“卡脖子”问题不容忽视，中国传感器产业的差距究竟在哪里？

2022-09-15 18:44:01  信息编号：K223799  浏览次数：109

在传感器领域，我国可谓是危机重重。目前全球的传感器市场主要由美国、日本和德国这几个国家的龙头企业主导，与全世界超过2万种传感器相比，中国国内仅仅只能生产其中的1/3，要知道美国可是占据了其中将近1.7万多种传感器。

与此同时，在传感器领域，美国、日本和德国可是占据了全球传感器市场份额的60%左右。可以说，在传感器领域，我国的整体水平要远远落后那些传感器强国，不管是在传感器设计、制造，还是传感器应用和产业化等技术方面都与国外有着明显差距，也因此处处被卡脖子。

一、国内传感器“卡脖子”问题不容忽视

事实上，传感器只是一种检测装置，它能够将感受到的信息进行传输、处理、存储、显示、记录和控制等功能。传感器拥有微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化和网络化等特点，可以说，传感器就像是给物体安装上了各种器官，让物体拥有了包括味觉、嗅觉和触觉等在内的诸多感官。

如今传感器已经应用到了包括工业生产、医学诊断、环境保护、生物工程、海洋探测和宇宙探索等诸多领域，可以说，不管是在现代科技的哪个领域，都与传感器息息相关。但我国在传感器领域，因为起步较晚，各种先进核心技术，又受到西方发达国家的垄断，因此我国的传感器技术相对落后。虽然近年来我国在传感器领域迅猛发展，但技术创新能力较差，导致低端传感器过剩，而中高端传感器又被西方国家垄断。

传感器在大数据时代应用非常大，需求也非常大但是国产传感器的市场占比却很小。

一是国内传感企业数量多，但规模都不大，年产值过亿的传感器企业不足10%，形成了“大产业、小企业” 、“只有龙头、没有牵头”的格局，产业发展尚未形成合力。

二是从物联网感知层来看，传感器数据采集及传输标准尚未统一，对于下游应用厂家，在传感器的选择使用上有一定的局限性，也对行业应用平台在数据处理方面造成了一定困难。

量大面广的传感器产品，往往都被国外品牌所把控，只是把缝隙里的艰苦地带留给了中国制造，这种定制化的缝隙是很难产生足够多的利润。

二、中国传感器产业的差距在哪里？

1、产品可靠性、稳定性低

近几年国产传感器得到了较大的发展，部分传感器产品在关键性能参数上并不弱于国外大品牌相关产品。然而，国产传感器的问题不在参数，而是出在产品的可靠性、一致性、稳定性上，这才是许多大项目畏惧使用国产传感器的原因。

目前国产器件主要占据中低端市场，可靠性不高是影响国产器件大量应用的主要原因之一，想要进入中高端市场存在一定困难。同时，高端市场被国外垄断，高端传感器核心制造装备目前主要依靠进口，“小而散”的国内厂商靠自身积累很难进行设备和工艺更新，虽然具备一批自主研发的工艺和产品，但主要性能指标仍和国外差1～2个数量级，使用寿命差2～3个数量级。

这就要求传感器生产厂家不仅在设计上也要在生产环节进行流程控制，从切割设备到批量测试设备，通过自动化、机械化的引入，排除了作业人员手工操作可能带来的不确定性因素，使产品的可靠性、一致性得到了充分的保障。

2、芯片研发能力较弱，核心技术缺乏

中国做传感器的企业很多，但做传感器芯片设计的企业寥寥无几，这也是我国传感器产业与国外先进水平差距最大的地方。一种主流智能传感器芯片研发投入在10亿人民币左右，需要数十人的科研团队6～8年的积累，数千万只（甚至上亿只）以上产品批量生产规模才可能盈利。而且传感器芯片研究失败风险较高，一般中小型的中国本土企业难以承受如此高的代价和风险，即使研发成功，也常常难以形成盈利规模的出货量。

国内企业基本集中在产业链中下游，具有自主芯片设计能力的企业较少，智能传感器芯片的国产化率不足10%，核心技术严重滞后于发达国家。2020年全球排名前三十的MEMS传感器厂商中，中国仅有歌尔股份（排名6）、瑞声科技（排名19）跻身其中。其传感器芯片均以外购为主，自身在传感器芯片的设计能力上还需加强。此外，本土智能传感器在设计、生产、测试等环节的标准缺失严重，产业链上下游缺乏有效的对接。

3、市场对接能力较弱，科研成果转化率较低

从近年来全球主要国家的MEMS专利数量来看，中国以15%的申请量位列第三，仅次于美国和日本。由此看出，国内高校和科研院所对高技术的跟踪和对高技术附加值产品的研发能力尚可。只是普遍的问题是传感器专利的申请量较大，但其成果以样品居多，距产业化较远，缺少科技成果向市场转化的能力和机制。

大量传感器成果只以样品或专利文档的形式，封存与各高校和研究院所，没有到企业进行落地，转化成实际生产力。国内传感器生产企业与下游应用缺乏有效的衔接，一方面是产学研用各方建立的沟通渠道不畅，中介机构缺失；另一方面有些成果没有产业化的价值，属于垃圾专利。

4、无本土传感器设计软件，传感器算法不成熟

传感器设计软件价格昂贵，设计过程复杂、需要考虑的因素众多，目前国内尚无一套一套具有自主知识产权的成熟好用的传感器设计软件，Conventor、IntelliSuite、COMSOL、ANSYS等国外传感器EDA设计软件占领了整个中国市场。

