物联网的推广与应用,不仅为传感器产业带来了产品技术推广及应用的市场机遇。同时,技术创新和整个行业发展也面临着新挑战。反之,传感器性能优劣会直接影响物联网性能的优劣和大规模的推广、应用与发展。
传感器将开放换代
物联网的发展将引发传感技术升级、传感器产品换代、传感器生产组织形式变化。
传感器产品优劣取决于传感器的工艺技术水平和产业化规模生产装备的能力。微型化、低功耗、可灵活编程等要求是技术创新能力的体现,而低成本、低价格往往体现出工艺技术装备和管理水平。
随着传感技术的升级以及其产品转型和更新换代,在传感器业界必将引发市场的重新定位和企业技术创新热潮。一些新的体制结构模式创新和业务侧重点优势突出的传感器专业设计企业、芯片制造企业、产品制造企业和测试企业随之产生,引发行业格局的新变化,迫使企业重组、产品结构标准化、品牌战略经营管理以及市场优胜劣汰重新洗牌,逐步使得传感器行业改变企业过于分散、规模偏小、市场乱象丛生和恶性竞争不良状态,带动整个行业经济效益向良性转化。因此,物联网的发展将引发传感技术升级、传感器产品换代、传感器生产组织形式变化,引起传感器“质”和“量”的飞跃。
物联网所需的智能化、微型化、网络化传感器,需要与IC工艺、MEMS工艺紧密结合,充分利用IC的低功耗芯片设计、各种形式的封装(BGA、倒装、SiP、CSP、MCM等)、软硬件协同设计以及大片集成工艺等技术的有机结合及应用。需要传感器制造企业和集成电路制造厂商通力合作,从芯片设计到制备工艺,从产品开发到工业应用,探索出新的组织结构与模式。当前,国内在集成化、网络化以及MEMS工艺技术创新进程上比较缓慢,新型传感器技术方面的国家标准较为分散凌乱,有待于进一步规范与完善。
物联网传感器不仅需要满足微型化、低成本、低价格、低功耗以及可灵活编程等基本条件,同时,还要在稳定性、可靠性、高精度、灵敏度、抗干扰能力等性能指标上,达到更高技术标准和要求。基于物联网传感器应当重点研究与开发以下难点突出的技术问题,包括微型化技术、低成本技术、低功耗技术、网络化技术等。
随着上述突出技术问题的解决,以及物联网的进一步广泛应用,国内外将掀起新一轮传感器热潮,传感器的市场需求将呈几何式增长。2005年～2009年,传感器销售额年均增长率达23%。业内专家预测,未来5～10年,传感器销售额年均增长率有望达到30%以上,部分领域的应用会呈现爆发式增长。例如面向自然灾害的监控、环境监控、交通监控、公共设施监控和公共服务领域等各类网络化传感器；智能家居、远程医疗、健康管理等无线网络终端运用的各类传感器,年增长率将会超过50%以上。
政府协调推进产业化
抓好传感器产业化建设将成为今后一段时期的当务之急。
在当前行业分散,企业弱小的情况下,应发挥政府协调和推进作用。具体建议如下：
1.由国家设立并组织实施敏感元件与传感器产业化专项,提供产业化扶持和引导资金；有针对性地扶持行业重点技术产品,通过产业化专项的实施来促进敏感元件与传感器产业的发展。
2.制定科技成果产业化、科技成果转化引导性政策,并给予相应的税收减免补贴政策；宣传和普及相关配套的知识产权保护政策和法律法规,减少传感器行业侵权行为和违法现象,以保护知识产权拥有者的根本利益,逐步形成高技术产品的良性竞争和发展。
3.组织行业有关单位和专家制定行业产品技术标准规范和同一种类型产品的规范；减少产品技术不必要的多、乱、杂现象。改善多品种、小批量的局面,为产业化奠定基础。
4.建立多个产业化示范基地和地区,形成产业龙头和行业品牌；鼓励组建以地区、产品为主要纽带的产业集团,运用市场化手段进行企业整合。
5.鼓励人才引进和高端人才的培养,鼓励工科大专院校建立传感器专业；引导国外高级人才投入行业发展建设；鼓励国内人才积极创业发展,创造良好人才环境与氛围。
6.鉴于目前行业分散、规模偏小等特点,由政府牵头组建传感器产业推进联合会；形成资源优势互补的产业联盟,引领和规范行业行为,提供各种服务工作。
为了促进我国智能传感器产业的健康发展,使物联网技术发展能够尽快与发达国家站在同一起点上以及在国际市场上具有差异化竞争,抓好传感器产业化建设将成为今后一段时期的当务之急。
专家观点
中国RFID产业联盟常务副秘书长王力建
“物联网两大关键是空口技术和标识。在解决空口技术上,我国要制定出自己的空口标准,而且要基于自主知识产权。”
现在国际标准超高频在860～960MHz的范围,我国是在 840～845MHz和920～925MHz。每个国家都不太一样,谈不上与国外的差距。
我们给物联网中的“物”贴上标签,这个标签可能是基于超高频的,也可能是基于微波,即频率不一样。这一标签应该能够存储该物品的网址,通过扫描,就应该可以在网上找到该物品。
此举是为该物品建立通道,其中最主要的技术就是“空中接口技术”。只要解决了“空口技术”,就解决了物品怎么上网的问题。另一个问题就是怎么找到它,也就是标识问题。这就像我们每个人的网址和邮箱一样,关键是这个标识用什么方式来编。
