中国智能传感器产业发展报告

前言PREFACE 当今世界，新一轮科技革命方兴未艾，全球信息技术发展正处于跨界融合、加速创新、深度调整的历史时期，呈现方物互联、方物智能的新特征。智能传感器作为与外界环境交互的重要手段和感知信息的主要来源，正深刻改变着我们感知世界的方式，在数字经济时代的战略性作用愈加凸显。 我国高度重视智能传感器产业的发展。《物联网新型基础设施建设三年行动计划（2021-2023年）》将高端传感器能力突破作为攻关自标，提出要突破智能感知、新型短距离通信、高精度定位等关键共性技术，补齐高端传感器、物联网芯片等产业短板，进一步提升高性能、通用化的物联网感知终端供给能力。山东、郑州等地专门出台智能传感器产业规划，全国多个地区也通过打造特色产业园区、建设特色产业基地等措施，积极布局智能传感器产业。随着新型工业化的深入推进和新一轮产业革命的加速演进，智能传感技术作为提升信息化与工业化融合的关键技术之一，是我国制造业由大转强的重要保障 为系统评估我国智能传感器产业发展概况，分析智能传感器发展趋势，研究相关问题和应对策略，中国（无锡）物联网研究院历时数月，开展大量调查研究，编制此报告，以期能为产业发展提供参考 本报告仅用于探讨交流，不代表任何官方观点。 目录 智能传感器产业发展趋势 智能传感器产业发展背景 智能传感器概念定义02智能传感器产业结构03智能传感器产业特征04 微型化、集成化27融合化、智能化28无源化28 我国智能传感器产业发展问题 市场规模快速增长06区域竞争不断加剧07技术变革持续深化60应用场景不断丰富10 高端产品供给不足30原创创新能力较弱32先进代工能力不足32应用生态不健全33 我国智能传感器产业发展建议 加强顶层设计与规划引领35增强关键共性技术创新能力35培育智能传感器产业集群35促进新技术、新产品应用35物联网研究院 产业发展初具规模12创新能力显著增强14产业链条较为完整18支撑体系愈加完善21 附件一 中国智能传感器企业库36 01 智能传感器产业发展背景 智能传感器概念定义 INTELLIGENT'SENSORCONCEPTDEFINITION 传感器与通信、计算机被称为现代信息技术的三大支柱，其应用涉及国民经济及国防科研的各个领域，是国民经济基础性、战略性产业之一，直接影响到国防安全、经济安全和社会安全，早期的智能传感器是指集成了处理器，可实现数据处理功能的传感器，随着MEMS技术、通讯技术、计算机技术，特别是微系统技术、人工智能等前沿技术的交叉融合，当前智能传感器多指集传感器、通信模块、微处理器、驱动与接口和软件算法于一体的系统级器件，具有自学习、自诊断和自补偿能力，以及感知融合和灵活的通信能力，是未来智能系统的关键元件。 由于智能传感器在材料、机理、工艺、应用等方面交叉融合较为普遍，因此尚无完全统一的命名和分类规则，业内一般按照测量原理、输出信号、制造工艺等对智能传感器进行分类。其中按照测量原理可将智能传感器分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。物理传感器是指利用某些物理规律和物理效应把被测的物理量转换成便于处理的电信号的装置，主要包括压力传感器、惯性传感器、磁传感器、声学传感器等。化学传感器指的是对各种化学物质教感并得其浓度转换为电信号的装置，主要包括气体传感器、湿度传感器、离子传感器等。生物传感器是一种能够将生物学过程转化为可测量信号的装置，主要包活酶传感器、免疫传感器、微生物传感器等。物联网研究院 智能传感器分类 智能传感器产业结构 STRUCTOREOFTHEINTELLIGENTSENSORINDUSTRY 智能传感器的研发与制造涉及到的学科和技术门类复杂，大体可分为设计、制造、封装、测试、软件、芯片及解决方案、系统/应用研发与开发8个环节。具体如下图所示。 智能传感器相关环节 （黑色字体为国外机构/公司.