EDA是电子设计自动化的简称，是电子设计与制造技术发展中的核心。EDA技术是以计算机为工具，采用硬件描述语言的表达方式，对数据库、计算数学、图论、图形学及拓扑逻辑、优化理论等进行科学、有效的融合，从而形成一种电子系统专用的新技术，是计算机技术、信号处理技术、信号分析技术的最新成果。EDA技术的出现不仅更好地保证了电子工程设计各级别的仿真、调试和纠错，为其发展带来强有力的技术支持，并且在电子、通信、化工、航空航天、生物等各个领域占有越来越重要的地位，很大程度上减轻了相关从业者的工作强度。

从以上MEMS传感器产品设计流程中可以看到，EDA仿真端处于MEMS传感器产品设计的源头，没有相应的EDA软件我们完全无法设计出一颗MEMS传感器。

在上世纪六七十年代，当时的集成电路大多都是用手工来完成的，因为实际的管子数量并不多，前端可以手工完成其功能的计算，后端版图就根据电路图，将管子，连线用笔转移为几何图形，画出胶带图等，因为管子的数量少，电路线也很简单，所以并不容易出现错误。但是当线路的数量达到上百或者上千以后，电路图就变的复杂起来，人类就不适合这一项工作了。这时的人工效率将变得很低，且错误率也会极大的增加，错误率增加的同时也会导致成本的急剧增加，因而更加高效低成本的EDA技术便登上了历史的舞台，在集成电路的设计中被大规模的应用。

近日美国商务部工业安全局BIS正式对中国禁用先进制程EDA软件模块，企图封杀掉中国先进半导体未来10年的发展，对我们产业敲响了大大的警钟。这也是中国目前工业软件产业羸弱的一个缩影，不仅传感器行业如此，工业设计、芯片设计等领域也大都使用国外的EDA软件。本土企业在传感器配套的软件环节中渗透率较低，被欧美如博世、应美盛等自带软件算法的IDM企业垄断，技术与国际水准仍有差距。但是在传感器芯片及解决方案环节中，中小规模技术型企业在新兴应用场景中渗透加速。

5、技术上以仿制跟随为主，低端重复同质化竞争

我国传感器依赖进口问题严重，国内传感器企业以跟仿国外同类产品居多，很多企业直接引进国外传感芯片进行封装加工，产品同质化严重，缺乏自主研发产品。这既有国产传感器稳定性不可靠，传感器产品缺乏创新的原因，但也有国内科技企业缺乏国产化替代的探索决心，一味跟进国外科技巨头进行产品研发的惰性思路。

目前国内智能传感器厂商多为新兴的初创公司，技术上以仿制跟随为主，自身技术和产品性能还难以获得、汽车等大型应用商的信任，产品进入中高端行列依然存在一定困难。价格是一个关键影响因素，由于国际市场较为成熟，国外主流厂商价格已经压的很低，国内厂商又没有技术优势，在市场上难有竞争力。

国内传感器企业一般规模较小，造成我国国内产品线较为单一，产品品种和系列约为国外的30%～40%，标准化系列化程度较差的结果。因此在低端市场，比较易生产的规格产品存在“内卷”现象——重复生产、恶性竞争，最终伤害了市场的有序竞争。

6、产品系列化程度低，难以形成规模应用

在传感器系列中难度较大的产品往往依赖进口，我国产品种类较为齐全的传感器厂家仅占3%左右。由于国内本土企业在产品配套的软件算法环节中渗透率也较低，被欧美如博世、应美盛等IDM企业垄断，提供系统整体解决方案的能力较弱，也因此限制了其产业链上价值的获取能力。

我国传感器企业规模总体偏小，绝大多数属于中小型企业。根据《中国传感器发展蓝皮书》披露的数据，我国现有1600余家传感器企业中，产值过亿元的不足200家，约占总数的13%。即便是中国传感器的上市企业，大部分也集中在百亿市值以下，各市值空间断层明显，中国传感器产业链不够完整、成熟。

汉威科技是国内气体传感器龙头，根据其2021年半年度报告，传感器业务营业收入为1.26亿元，总营业收入为11亿元，传感器业务占比仅为11.5%。士兰微是国内功率半导体龙头企业，其2021年上半年总营收33亿元，MEMS传感器产业营收1.4亿元，仅占4.24%。虽然占比很低，但这些市场份额放在传感器行业却是前列。

从全球传感器产业来看，传感器种类数量多、种类分散、独一门类市场规模小，是传感器产业的最大弱点之一，而我国传感产业的羸弱再次将这个弱点放大。

三、国产传感器企业逐步崛起

近年来，在某些领域，这种局面正在逐步改变。中国制造整体实力的增长，也给国产传感器的发展带来了新曙光。例如，随着苹果带动的高保真耳机TWS的广泛应用，声学传感器的发展也水涨船高，涌现出了一批明星企业，如歌尔、瑞声等。今年8月，国产CMOS图像传感器龙头格科微正式登陆科创板，全球出货量超三星和索尼。……

未来，各种基础科学的进步将进一步推动传感器技术的快速进化。微型化将会是传感器发展的趋势。随着物联网、AI、大数据的不断发展，人机交互体验有望得到进一步提升。