物聯網的發展將引發傳感器“質”和“量”的飛躍
http://www.debgrams.com 2012-02-21 15:01 來源：中國電子學會敏感技術分會副主任委員 郭源生
導讀：物聯網的發展將引發傳感技術升級、傳感器產品換代、傳感器生產組織形式變化，引起傳感器“質”和“量”的飛躍。
物聯網的推廣與應用，不僅為傳感器產業帶來了產品技術推廣及應用的市場機遇。同時，技術創新和整個行業發展也面臨著新挑戰。反之，傳感器性能優劣會直接影響物聯網性能的優劣和大規模的推廣、應用與發展。
傳感器將開放換代
物聯網的發展將引發傳感技術升級、傳感器產品換代、傳感器生產組織形式變化。
傳感器產品優劣取決于傳感器的工藝技術水平和產業化規模生產裝備的能力。微型化、低功耗、可靈活編程等要求是技術創新能力的體現，而低成本、低價格往往體現出工藝技術裝備和管理水平。
隨著傳感技術的升級以及其產品轉型和更新換代，在傳感器業界必將引發市場的重新定位和企業技術創新熱潮。一些新的體制結構模式創新和業務側重點優勢突出的傳感器專業設計企業、芯片制造企業、產品制造企業和測試企業隨之產生，引發行業格局的新變化，迫使企業重組、產品結構標準化、品牌戰略經營管理以及市場優勝劣汰重新洗牌，逐步使得傳感器行業改變企業過于分散、規模偏小、市場亂象叢生和惡性競爭不良狀態，帶動整個行業經濟效益向良性轉化。因此，物聯網的發展將引發傳感技術升級、傳感器產品換代、傳感器生產組織形式變化，引起傳感器“質”和“量”的飛躍。
物聯網所需的智能化、微型化、網絡化傳感器，需要與IC工藝、MEMS工藝緊密結合，充分利用IC的低功耗芯片設計、各種形式的封裝(BGA、倒裝、SiP、CSP、MCM等)、軟硬件協同設計以及大片集成工藝等技術的有機結合及應用。需要傳感器制造企業和集成電路制造廠商通力合作，從芯片設計到制備工藝，從產品開發到工業應用，探索出新的組織結構與模式。當前，國內在集成化、網絡化以及MEMS工藝技術創新進程上比較緩慢，新型傳感器技術方面的國家標準較為分散凌亂，有待于進一步規范與完善。
物聯網傳感器不僅需要滿足微型化、低成本、低價格、低功耗以及可靈活編程等基本條件，同時，還要在穩定性、可靠性、高精度、靈敏度、抗干擾能力等性能指標上，達到更高技術標準和要求。基于物聯網傳感器應當重點研究與開發以下難點突出的技術問題，包括微型化技術、低成本技術、低功耗技術、網絡化技術等。
隨著上述突出技術問題的解決，以及物聯網的進一步廣泛應用，國內外將掀起新一輪傳感器熱潮，傳感器的市場需求將呈幾何式增長。2005年～2009年，傳感器銷售額年均增長率達23%。業內專家預測，未來5～10年，傳感器銷售額年均增長率有望達到30%以上，部分領域的應用會呈現爆發式增長。例如面向自然災害的監控、環境監控、交通監控、公共設施監控和公共服務領域等各類網絡化傳感器；智能家居、遠程醫療、健康管理等無線網絡終端運用的各類傳感器，年增長率將會超過50%以上。
政府協調推進產業化
抓好傳感器產業化建設將成為今后一段時期的當務之急。
在當前行業分散，企業弱小的情況下，應發揮政府協調和推進作用。具體建議如下：
1.由國家設立并組織實施敏感元件與傳感器產業化專項，提供產業化扶持和引導資金；有針對性地扶持行業重點技術產品，通過產業化專項的實施來促進敏感元件與傳感器產業的發展。
