國日益重視智能傳感器產業發展，智能傳感器重要制造技術——MEMS（微機電系統），被列入“十四五”規劃重要攻關技術里面，各地方省市也紛紛出臺扶持智能傳感器產業發展的政策。 今年3月份，《經濟導刊》刊發了由米菽（啟元實驗室）、房超（啟元實驗室、清華大學高技術實驗室研究員）及許蔓舒（中信改革發展研究基金會金融實驗室咨詢專家）撰寫的關于我國傳感器產業發展宏觀觀察論文《抓住機遇，加快我國智能傳感器產業發展》，再提我國發展傳感器產業的重要性和緊迫性，對未來產業發展有什么新的暗示？ 論文中認為，未來6年是國產傳感器發展機遇期，我國應抓緊加快發展我國智能傳感器產業，部分觀點有： 汽車電子領域將是未來智能傳感器發展的主賽道之一；利用好通信電子領域需求端將極大推動我國智能傳感器技術的發展；我國智能傳感器產業存在的主要問題是產業規模較小、產業模式單一和產業鏈有薄弱環節；中國傳感器產業的全球占比很小，產業規模占比不足6.2%，這與我國應用市場占全球的比例（41%）極不匹配；在國內市場中，智能傳感器的國有化率只有30%左右；雖然我國應用端企業創新能力強、資源廣泛，但無法帶動國內智能傳感器廠商的技術提升；我國智能傳感器企業過分依賴國外代工廠, 國內缺乏自主的IDM企業；我國的智能傳感器產業鏈存在諸多薄弱環節，其中研發是難點、芯片設計是盲點、晶圓制造是卡點…… 《經濟導刊》是由中國中信集團，面向全國及海內外公開發行的中央級大型中文經濟類核心期刊，具備重要參考價值。 啟元實驗室成立于2020年7月，由北京市人民政府設立，為北京市新型研發機構，獨立事業法人科研單位，依托清華大學運行管理。實驗室聚焦智能科技進行基礎理論研究、核心關鍵技術攻關。設有十余個研究部門，建設若干大型科研支撐基礎設施。

論文正文見下文正文。

隨著物聯網、5G技術的發展，智能感知互聯時代已經到來。智能傳感器是智能感知的前端設備，是我國工業實現“由大變強”的必經途徑。目前智能傳感器產業還處在初期發展階段，預計智能傳感器技術的井噴式發展期將在未來6年內出現，這將是我國智能傳感器發展的機遇期。我國可抓住這個時間窗口，加快智能傳感器全產業鏈發展，從而推動我國在“卡脖子”的關鍵技術方面有所突破。

我國起步晚，智能傳感器的應用前景廣闊 智能傳感器是指將傳感器與微處理器相結合，同時具有信號監測和信息處理功能的傳感器，其核心技術在芯片①。 早在1979年，美國宇航局（NASA）就提出了智能傳感器的概念，但直到進入21世紀后，隨著5G通信的商用化，智能傳感技術才得到快速發展，并逐漸形成產業化。

我國傳感器的發展起步較晚。1974年，我國研制出首個傳統式壓力傳感器。進入20世紀90年代，我國傳感器行業進入高速發展期，傳感器技術取得了顯著進步。 21世紀初，我國在智能傳感器領域的研究不斷深入，采用混合集成技術研制出較為實用的智能傳感器。 2010年，我國初步建立起智能傳感器標準框架體系。隨后，我國政府發布了多項涉及智能傳感器的政策，特別是2013年工信部等四部委頒布的《加快推進傳感器及智能化儀器儀表產業發展行動計劃》和2017年工信部推出的《智能傳感器產業三年行動指南(2017-2019)》，明確了我國智能傳感器的發展目標和方向。

隨著政策的引導作用不斷加強，我國在智能傳感器技術研發方面實現了一定的突破，已形成了完整產業鏈，并在封裝測試等部分環節達到了國際水平，但在芯片研發設計和晶圓制造環節，與歐美日等智能傳感器強國還存在明顯差距。

