智能少不了傳感器

傳感器是數(shù)據(jù)采集的源頭，它無處不在。智能最前端所需要的態(tài)勢感知，基本都是要從傳感器開始。無論是智能制造、智慧城市、智慧醫(yī)療等，還是智能設(shè)備和大數(shù)據(jù)分析，再龐大的智能系統(tǒng)，都要從傳感器的針尖上開始。

醫(yī)療器械界的奇兵——達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人有四百多個傳感器；鼎鼎有名的波士頓機(jī)器人大狗，能夠自如地翻跳騰躍，則需要1300個傳感器。

日本[敏感詞]的馬桶品牌驪住Lixil，正在推出的智能馬桶，馬桶蓋背面安裝了圖像傳感器，可以自動識別糞便形狀，整個馬桶通過70多個傳感器，自動檢測并與云端相連，可以實(shí)現(xiàn)慢病大健康管理。而博世公司推出的工廠協(xié)作機(jī)器人助手APAS，內(nèi)置了上百個傳感器，以便可以迅速感知人的狀態(tài)。

這些令人嘆為觀止的智能產(chǎn)品，其實(shí)都是有共性的。

這個世界的數(shù)字化步伐，半步都不能離開小小的傳感器。

圖1  傳感器的數(shù)量

然而在中國戰(zhàn)略性、支撐性的產(chǎn)業(yè)版圖上，卻幾乎找不到傳感器的位置。當(dāng)新基建如火如荼建設(shè)的時候，傳感器——這一至關(guān)重要的支撐，卻幾乎被人忘在腦后。這個畫面大概如此，當(dāng)所有光鮮的客人要步入大廳的時候，腳后跟卻都被夾在門外。這種尷尬的局面，遲早是要痛得大聲喊出來的。

兩棲物種 傳感器六大怪

廣泛使用的傳感器，它屬于以小搏大的工業(yè)門類，是通向其他產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。但傳感器也是一個很獨(dú)特的行業(yè)。很多傳感器都具有兩棲屬性：一方面，傳感器的核心是芯片，會追隨摩爾定律，有著快速進(jìn)化的大腦；另一方面，它同時也與敏感材料、機(jī)械器件在一起，受到機(jī)械定理的許多制約。這是種獨(dú)具特色的產(chǎn)業(yè)，使得傳感器必須經(jīng)過細(xì)心呵護(hù)，才能發(fā)展得很好。然而在中國，傳感器卻成為一個令人驚訝的“六大怪”行業(yè)。

傳感器的第一怪：容量不小，而國內(nèi)頭部玩家卻很小。2019年中國傳感器市場規(guī)模達(dá)到1700億元，估計有1700多家企業(yè)。除了歌爾、瑞聲靠著蘋果手機(jī)強(qiáng)大的出貨量，體量達(dá)到百億級，在聲學(xué)傳感器領(lǐng)域已經(jīng)占住地盤。而其他領(lǐng)域，如手機(jī)、汽車、工控、可穿戴、物聯(lián)網(wǎng)等，基本上都是國外品牌的市場。在消費(fèi)電子、安防之外的領(lǐng)域，產(chǎn)值超過1個億的企業(yè)并不多，只有鄭州漢威、寶雞麥克、南京高華等跑在前面，其他國內(nèi)傳感器企業(yè)，基本都屬于土豆俱樂部。

傳感器的第二怪：種類繁多，但這個市場很隱蔽。國外成型產(chǎn)品及在研種類有3萬多種，我國有2萬多種。這些數(shù)量未必[敏感詞]，但傳感器無疑是一個龐大類別的產(chǎn)品。而這種產(chǎn)品，卻很少為業(yè)界之外的人所知曉。其實(shí)手機(jī)、汽車、工業(yè)測量、智能裝備等都是應(yīng)用傳感器的大戶。而這幾年風(fēng)生水起的智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，都離不開小小的傳感器。當(dāng)然人工智能也不例外。可以說人工智能跑得再快，腳上穿著還是傳感器的鞋。

傳感器的第三怪：民品最怕斷供，[敏感詞]不怕價高。軍用傳感器已經(jīng)高度自主化，主要是由于軍品采購可以不計成本。而如果要到民用市場來競爭，那是既要拼規(guī)模，也要有高性價比。如果功耗小一點(diǎn)，成本小一點(diǎn)，那就可贏者通吃。因此民用市場的突破還很艱難，也無法從[敏感詞]市場獲得支撐。兩條隧道，各通一邊，沒有打通。而民用儀表傳感器高度依賴國外。日本橫河跟重慶川儀有一家合資公司，生產(chǎn)橫河川儀的儀表。日本橫河提供的諧振式壓力傳感器，這是[敏感詞]精度的壓力傳感器。國內(nèi)攻關(guān)一直未能攻克。這家合資廠也只能依賴日本的傳感器。