物联网两大关键：一个是解决空口技术 即如何进入网络的问题,第二是标识 就是到了网络怎么找到的问题。其他一切问题,网络技术早已解决。
物联网与平常使用的计算机网络的区别在于：一个是无线,一个是有线。现在计算机网址是美国人在管,超市物品上的条码也是国外人在管理。在物联网上,如果还要别人来管,那我们就很被动了。
在解决空口技术问题上,我国要制定出自己的空口标准,而且是基于自主知识产权,这样建设物联网就好办得多。
超高频和微波RFID技术也可以用国外的产品,但会存在一些问题。比如,一是信息安全会有问题；二是赚不到钱。我们可以用数据说话,微软、IBM、惠普公司等年营业额一般在1000多亿美元,而国内电子百强的前十位基本都在1000多亿人民币,在营业额上我们约是人家的1/6；在利润率上,人家利润率在20%～30%,而我们的利润率基本没有超过5%,又是他们的1/6。
与国外差距的原因在于,我们都符合国际标准,所以我们得给人家交钱,交专利费；而对方则是在收钱,收取专利费。业界一些人士还以符合国际标准为荣,有时这是一种错误引导。
我国成为第二大经济体,可是我国的GDP质量太差。虽然我们的营业额超过日本,但是挣的钱可比人家少得多。我们卖一个电视才赚几十块钱,人家卖一台电视能赚上千块钱。如果我们不挣钱,意味着国家可动用的资金量就很有限。
超高频和微波RFID关键技术还是有市场前景,因为国家当前在全力推动。国家有关部门现在已经意识到基础标准对国家安全产业推动的重要性。随着国家的重视和力推,物联网的前景会很好。现阶段物联网的推广和应用,国家在里面起到的作用比较大,比如交通物联网、公安物联网、车联网等。
在进行政府采购时,国家有关部门招投标的时候,如果不符合我国标准,应该不允许采购,这是关键。
西安华迅微电子有限公司董事长周文益
“从关键指标来看,国内芯片的电流、面积还比较大,抗干扰性需要提高,国家应该加大投入力度,并通过制定政策的方式吸引更多的风险资金或更多下游厂家介入。”
在导航芯片和模块方面,无论是射频芯片还是基带芯片,目前国内都已经有若干家企业研发成功兼容GPS和北斗二代的双模导航定位芯片。民用GPS北斗二代双模双通道射频芯片的代表厂家主要有西安华迅、重庆24所、中科院微电子所等；基带芯片厂家主要有北京和芯星通、西安华迅、北京东方联星和杭州中科微等。有关双模双通道射频芯片,目前国外还没有厂家报道研发成果,可以说国内处在领先地位。从关键指标来看,国内芯片的电流、面积还比较大,抗干扰性需要提高。
基带芯片以主要性能指标来衡量。国内双模导航基带芯片的关键技术已基本突破,但性能指标还有待进一步提高。
另外,由GPS北斗二代双模芯片设计成的接收机模块尺寸却偏大,功耗也较大,这需要进一步改善。此外,差距还在于国内目前还处在比较单一的导航芯片阶段,横向集成比较少。
对于基带芯片来说,为了使GPS北斗的双模芯片达到与单GPS完全持平的水平,芯片内部采取创新的架构和算法、工艺上采用小于90nm的CMOS技术设计以及考虑创新的低功耗设计是必须的。创新的架构和算法可以进一步提升芯片接收的灵敏度,也可以提高精度；但由于性能的提升可能会增加芯片的电流,加上目前芯片本身电流就比较大,所以采用更小尺寸的工艺以及低功耗的设计方法是解决问题的几个途径。此外,为了使目前双模导航模块的尺寸进一步减小,将射频与基带集成SoC单芯片是一个有效的手段。
要解决以上这些问题,以及达到与国外芯片完全同等的水平,难度较大。国外几家芯片厂家在研发GPS芯片方面的投入超过 1.5亿美元；Globalocate公司成立于2002年,于2009年被Broadcom收购,总投资是1.5亿美元；欧洲的u-blox公司总投资大约1亿美元。而中国的几大芯片厂家所有投资的总和不到0.5亿美元。虽然中国的人工比较便宜,但中国的工作效率偏低,基础薄弱。我们可以站在他人的肩膀上进行开发,但工艺生产等方面的投入是世界统一价格的,属于硬投入。
为了解决这些问题,国家应该加大投入力度。因为芯片产业是一个高技术、高风险和周期长的领域,一般的风险投资都不敢介入。此外,国家也可以通过制定政策的方式吸引更多的风险资金或更多下游厂家介入。比如,国家可以制定类似美国要求所有手机都必须携带GPS的政策,来要求中国所有的车辆或手机等都必须配备北斗导航或定位的功能,这样国家可催生一个巨大的产业。
GPS北斗导航定位的市场前景非常广阔,从2007年～2015年中国导航定位产品年增加量统计预测来看,2008年用户增加数量为近700万,2009年成倍增加,到2015年则年增加量预计超过一亿户。增加速度最快的则是导航定位手机,占有总量的80%以上。到2020年,我国导航用户总量将达到8亿户。同时,行业的总产值会稳定增长。2008年总产值为389亿元,2009年可达到569亿元,2010年接近800亿元,2011年超过1000亿元,到2015年会超过2500亿元。
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