智能傳感器是聯接物理世界與數字世界的橋梁，在民用和軍事上有重要的應用前景。民用方面，智能傳感器作為萬物互聯的核心基礎，廣泛應用于物聯網、智慧醫療、智慧城市、智能制造、智能汽車、人工智能等多個領域。 軍事應用方面，智能傳感器在裝備測量與控制等系統中發揮重要作用，包括各型導彈或彈藥、飛機、艦船、坦克等武器裝備系統，以及后勤保障系統、作戰指揮系統等，在未來的高技術戰爭中將深刻影響或改變作戰方式，大幅度提高精確打擊能力、指揮控制能力和戰場管理能力。 隨著信息技術的持續進步，智能傳感器的效能將不斷提高，應用領域不斷拓展?？傊?，智能傳感器已經成為國防建設、工業轉型升級以及保障和提高人民生活質量等必不可少的基礎核心技術和裝備。

我國智能傳感器產業發展面臨重要機遇：未來6年是重要機遇期 根據賽迪顧問的數據資料①，目前全球智能傳感器市場規模在整體傳感器（傳統傳感器和智能傳感器）的占比和市場規模并不大，還處在初期發展階段(圖1)。 2018年，傳感器全球市場規模為1393.2億美元，而智能傳感器僅為283.3億美元，占比20.3%。雖然智能傳感器的占比逐年增加，但增長率并不高；預計到2023年，智能傳感器的占比將增加到24%，復合年增長率在3%左右。

這說明智能傳感器技術尚處于初期發展階段，在智能傳感器這條賽道上，各國都面臨有待突破的技術瓶頸，還沒形成技術壟斷或取得技術龍頭地位的實力。 綜合考慮全球對智能傳感器研發的高投入以及社會對物聯網的高需求，可以判斷，未來6年將出現智能傳感器技術的井噴發展。由此而言，未來6年也將是我國智能傳感器發展的機遇期。

圖1全球傳感器及智能傳感器市場規模①

我國是全球智能傳感器的最大應用市場 我國智能傳感器的應用市場規模巨大，是全球最大的應用市場。 根據前瞻產業研究院2022年的數據②（圖2），2020年中國智能傳感器應用市場規模為148億美元，占全球市場的41%左右。雖然中國的應用市場在全球占比正在逐年下降，但我國智能傳感器應用市場較為成熟，相比其他新興市場較為穩定。 鑒于近年來有大量新興市場快速崛起，特別是第三世界國家對智能傳感器的需求增長迅速，我國企業如果能結合“一帶一路”倡議拓展更多海外市場，將更好地促進我國智能傳感器產業發展。

圖2中國智能傳感器市場規模①

我國智能傳感器的應用市場結構均衡 智能傳感器最終應用領域主要分為消費電子、汽車電子、工業電子和醫療電子。與全球智能傳感器應用領域市場結構有所不同，我國智能傳感器應用領域的市場結構較為均衡。

從全球應用市場來看，消費電子是智能傳感器市場規模最大的應用領域。2019年，全球消費電子領域的市場占比為79%左右，占據最主要地位。

由于我國的工業結構較為完整，在各類市場領域有較為成熟的產業化發展。目前我國擁有41個工業大類、207個工業中類和666個工業小類，是全世界唯一擁有聯合國產業分類中全部工業門類的國家。這使得我國智能傳感器在消費、汽車、工業、醫療電子四大領域占比均衡。即使對某些特殊需求的智能傳感器，如生物型傳感器、特殊氣體傳感器等，我國也有相當的市場可支撐其產業發展。汽車電子、通信電子是我國智能傳感器最具發展潛力的細分市場汽車電子領域是我國最大的智能傳感器市場規模貢獻者。我國汽車工業發展迅猛，2021年中國機動車保有量為4.0億輛，年復合增長率為6.3%左右。這使得智能傳感器在汽車領域應用廣泛，預計未來市場規模占比將進一步增加。 目前，一輛普通家用型轎車內大約安裝幾十到近百只傳感器，其中相當一部分是智能傳感器，對溫度、壓力、位置、距離、加速度、流量、濕度、電磁、電光、氣體及振動等各種信息進行實時準確的測量和控制。隨著汽車自動駕駛技術的進一步發展，智能傳感器的數量也將進一步增加。汽車電子領域將是未來智能傳感器發展的主賽道之一。