傳感器的第四怪：中國制造雖以成本著稱，但傳感器的成本優(yōu)勢還沒有國外明顯。中國目前生產(chǎn)大部分都是低端傳感器。而我國中高端傳感器進(jìn)口占比達(dá)80%，傳感器芯片進(jìn)口更是達(dá)90%以上。中國生產(chǎn)成本也很高，收入才幾千萬，如何舍得投入幾千萬建生產(chǎn)線？現(xiàn)在很多傳感器廠家，還都是單干，手工裝配很多。因?yàn)楫a(chǎn)量上不去，有的1個月的產(chǎn)量也就5000只，根本談不上規(guī)模效益。而博世、歐姆龍等早就把工廠設(shè)立在中國，成本優(yōu)勢同樣巨大。

而且，美德日品牌企業(yè)對中國傳感器市場虎視眈眈，對市場份額看得很緊。中國一有進(jìn)步，就會被國外品牌降價擠壓。2010年日本歐姆龍一個開關(guān)要接近400元，而現(xiàn)在隨著中國品牌的逐漸崛起，現(xiàn)在只需要60元。靈活降價，堅(jiān)決保衛(wèi)市場份額，是國外廠商常見的營銷手段。這種方法，一直將國產(chǎn)品牌壓制在面黃肌瘦線附近，很難翻身。

傳感器的第五怪：市場巨大，融資最難。本來智能制造、人工智能大熱，傳感器終于應(yīng)該迎來咸魚翻身。但是，沒有。這是一個投資人不待見的市場。由于國內(nèi)對這個產(chǎn)業(yè)的重要性的認(rèn)識不足，導(dǎo)致投資界一直處于冷淡期。這跟產(chǎn)品隱蔽，做大做強(qiáng)比較難，是有關(guān)系的。而國家對這個產(chǎn)業(yè)的“冷處理”的態(tài)度，自然也影響了投資基金的判斷。

傳感器的第六怪：本是國之重器，奈何落地淪為小蘿卜頭。傳感器作為感知的第一道防線，是人類社會走向智能的關(guān)鍵源頭。然而這個行業(yè)一直得不到重視。上世紀(jì)80年代初，國家科委主持的課題研究中，在討論信息技術(shù)包括哪些技術(shù)的過程中，“傳感器技術(shù)”引起了巨大的分歧。但因?yàn)轶w量太小，最終還是被切掉。這一晃，四十年都過去了，情況幾乎沒有變化。雖然最近兩三年有些鼓勵發(fā)展傳感器的政策陸續(xù)出臺，但一無力度二無資金，基本也就是草草地走了過場。

傳感器其實(shí)就是互聯(lián)萬物的五官，是眼睛，是耳朵，是各種觸覺。盡管如此重要，卻無人重視。傳感器六大怪，本身就是一大怪事。這可真是一根扎心的刺。

驚人的利潤

在國內(nèi)，傳感器并不容易掙錢。由于芯片不能自主，工藝研發(fā)投入巨大，再加上紅海競爭激烈，中國傳感器的利潤一直被壓得很低。根據(jù)國內(nèi)40家傳感器企業(yè)上市公司的財報，將近40%的企業(yè)利潤率低于5%；而利潤為負(fù)就有6家。

都說制造業(yè)利潤低，傳感器看來也是其中的一種。不過，不掙錢，并不是這個行業(yè)的真實(shí)情況。

日本基恩士傳感器公司，可以說是日本最掙錢的公司。2019年?duì)I業(yè)額接近360億人民幣，而利潤，則達(dá)到了驚人的180億。利潤率居然超過50%，而且常年如此。傳感器這種在中國幾乎無法建樹的行業(yè)，被日本做成了真正的搖錢樹。

這家以純設(shè)計（Fabless）起家的傳感器公司，主要是設(shè)計和銷售傳感器、測量系統(tǒng)、激光刻印機(jī)等。從產(chǎn)品開發(fā)策略來看，它從來不定制產(chǎn)品，堅(jiān)持完全“以我為主”的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品研發(fā)。這種策略，維持了產(chǎn)品研發(fā)的規(guī)律性，而定制產(chǎn)品則會有很大的周期不確定性，經(jīng)常導(dǎo)致企業(yè)失去靈活性。為了不斷開發(fā)新品，基恩士采用了廣泛的研發(fā)信息源，促使產(chǎn)品的多樣化。而從產(chǎn)品系列而言，則采用了深度嵌套的產(chǎn)品組合。既有傳感器產(chǎn)品，更有在傳感器基礎(chǔ)上做好的測量系統(tǒng)，成為測量領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。