蓝色字体为中国机构/公司） 智能传感器产业特征 CHARACTERISTICSOFTHEINTELLIGENTSENSORJNDUSTRY中国 品类多、价值低、作用大 目前全球传感器和智能传感器市场近2000亿美元，种类超6万，多数单品价格低、市场容量小，但其作为“工业基石”，是各类产业赖以生存和发展的基础，作为"性能关键”，将直接决定智能装备和终端产品的性能、质量，作为“数据入口"，更是实现产业数字化的关键。 投入大、壁垒深、产出慢 智能传感器产业涉及物理学、电子学、材料学、计算机科学和数据科学等多个学科的交叉融合，技术的突破需要生产装备、敏感材料、设计工具、制造工艺、封装测试等多个环节协同联动，特别深度依模行业"know-how”，对工艺优化的要求极高，是制造业中少见带有“手艺“气息的工业品，需要长期行业机理的积累和沉淀，一款传感器产品通常从研发到商业化时间极长，以汽车MEMS传感器商业化周期为例，据JBryzek等机构统计，汽车MEMS传感器从研发设计至全面商业化平均时间为28年，汽车MEMS压力传感器历时36年，汽车MEMS光学/显示传感器历时25年。 高度依赖下游应用商 智能传费器产品下游应用分散，大多是其他产业链环节的一个中间品或配件，必须依靠仪表制造商、工程集成商及终递产品推动市场应用。 02 全球智能传感器产业发展概况 市场规模快速增长 THEMARKET'SIZEISGROWINGRAPIDLY 随着智能化时代的来临，智能传感器成为了连接虚拟与现实的重要桥梁，在工业、汽车、通信等多个领域的应用也逐渐深入。2022年全球智能传感器市场规模为418.6亿美元，预计2025年全球智能传感器市场规模将达572.5亿美元，预计未来3年年均复合增长率达到11% 区域竞争不断加剧 REGIONALCOMPETITIONISINTENSIFYING 全球传感器市场的主要厂商有英飞凌、爱默生、西门子、博世、楼氏电子、意法半导体、霍尼韦尔、横河电机、欧姆龙等。近年来，各国纷纷将发展智能传感器作为促进数字经济产业社大的关键举措，通过安排支持资金、推动联合研发、促进下游应用等方式支持高端智能传感器攻关，欧洲、美国、日本等拥有良好的技术基础，产业链上下游配套成熟，几乎望断了“高、精、尖"的智能传感器市场。赛迪顾问数据显示，北美、欧洲、日本占据全球智能传感器市场九成以上份款，是全球智能传感器最主要生产基地，其中北美智能传感器产值占比最高，达到43.3%，欧洲次之，占比29.7%，亚太地区（中国、印度等）保持较快的增长速度。 美国 20世纪80年代，美国就宣称世界已经进入了传感器时代，井成立了国家技术小组（BGT），协同政府、企业、高校多方资源，推进传感器技术发展，2004年美国国家科学基金会发布传感器革命》，每年度财政拨款69亿美元用于传感器基础技术与应用研究，2022年美国发布《关键和新兴技术清单》把传感器数据处理和数据融合列为重要项目。同时，美国依托国家创新网络框架下的制造业创新研究院，推动工业智能传感器、可穿戴传感器、医疗传感器、成像传感器等新型传感器的应用研究，数据显示，世界科学仪表的前20强中，美国占了11名， 欧洲 欧洲是全球传感器行业的重要基地，技术研发与产品创新能力居于世界领先地位，2021年，欧洲国防基金的安排预算1900万欧元，将具有竞争关系10家公司组成利益共同体，共同改关下一代红外传感器，2023年，欧盟委员会在（欧盟芯片法案批准了“欧洲共同利益重要项目”，将提供高达81亿欧元投向56家关键公司（包括博世、意法半导体、美飞凌、欧司朗等20家传感器巨头），德国作为微机电系统和传感器的领先者，2015年，发布工业4.0战略，将加速度传感器、电子罗盘、气压传感器等定义为信息物理系统的核心组件，2020年，德国传感和测量技术协会在《传感器技术2022一让创新互联》报告中指出，传感器技术是机械制造、过程控制、汽车、电子行业的核心技术，是提升其价值增值的手段。 