過(guò)去半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，技術(shù)浪潮一波接著一波，從個(gè)人電腦和微處理器到有線電話，再到移動(dòng)電話和智能手機(jī)，每一波浪潮各有其側(cè)重點(diǎn)。下一波浪潮將是現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界的互連，而傳感器將在其中扮演重要角色。
本文總結(jié)5項(xiàng)筆者特別看好的傳感器技術(shù)與事件，因?yàn)樗鼈冋宫F(xiàn)了未來(lái)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。
一、MEMS快速增長(zhǎng)：2024年CAGR達(dá)8.2%
根據(jù)Yole Développement，2018年全球MEMS市場(chǎng)達(dá)到了116億美元，預(yù)計(jì)到2024年將以8.2%的復(fù)合年均增長(zhǎng)率（CAGR）持續(xù)增長(zhǎng)。其中，消費(fèi)應(yīng)用將占MEMS市場(chǎng)的60%，汽車應(yīng)用則占20%。其余的20%包括電信、醫(yī)療、工業(yè)和航空應(yīng)用。
2018-2024年MEMS市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)（圖片來(lái)源：Yole Développement）
Yole技術(shù)市場(chǎng)分析師Dimitrios Damianos表示，從圖中可看出MEMS有三個(gè)增長(zhǎng)區(qū)。第一個(gè)增長(zhǎng)區(qū)主要由傳統(tǒng)的MEMS（如MEMS麥克風(fēng)、慣性、壓力和光學(xué)MEMS）組成，其市值的CAGR約低于5%。
第二個(gè)增長(zhǎng)區(qū)約在10%到15%之間，包括環(huán)境MEMS、微流體、微測(cè)輻射熱計(jì)、熱電堆和射頻MEMS。Damianos解釋說(shuō)：“例如，熱電堆由于成本低廉，可用性高，可用于智能建筑；微流體可用于DNA測(cè)序；微測(cè)輻射熱計(jì)則可作為冗余傳感器，用于實(shí)現(xiàn)高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動(dòng)駕駛出租車中的熱成像。”盡管智能手機(jī)市場(chǎng)放緩，但5G可望推動(dòng)新的芯片需求，RF MEMS則可應(yīng)用于新的基站部署和邊緣計(jì)算。
Damianos說(shuō)，最后一個(gè)增長(zhǎng)區(qū)落在15%到20%之間。微型揚(yáng)聲器和超聲波指紋等新興MEMS有望推動(dòng)未來(lái)的市場(chǎng)增長(zhǎng)。最后，傳感器融合與AI和邊緣計(jì)算相結(jié)合，可望刺激新的用例，重振MEMS市場(chǎng)。
二、智能傳感器遵循的六條黃金法則
自動(dòng)化時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。傳感器在結(jié)合模擬世界與數(shù)字世界的過(guò)程中扮演著關(guān)鍵的角色，其部署將使城市、家庭、工廠以及汽車和個(gè)人設(shè)備更加智能化。
ST模擬、MEMS和傳感器產(chǎn)品部副總裁Andrea Onetti說(shuō)：“這是我們第一次看到，兩個(gè)從未互相交流的世界開始跨越橋梁共同支持工業(yè)4.0等新趨勢(shì)。如今正是提升MEMS能力的最佳時(shí)機(jī)！”但唯有當(dāng)企業(yè)遵循六大“黃金法則”——更高精度、更低功耗、更精巧、更高可靠性、更高能效以及更智能——才有可能做到這一點(diǎn)。
Onetti說(shuō)：“過(guò)去十年，我們已經(jīng)將功耗降低了2倍，尺寸縮減了70%，成本也減少了75%。這讓我們改善了73%的加速度計(jì)噪聲、83%的陀螺儀溫度穩(wěn)定性，并將滿量程范圍提高了100%。”