國內(nèi)像海康威視、大華等領(lǐng)頭羊，都是走大型工程。雖然也掙錢不少，但其實(shí)跟傳感器也沒有太大關(guān)系。即使是以氣體傳感器起家的鄭州漢威，這幾年也是重點(diǎn)聚焦在水務(wù)、環(huán)保等總包工程。傳感器事業(yè)板塊，不過只是這家上市公司的高科技之名而已，從體量而言則基本就是無足輕重。

傳感器主要用在電子產(chǎn)品、工控與測量、設(shè)備等幾個板塊。而傳感器的發(fā)展，最早是來自工業(yè)自動化的推動。但在中國最黯淡的，也就是工控與測量這個分支了。最典型的可以算是上海威爾泰儀表公司了。這家企業(yè)以核電為入手點(diǎn)，進(jìn)入到傳感與儀表領(lǐng)域的，屬于純正的工業(yè)自動化產(chǎn)品。從上市公司財務(wù)報表來看，這家公司上市已經(jīng)14年，但最近一年收入大約在六千萬元。不得不說，經(jīng)營慘淡。要知道，另外一家巨頭公司霍尼韋爾公司，其傳感與物聯(lián)部門在全球的營收將近60億元。

設(shè)計軟件沒人管

工業(yè)軟件是中國制造的軟肋，傳感器更是如此。而傳感器的設(shè)計軟件，也是非常隱蔽的匕首。這幾年MEMS傳感器非常火爆，每個手機(jī)中都有幾個，如感知加速度的。而一般的汽車至少也有十多個。德國博世、美國博通、荷蘭恩智浦等都是業(yè)界巨頭。中國只在麥克風(fēng)的MEMS傳感器扳回一個角，做得很好。

然而MEMS傳感器的設(shè)計，需要兩款很專業(yè)的CAD軟件。一個是 IntelliSuite，這是美國1991年創(chuàng)立的，這也是最早的MEMS專用CAD設(shè)計畫圖軟件。

另外一家ConventorWare也是美國公司。中國很多傳感器企業(yè)幾乎都在用，能占據(jù)中國80%的市場。當(dāng)年在國內(nèi)承擔(dān)863計劃MEMS研究項(xiàng)目的30個研究小組，全部都使用這種軟件。它在MEMS傳感器的位置，跟6月份哈工大被斷供的Matlab軟件在科學(xué)計算中的地位，基本一樣。而在中國，幾乎沒有這種軟件。不幸的是，這款軟件在2017年被泛林LAM收購；而LAM是美國第二大半導(dǎo)體設(shè)備制造商。這都是美國政府最容易動刀子的斷供之地。

工業(yè)軟件，非常的細(xì)分了。如果不深入到行業(yè)中去，很多軟件都是隱藏而不可見。這種處境，倒是跟傳感器一模一樣。傳感器和工業(yè)軟件，似乎都穿著隱身衣。而正是這些看不見的工業(yè)軟件，其實(shí)暗地封鎖著中國制造的諸多命脈。傳感器設(shè)計軟件，就是其中一道令人緊張的暗穴。沒有軟件，這些傳感器很難被設(shè)計出來。

幾乎全是卡脖子

在中國，消費(fèi)類電子的傳感器，由于市場的拉動，近十年已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。然而在工業(yè)級的傳感器，卡脖子情況比芯片還厲害。圍繞著控制與測量，尤其是儀器儀表傳感器，幾乎100%進(jìn)口。

中國儀表的變送器兩大巨頭，都是“國外芯”。重慶橫河川儀年產(chǎn)歸諧振變送器30萬臺，傳感器用的是日本橫河的；北京遠(yuǎn)東羅斯蒙特，每年30萬臺金屬電容變送器，用的是美國羅斯蒙特的傳感器。可以說，這兩家占據(jù)中國70%以上市場的龍頭企業(yè)，基本就是給日本和美國打工。其他企業(yè)情況也一樣，蘇州恩德斯豪斯E+H一年大約5萬臺，用的是德國E+H；而國內(nèi)品牌的龍頭企業(yè) ，用的基本都是德國FirstSensor。要命的是，這家公司，在今年3月被美國傳感器巨頭泰克連接公司所收購 。這對于中國的儀表，實(shí)際上非常的兇險。今后是否還能買到德國傳感器芯片，存在著極大的不確定性。

這意味著，石化、醫(yī)藥等流程行業(yè)廣泛使用的變送器，其中的傳感器除了用日本橫河和美國羅斯蒙特的芯片，原本用德國的公司的現(xiàn)在也要依賴美國公司了。

其他行業(yè)也基本是類似的狀況。根據(jù)傳感器國家工程研究中心《中國傳感器發(fā)展藍(lán)皮書》的統(tǒng)計，汽車傳感器、高端化學(xué)類氣體傳感器、光纖傳感器、環(huán)境檢測傳感器，對國外進(jìn)口依賴度都是在95%以上。至于海洋傳感器，用于移動觀測平臺的自動浮標(biāo)、水下滑翔機(jī)，以及海上浮標(biāo)等，則是100%進(jìn)口。