通信電子領域，隨著我國5G技術的高度發展，市場占比尤為可觀，這是我國市場結構最為獨特的一點。通信技術是當代發展最為迅猛的高新技術，根據Dell'Oro Group的數據①，2020年，全球通信設備市場規模達到925億美元，年均復合增速預計為4%左右。 中國通信行業處于世界領先水平，在全球通信市場競爭中，華為一家獨大。智能傳感器作為通信技術中不可缺少的元器件，未來將與通信技術同步發展。利用好通信電子領域需求端將極大推動我國智能傳感器技術的發展。

我國智能傳感器產業存在的主要問題 我國是智能傳感器領域的后起之秀，在產業結構上形成了包括芯片設計、制造、封裝測試、軟件、應用等環節的完整產業鏈。但相比歐美，我國智能傳感器產業存在的主要問題是產業規模較小、產業模式單一和產業鏈有薄弱環節。

我國智能傳感器產業規模小，應用端市場國產化率低 賽迪顧問2020年全球智能傳感器產業結構數據表明①（圖4），智能傳感器產業主要由美、日、歐主導，北美地區智能傳感器產業規模占全球產業的43.3%左右，處于絕對主導地位。 對比而言，中國傳感器產業的全球占比很小，產業規模占比不足6.2%。這與我國應用市場占全球的比例（41%）極不匹配。說明我國智能傳感器制造水平與世界強國相比還存在較大差距，還有很大的發展空間。

在國內市場中，智能傳感器的國有化率只有30%左右。近年來我國市場智能傳感器的國產化率穩步提升，2016年，國內廠商智能傳感器總產值約占13%，2020年提升到31%，年復合增長率約為24%，遠高于行業增速。 但國內應用端企業傾向選擇購買外國產智能傳感器產品的態勢沒有根本改變。這就導致：雖然我國應用端企業創新能力強、資源廣泛，但無法帶動國內智能傳感器廠商的技術提升。未來隨著國內廠商技術持續迭代、產品線進一步豐富、市場認知度持續提升，智能傳感器市場國產化率也有望進一步提高。

圖4全球智能傳感器產業結構①

我國智能傳感器企業過分依賴國外代工廠,國內缺乏自主的IDM企業 智能傳感器行業的特點，是技術壁壘較高，細分環節多而分散。 從全球范圍看，歐美是智能傳感器的制造霸主，占據全球近一半的市場份額，例如著名的霍尼韋爾公司、樓氏電子等。而歐美在傳感器產業中的優勢主要集中在垂直整合制造（IDM）型公司上，其最大的優點在于可以使得設計、制造等環節協同優化，充分發掘技術潛力，更有條件率先實驗并推行新的智能傳感器技術。歐美的IDM型公司在芯片設計、軟件開發等環節中占壟斷地位，中國公司很難與其競爭。

而我國智能傳感器的設計與生產，是以無工廠芯片供應商（Fabless）模式的公司為主，幾乎沒有IDM型公司。Fabless模式只負責芯片的電路設計與銷售，將制造、測試、封裝等環節外包，這種模式雖然可以使芯片設計企業以輕資產模式快速成長，但外協加工帶來了供應鏈管理的不確定性，使我國智能傳感器企業過分依賴于代工廠（Foundry）供應商。 而上游供應商絕大部分都在國外，包括芯片制造、半導體材料、晶圓生產設備、電子設計自動化（EDA）和知識產權（IP）等，這將嚴重影響我國傳感器產業鏈的安全性。

我國智能傳感器產業鏈存在薄弱環節 智能傳感器產業鏈包括研發、芯片設計、晶圓制造、封裝測試、軟件與芯片解決方案、應用這六個環節。我國的智能傳感器產業鏈存在諸多薄弱環節，其中研發是難點、芯片設計是盲點、晶圓制造是卡點。

研發環節是整條產業鏈中技術難度最大的環節。在這一環節上，全球都是由高校和大型研究機構給予技術支持。在我國，科研支持機構包括北京大學、清華大學、東南大學等高校，以及上海微系統與信息技術研究所、蘇州微納中心等科研機構，這些科研機構建立了智能傳感器中試服務平臺。不過，如何轉化高校和研究所的成果是該環節最主要的問題。