最后，“我們已經(jīng)能夠插入可在本地處理的數(shù)字功能，提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率。”隨著傳感器能夠提供越來(lái)越精確、與時(shí)間相關(guān)的預(yù)處理數(shù)據(jù)，硬件制造商和服務(wù)供應(yīng)商的新商業(yè)模式即將出現(xiàn)。
三、MEMS開發(fā)：云仿真超越原型制作
近年來(lái)，仿真技術(shù)，尤其是云仿真，已經(jīng)超越了真實(shí)原型制作的效率了。MEMS公司如今正致力于仿真數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的潛在傳感器設(shè)計(jì)，以減少真實(shí)原型制作，最終降低成本、風(fēng)險(xiǎn)并縮短上市時(shí)間。初創(chuàng)公司OnScale就是其中之一。
OnScale成立于2018年，據(jù)稱已將先進(jìn)的多物理場(chǎng)求解器與近乎無(wú)限的云端超級(jí)計(jì)算能力相結(jié)合。onScale CEO Ian Campbell說(shuō)：“這使得工程師們可以使用云端的超級(jí)計(jì)算機(jī)，對(duì)其MEMS器件展開先進(jìn)的多物理場(chǎng)分析。”
Campbell說(shuō)：“數(shù)字原型可用于表征真實(shí)器件。它提供了真實(shí)器件所能提供的所有工程數(shù)據(jù)，但無(wú)需經(jīng)歷繁復(fù)的原型制作、封裝、仿真和最后測(cè)試的過(guò)程。因此，我們可以預(yù)先告訴工程師其器件是否能正常工作，然后再進(jìn)行成本高昂的真實(shí)原型制作。”
作為MEMS云仿真的一部分，OnScale可進(jìn)行數(shù)字認(rèn)證，并研究封裝、組裝的可變性對(duì)于整體性能的影響。Campbell說(shuō)：“如果你選擇MEMS代工合作伙伴或自家的晶圓廠，那么工藝工程師就能幫你收集工藝數(shù)據(jù)。我們可以利用這些信息，并將這些信息反饋給設(shè)計(jì)工程師，還可以利用工藝仿真來(lái)確保代工產(chǎn)能。”
四、光譜技術(shù)加速商業(yè)化過(guò)程
新型傳感解決方案使得光譜分析的尺寸和成本持續(xù)下降，因此加速了其商業(yè)化的過(guò)程。比如ams的光學(xué)傳感技術(shù)，正改變個(gè)人健康監(jiān)測(cè)和智能農(nóng)業(yè)。
“快速測(cè)量物理參數(shù)的需求推動(dòng)了光譜技術(shù)的小型化發(fā)展。”Ams研發(fā)部資深副總裁Verena Vescoli表示，“根據(jù)檢測(cè)的波長(zhǎng)范圍，光譜傳感技術(shù)能夠廣泛地應(yīng)用在顏色匹配、化妝品膚色、醫(yī)療保健診斷、食品和農(nóng)業(yè)分析等環(huán)境。”
五、傳感器推動(dòng)醫(yī)療和時(shí)尚可穿戴設(shè)備的發(fā)展
傳感器的普及將推動(dòng)個(gè)性化醫(yī)療和時(shí)尚可穿戴設(shè)備的發(fā)展，預(yù)計(jì)到2024年，可穿戴設(shè)備將達(dá)到320億美元的市場(chǎng)規(guī)模，這最終會(huì)要求傳感器變得更智能。
比如，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，華為實(shí)現(xiàn)了越來(lái)越多智能設(shè)備，為我們呈現(xiàn)了異構(gòu)計(jì)算推動(dòng)“超越摩爾定律”（More than Moore）計(jì)算的新時(shí)代，換句話說(shuō)，即如今已到超越摩爾定律物理極限的時(shí)候了。另外，當(dāng)今移動(dòng)領(lǐng)域還將面臨一定的挑戰(zhàn)。例如，如何在不依賴時(shí)鐘頻率的情況下提高系統(tǒng)性能，以及如何提高機(jī)器學(xué)習(xí)和AI的潛力，使其變得像今天的通用計(jì)算一樣，這些挑戰(zhàn)反過(guò)來(lái)也為消費(fèi)應(yīng)用帶來(lái)巨大商機(jī)。
再比如，3D技術(shù)在2015年開始發(fā)展，如今已成為主流，展望未來(lái)，可以預(yù)見2031年以后將出現(xiàn)存儲(chǔ)器和邏輯電路的單芯片集成。