國人非常關(guān)心的PM2.5值，其測量儀基本都是采用儀表巨頭美國熱電公司的產(chǎn)品。它內(nèi)部所使用的微量振蕩天平，通過測量濾膜上微小顆粒的質(zhì)量而引起振蕩管的頻率變化，來測試空氣顆粒物的濃度。以精密測量的傳感器作為基礎(chǔ)，熱電公司的一臺PM2.5測量儀，動輒幾十萬元，甚至上百萬元。也只有國家級測量站，才用真正用得起這種儀表。而直到最近，這種技術(shù)才被天津大學(xué)精儀學(xué)院畢業(yè)博士所創(chuàng)立的天津同陽公司，基本攻克。這是一種很幸運(yùn)的進(jìn)展了。

傳感器的卡脖子方式，與絕大部分其他工業(yè)產(chǎn)品都不一樣。它就像一個漫山遍野的地雷陣，分散而隱蔽。要逐項(xiàng)對這一類卡脖子短板進(jìn)行突破，必將是一個漫長的過程。而且要逐個突破，也基本不現(xiàn)實(shí)。

歷史上的動搖

傳感器與通信、計算機(jī)被稱為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱。但本來處于戰(zhàn)略要沖的傳感器，在中國的產(chǎn)業(yè)位置，基本一直被邊緣化。

這在中國，是有過歷史上的動搖。據(jù)國內(nèi)信息化老前輩介紹，上世紀(jì)80年代初，一些專家參與了國家科委主持的“信息技術(shù)發(fā)展政策”課題的研究與起草相關(guān)政策。當(dāng)時第一個要解決的問題是: 信息技術(shù)包括哪些技術(shù)？計算機(jī)、集成電路、通信技術(shù)和軟件四大技術(shù)得到專家們一致的同意。問題出在“傳感器技術(shù)”，大家意見不一致。

圖2  中國信息技術(shù)的構(gòu)成

從理論上說，大家都同意，傳感器技術(shù)是信息技術(shù)的一個重要組成部分。如果缺少傳感器，信息技術(shù)就不完整了，體系上無法自洽。但是，從行業(yè)營業(yè)額來看，當(dāng)時的傳感器產(chǎn)業(yè)太小了，不要說與通信產(chǎn)業(yè)這樣的大產(chǎn)業(yè)比，就是和當(dāng)時的軟件這樣的“小產(chǎn)業(yè)”比，也不在一個量級上。如果并列在文件中，非常難以落筆。討論了很長一段時間，最后還是“忍痛割愛”了。

可以說，信息技術(shù)剛剛起步，作為支點(diǎn)之一的傳感器，從一開始就被邊緣化。這種偏差，意味著中國的信息化，一直就是瘸腿的信息化。而進(jìn)入數(shù)字化時代，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成為國家戰(zhàn)略，這種瘸腿就更加明顯。然而，這種歷史上的動搖所形成的隱形偏差，歷經(jīng)四十年，越發(fā)畸形，而且直到至今，也未能得到糾正。

現(xiàn)在，應(yīng)該是回到原點(diǎn)，重塑根基的時候了。

小記

芯片卡脖子，舉國上下群情激憤，到處都是大投資。但中國的卡脖子，其實(shí)是一個系統(tǒng)性工程，不是只出現(xiàn)在某一個節(jié)點(diǎn)上。要說卡脖子，中國制造幾乎就是長頸鹿的脖子，到處都是卡點(diǎn)。許多不同的卡脖子技術(shù)，底層有著更為隱蔽的交錯關(guān)系。傳感器的芯片，并不需要太高的納米制程，像當(dāng)前最熱的傳感器的微機(jī)電系統(tǒng)MEMS，它需要的制程甚至可以用微米級完成。以舉國之力，狂熱的投資，都要去解決華為手機(jī)芯片，或者中芯國際的先進(jìn)制程問題，既不科學(xué)，也不理性，更忽視了其他同樣重要的產(chǎn)業(yè)市場。

跟芯片卡脖子是卡在明處完全不同，傳感器在中國的產(chǎn)業(yè)地位，基本就是一個黑戶口，無人關(guān)注。這才是傳感器產(chǎn)業(yè)最令人擔(dān)心的地方。

中國數(shù)字經(jīng)濟(jì)已經(jīng)是龐然大物，目前占GDP的比重約為35%，總量超過30萬億元。傳感器正是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的最基本的支點(diǎn)。然而在這座龐大宮殿的入口處，守門的哨兵，卻依然在昏睡中。

這是智能大門的缺失。傳感器就像無處不在的小傷口，隨時都可能作痛。傳感器之殤，中國不可承擋。