芯片設計環節主要指以集成電路、超大規模集成電路為目標的設計流程，涉及多種學科、多種理論、多種材料、多種工藝及現場使用條件，技術壁壘極高。全球芯片設計行業目前被歐美牢牢掌控，國內專注于此環節的公司很少，而且國內尚無一套具有自主知識產權的真正好用的傳感器芯片設計EDA軟件。

晶圓制造環節是目前我國智能傳感器產業的卡脖子環節。晶圓制造環節分為晶圓材料的制備和芯片加工兩個步驟，對工藝及設備要求非常高，投入資金巨大。晶圓生產成本投資額中，晶圓設備及技術專利等占據主要成本。 中國內地僅有7家具有晶圓生產線的公司，且產能有限。華潤上華科技有限公司、中芯國際集成電路制造有限公司、上海先進半導體制造股份有限公司等國內企業，盡管硬件條件與國際水平相近，但是工藝技術和經驗無法達到國外工廠規模生產的標準。

促進我國智能傳感器產業發展的努力方向未來6年是智能傳感器技術突破的關鍵期。我國應抓住這個時間窗口，加強政策引導，利用好市場需求，轉變智能傳感器的生產模式，加緊補足產業鏈薄弱環節，通過智能傳感器全產業鏈的發展推動我國在“卡脖子”的關鍵技術方面有所突破。

第一，將智能傳感器列為國家優先發展的產業，制定智能傳感器產業發展規劃。出臺相應的針對性鼓勵政策，指導科技研發在電子設計自動化（EDA）軟件、硅晶材料制備、芯片加工設備等關鍵技術環節實現突破，補足晶圓制造和軟件開發等產業鏈薄弱環節。

第二，以汽車和通信領域的應用需求為牽引，帶動智能傳感器全產業鏈的發展。充分利用好世界第一大的市場需求，特別是汽車和通信兩大細分領域，鼓勵應用端企業采用國產智能傳感器，提升國產化率。刺激國內上游企業在研發設計和生產制造環節持續投入研發，實現快速發展。 政府可以通過專項基金和稅收優惠等方式扶持部分試點智能傳感器供應商，引導應用端企業優先與試點公司合作。另外，地方政府也可牽頭建設智能傳感器供應商信息平臺，為應用端企業選擇國產供應商提供便利。

第三，轉變我國智能傳感器產業的生產模式，推動建設IDM模式的產業集群。缺少IDM模式公司，這是我國智能傳感器產業的明顯短板。由于我國智能傳感器產業起步晚，短時間內形成IDM模式公司過于困難。 以歐美日的經驗來看，可依托目前現有的高技術產業或科技園區，由政府引導智能傳感器龍頭企業入駐，進行產學研結合，進而吸引更多初創企業加入園區，最終形成從產業鏈上游研發機構到下游應用端企業都包含在內，具有IDM模式生產能力的智能傳感器產業園區。

（編輯季節）

作者：米菽，啟元實驗室博士；房超，啟元實驗室、清華大學高技術實驗室研究員；許蔓舒，中信改革發展研究基金會金融實驗室咨詢專家。

①吳盤龍：《智能傳感器技術》，北京：中國電力出版社2015年版，第6頁

①賽迪顧問，《工業智能傳感器白皮書》，2021年6月

①作者根據2021年賽迪顧問《工業智能傳感器白皮書》數據整理

②前瞻產業研究院，《2022-2027中國傳感器制造行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》，2022年

①作者根據2021年賽迪顧問《工業智能傳感器白皮書》和2022年前瞻產業研究院《2022-2027中國傳感器制造行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》數據分析整理

①作者根據2019年中國電子技術標準化研究院《智能傳感器型譜體系與發展戰略白皮書》和2022年前瞻產業研究院《2022-2027中國傳感器制造行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》數據分析整理

①Dell'Oro Group，《Total Enterprise Network Equipment Market 2020》，2021年

①賽迪顧問，《工業智能傳感器白皮書》，2021年6月

①賽迪顧問，《工業智能傳感器白皮書》，2021年6月

審核編輯 黃宇