2.制定科技成果產業化、科技成果轉化引導性政策，并給予相應的稅收減免補貼政策；宣傳和普及相關配套的知識產權保護政策和法律法規，減少傳感器行業侵權行為和違法現象，以保護知識產權擁有者的根本利益，逐步形成高技術產品的良性競爭和發展。
3.組織行業有關單位和專家制定行業產品技術標準規范和同一種類型產品的規范；減少產品技術不必要的多、亂、雜現象。改善多品種、小批量的局面，為產業化奠定基礎。
4.建立多個產業化示范基地和地區，形成產業龍頭和行業品牌；鼓勵組建以地區、產品為主要紐帶的產業集團，運用市場化手段進行企業整合。
5.鼓勵人才引進和高端人才的培養，鼓勵工科大專院校建立傳感器專業；引導國外高級人才投入行業發展建設；鼓勵國內人才積極創業發展，創造良好人才環境與氛圍。
6.鑒于目前行業分散、規模偏小等特點，由政府牽頭組建傳感器產業推進聯合會；形成資源優勢互補的產業聯盟，引領和規范行業行為，提供各種服務工作。
為了促進我國智能傳感器產業的健康發展，使物聯網技術發展能夠盡快與發達國家站在同一起點上以及在國際市場上具有差異化競爭，抓好傳感器產業化建設將成為今后一段時期的當務之急。
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專家觀點
中國RFID產業聯盟常務副秘書長王力建
“物聯網兩大關鍵是空口技術和標識。在解決空口技術上，我國要制定出自己的空口標準，而且要基于自主知識產權。”
現在國際標準超高頻在860～960MHz的范圍，我國是在 840～845MHz和920～925MHz。每個國家都不太一樣，談不上與國外的差距。
我們給物聯網中的“物”貼上標簽，這個標簽可能是基于超高頻的，也可能是基于微波，即頻率不一樣。這一標簽應該能夠存儲該物品的網址，通過掃描，就應該可以在網上找到該物品。
此舉是為該物品建立通道，其中最主要的技術就是“空中接口技術”。只要解決了“空口技術”，就解決了物品怎么上網的問題。另一個問題就是怎么找到它，也就是標識問題。這就像我們每個人的網址和郵箱一樣，關鍵是這個標識用什么方式來編。
物聯網兩大關鍵：一個是解決空口技術——— 即如何進入網絡的問題，第二是標識——— 就是到了網絡怎么找到的問題。其他一切問題，網絡技術早已解決。
物聯網與平常使用的計算機網絡的區別在于：一個是無線，一個是有線。現在計算機網址是美國人在管，超市物品上的條碼也是國外人在管理。在物聯網上，如果還要別人來管，那我們就很被動了。
在解決空口技術問題上，我國要制定出自己的空口標準，而且是基于自主知識產權，這樣建設物聯網就好辦得多。
超高頻和微波RFID技術也可以用國外的產品，但會存在一些問題。比如，一是信息安全會有問題；二是賺不到錢。我們可以用數據說話，微軟、IBM、惠普公司等年營業額一般在1000多億美元，而國內電子百強的前十位基本都在1000多億人民幣，在營業額上我們約是人家的1/6；在利潤率上，人家利潤率在20%～30%，而我們的利潤率基本沒有超過5%，又是他們的1/6。
與國外差距的原因在于，我們都符合國際標準，所以我們得給人家交錢，交專利費；而對方則是在收錢，收取專利費。業界一些人士還以符合國際標準為榮，有時這是一種錯誤引導。
我國成為第二大經濟體，可是我國的GDP質量太差。雖然我們的營業額超過日本，但是掙的錢可比人家少得多。我們賣一個電視才賺幾十塊錢，人家賣一臺電視能賺上千塊錢。如果我們不掙錢，意味著國家可動用的資金量就很有限。