日本 日本把传感器技术列为国家重点发展6大核心技术之一，日本科学技术厅制定的90年代重点科研项目中有70个重点课题，其中有18项与传感器技术密切相关。2013年，日本发布《打造全世界最先进的IT国家宣言》，提出2020年前利用传感器对日本20%的重要基础设施及老化基础设陷进行检测和维修、对医疗护理及生活救助服务的相关传感器技术及机器人技术等进行开发验证与商用化等目标。2018年，日本下一代传感器协会发布了《传感技术的普及与未来-智能社会x传感器2030》，强调了发展智能传感器的重要性。2022年，日本与英国宣布将合作开发战机用的传感器技术。 中国 我国传感器产业起步于上世纪五十年代，1986年的"七五“计划将传感器技术列入国家重点攻关项目，开启了国产传感器的实质性研发阶段。自2006年以来，国家部委结续印发了多项支持、规范智能传感器行业的发展政策，内容涉及智能传等方面2021年，工信部印发（基础电子元器件产业发展行动计划（2021一2023年）》，传感类元器件列入重点产品高提出重点发展小型化、低功耗、集成化、高灵敏度的敏感元件，温度、气体、位移、速度、光电、生化等类别的高新型MEMS传感器和智能传感器，微型化、智能化的电声器件。科技部将智能传感器纳入“十四五“国家重点研发计划的重点专项，每年安排财政资金支持智能传感器关键技术研发。 技术变革持续深化 TECHNOOGICALCHANGECONTINUESTODEEPEN易) 智能传感器技术是典型的多学科交叉领域，包括自动控制技术、微电子技术、通信技术、计算机科学和物理学等，传感器自诞生以耗的无线射频（RF）技术、软件技术的发展，使得开发小体积、低成本、低功耗的微传感器成为可能，推动智能传感器的传感单元、制造工艺、存储单元、微处理器、通信模块快速发展，使得智能传感器的功能加速送代，性能更为强大。未来随着新技术的涌现，相信不断会有更先进的产品问世。 智能传感器技术路径图 应用场景不断丰富 THEAPPUICATIONSCENARIOSARECONSTANTLYENRICHED 智能传感器目前已经广泛运用于消费电子、汽车、工业、医疗、通信等各个领域，随着人工智能和物联网技术的发展，应用场景将更加多元，同时，随着联网节点的不断增长，对智能传感器数量和智能化程度的要求也不断提升。未来，智能家居、工业互联网、车联 智能网联汽车 智能网联汽车是当前汽车的未来发展趋势。车辆的网络化、智能化需要具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能，以实现“安全、高效、舒适、节能的行驶，并最终实现无人驾驶。智能传感器是实现汽车智能化的关键，已经被广泛应用在汽车的方方面面，如车速、胎压、温度、燃料、剃车等，催生了车用毫米波雷达、激光雷达等百亿级产业。末来汽车智能化程度的提升和智能汽车的普及将进一步拉动智能传感器产业的发展。根据罗兰贝克数据，2030年全球L3及以上用车渗透事将由2025年的2.4%提升到20%， 智慧医疗 智慧医疗是医疗、卫生及家庭健康系统的智能综合体。近年来，随着新一代信息技术的飞速发展和医疗资源需求不断增长，智慧医疗市场需求不断增加。智能传感器是智慧医疗的前端数据采集窗口，现代智慧医疗设备必须依靠高性能智能传感器技术以达到严苛的规格要求和市场规定，从而实现精确的监控、诊断和治疗。头豹研究院数据显示，2021年，中国智慧医疗行业市场规模为436亿元人民币，预计到2030年，中国智慧医疗行业市场规模将达7193亿元，成为拉动智能传感器发展的重要力量。 智慧城市 智慧城市是指利用信息技术手段，将就市中各类数据信息进行采集、传输、处理和应用，从而达到优化城市管理、提升城市服务、促进城市可持续发展的目的，包含智能交通、智能配电管理和智能安防等内容，能够提供物理和技术基础设施、环境监测和响应能力以及智能服务。智能传惠器是智慧城市实现精细化治理的关键，越来越多的发达国家将智慧城市纳入国家战略，投资力度不断加大，欧盟委员会于2021年9月启动了到2030年建设100个