超高頻和微波RFID關鍵技術還是有市場前景，因為國家當前在全力推動。國家有關部門現在已經意識到基礎標準對國家安全產業推動的重要性。隨著國家的重視和力推，物聯網的前景會很好。現階段物聯網的推廣和應用，國家在里面起到的作用比較大，比如交通物聯網、公安物聯網、車聯網等。
在進行政府采購時，國家有關部門招投標的時候，如果不符合我國標準，應該不允許采購，這是關鍵。
西安華迅微電子有限公司董事長周文益
“從關鍵指標來看，國內芯片的電流、面積還比較大，抗干擾性需要提高，國家應該加大投入力度，并通過制定政策的方式吸引更多的風險資金或更多下游廠家介入。”
在導航芯片和模塊方面，無論是射頻芯片還是基帶芯片，目前國內都已經有若干家企業研發成功兼容GPS和北斗二代的雙模導航定位芯片。民用GPS北斗二代雙模雙通道射頻芯片的代表廠家主要有西安華迅、重慶24所、中科院微電子所等；基帶芯片廠家主要有北京和芯星通、西安華迅、北京東方聯星和杭州中科微等。有關雙模雙通道射頻芯片，目前國外還沒有廠家報道研發成果，可以說國內處在領先地位。從關鍵指標來看，國內芯片的電流、面積還比較大，抗干擾性需要提高。
基帶芯片以主要性能指標來衡量。國內雙模導航基帶芯片的關鍵技術已基本突破，但性能指標還有待進一步提高。
另外，由GPS北斗二代雙模芯片設計成的接收機模塊尺寸卻偏大，功耗也較大,這需要進一步改善。此外，差距還在于國內目前還處在比較單一的導航芯片階段，橫向集成比較少。
對于基帶芯片來說，為了使GPS北斗的雙模芯片達到與單GPS完全持平的水平，芯片內部采取創新的架構和算法、工藝上采用小于90nm的CMOS技術設計以及考慮創新的低功耗設計是必須的。創新的架構和算法可以進一步提升芯片接收的靈敏度，也可以提高精度；但由于性能的提升可能會增加芯片的電流，加上目前芯片本身電流就比較大，所以采用更小尺寸的工藝以及低功耗的設計方法是解決問題的幾個途徑。此外，為了使目前雙模導航模塊的尺寸進一步減小，將射頻與基帶集成SoC單芯片是一個有效的手段。
要解決以上這些問題，以及達到與國外芯片完全同等的水平，難度較大。國外幾家芯片廠家在研發GPS芯片方面的投入超過 1.5億美元；Globalocate公司成立于2002年，于2009年被Broadcom收購，總投資是1.5億美元；歐洲的u-blox公司總投資大約1億美元。而中國的幾大芯片廠家所有投資的總和不到0.5億美元。雖然中國的人工比較便宜，但中國的工作效率偏低，基礎薄弱。我們可以站在他人的肩膀上進行開發，但工藝生產等方面的投入是世界統一價格的，屬于硬投入。
為了解決這些問題，國家應該加大投入力度。因為芯片產業是一個高技術、高風險和周期長的領域，一般的風險投資都不敢介入。此外，國家也可以通過制定政策的方式吸引更多的風險資金或更多下游廠家介入。比如，國家可以制定類似美國要求所有手機都必須攜帶GPS的政策，來要求中國所有的車輛或手機等都必須配備北斗導航或定位的功能，這樣國家可催生一個巨大的產業。
GPS北斗導航定位的市場前景非常廣闊，從2007年～2015年中國導航定位產品年增加量統計預測來看，2008年用戶增加數量為近700萬，2009年成倍增加，到2015年則年增加量預計超過一億戶。增加速度最快的則是導航定位手機，占有總量的80%以上。到2020年，我國導航用戶總量將達到8億戶。同時，行業的總產值會穩定增長。2008年總產值為389億元，2009年可達到569億元，2010年接近800億元，2011年超過1000億元，到2015年會超過2500億元。
編輯精選
