蘋果身后的傳感器巨頭

趙艷秋

蘋果iPhone、iPad和任天堂Wii游戲機(jī)的傳感器供應(yīng)商、歐洲最大半導(dǎo)體公司意法半導(dǎo)體（ST），是在10多年前介入傳感器業(yè)務(wù)的。當(dāng)時(shí)，針對(duì)工廠的投資運(yùn)營策略，半導(dǎo)體企業(yè)一般有兩個(gè)選擇：要么像英特爾、三星那樣每年投資數(shù)十億甚至上百億美元開發(fā)新工藝，以生產(chǎn)最先進(jìn)CPU、存儲(chǔ)器產(chǎn)品；要么尋找其他可能利用舊工藝的大宗訂單，讓工廠多發(fā)揮些效益。而面對(duì)意大利南部的一座舊工廠，ST的高層想到，或許可以用傳感器這個(gè)不需要前沿工藝的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)更多盈利。

飛機(jī)部件嵌入消費(fèi)電子

1995年的一天，剛加入ST一個(gè)月的Benedetto Vigna先生被老板問及是否對(duì)MEMS傳感器感興趣？“是的?！?Vigna說，“不過，什么是MEMS？”對(duì)此，他的老板也只能拼出“Micro Electro Mechanical Systems（微電子機(jī)械系統(tǒng)）”幾個(gè)字，并告訴他這個(gè)產(chǎn)品能夠利用微米級(jí)的舊工藝，而不是納米級(jí)的先進(jìn)工藝。

于是高能物理學(xué)出身的Vigna自學(xué)起相關(guān)技術(shù)。一年后，鑒于歐洲業(yè)界對(duì)MEMS研究的不足，Vigna去了美國加州大學(xué)伯克利分校學(xué)習(xí)MEMS，并在當(dāng)?shù)仄髽I(yè)做研究。之后他回到ST，領(lǐng)導(dǎo)MEMS項(xiàng)目。

在ST介入之前，MEMS傳感器已存在了20多年，主要用于飛機(jī)、汽車這類用量較小的市場(chǎng)?；蛟S受ST在消費(fèi)電子市場(chǎng)成功基因的影響（ST是諾基亞主要的元器件供應(yīng)商），2001年，Vigna突然有了一個(gè)想法：能否把MEMS帶入大宗消費(fèi)電子市場(chǎng)？不過，要想打開這個(gè)市場(chǎng)，他們面臨的挑戰(zhàn)可不小。當(dāng)時(shí)用于檢測(cè)飛機(jī)飛行姿態(tài)的傳感器有磚頭大小，要賣到3萬美元，功耗很高；用于汽車安全氣囊檢測(cè)撞擊的傳感器，比一部智能手機(jī)要厚，而且功能簡(jiǎn)單，只能檢測(cè)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。這樣的狀況與消費(fèi)電子市場(chǎng)對(duì)成本、體積、功耗和性價(jià)比的苛刻要求相比，還有巨大差距。

Vigna先從相對(duì)簡(jiǎn)單的三軸加速度傳感器入手。消費(fèi)電子市場(chǎng)的敲門磚是價(jià)格。2005年3月，當(dāng)Vigna第一次與正準(zhǔn)備給Wii游戲機(jī)游戲桿引入全新交互方式的任天堂負(fù)責(zé)人會(huì)面時(shí)，對(duì)方開門見山地問他：“這是我們需要的價(jià)格，你能提供還是不能？”零部件供應(yīng)商一般不愿聽到這個(gè)問題，但這就是消費(fèi)電子市場(chǎng)的現(xiàn)實(shí)。Vigna后來總結(jié)說：“在消費(fèi)電子市場(chǎng)，每當(dāng)一個(gè)重要機(jī)會(huì)到來之前或每次面對(duì)一個(gè)重量級(jí)客戶，價(jià)格問題都會(huì)被問及。如果拒絕它，你就等于放棄了一個(gè)推動(dòng)大市場(chǎng)的機(jī)會(huì)?！?/p>

由于當(dāng)時(shí)的加速度傳感器技術(shù)還做不到任天堂要求的價(jià)格，只能在技術(shù)上另辟蹊徑。彼時(shí)，3家日本企業(yè)占據(jù)著全球加速度傳感器市場(chǎng)的絕大部分份額，但他們采用的都是傳統(tǒng)壓電技術(shù)，這種技術(shù)有3個(gè)缺陷，例如，溫度變化對(duì)傳感器的參數(shù)影響很大，這意味著，當(dāng)傳感器被放入一部智能手機(jī)中，手機(jī)開啟后，隨著溫度升高，傳感器的測(cè)量會(huì)不準(zhǔn)確；同時(shí)，壓電技術(shù)生產(chǎn)起來很難，這讓產(chǎn)品成本居高不下；而且它的制造過程復(fù)雜，不適合大宗消費(fèi)電子市場(chǎng)瞬間起量的快速供應(yīng)節(jié)奏。

于是，ST著手開發(fā)一種完全不同的技術(shù)。在加速度傳感器中，有一個(gè)振動(dòng)結(jié)構(gòu)和一個(gè)檢測(cè)放大信號(hào)的模塊結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)結(jié)構(gòu)被封裝在一起，就成了一顆傳感器。ST想到了基于目前全球最大用量的CMOS工藝 （互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）研發(fā)改良了Thelma工藝來制造振動(dòng)部分，它可以從半導(dǎo)體規(guī)模經(jīng)濟(jì)中受惠，成本低廉，也可以像其他半導(dǎo)體產(chǎn)品那樣持續(xù)快速縮小體積、降低成本和功耗。同時(shí)，ST還開發(fā)了一種名為Smeraldo/TSV的過孔封裝技術(shù)，它讓封裝手法變得靈活，可以把產(chǎn)品做得更小更薄。

技術(shù)革新讓ST能夠提供一種價(jià)格體系完全不同的傳感器。2007年，一家參與任天堂競(jìng)標(biāo)項(xiàng)目的日本企業(yè)回顧說，他們沒有獲得本國企業(yè)任天堂訂單的原因是ST給出了“出人意料的價(jià)格”。不過，Vigna說，最根本的原因是專利技術(shù)，“技術(shù)可以改變競(jìng)爭(zhēng)格局”。如今，ST已在傳感器上積累了600多個(gè)專利技術(shù)，其中很多是業(yè)界獨(dú)有，而固守老技術(shù)的3家日本企業(yè)市場(chǎng)份額僅剩下20%。

借助半導(dǎo)體行業(yè)的摩爾定律——每18個(gè)月，芯片面積下降一半，價(jià)格下降一半，加速度傳感器已從Wii游戲機(jī)時(shí)代的3美元降到如今的0.3美元，面積已從35平方毫米（5X7）縮減到4平方毫米（2X2）；功耗也從毫安級(jí)降到微安級(jí)。這不僅支撐起Wii游戲機(jī)在全球100億美元的銷售，也被更廣泛的電子產(chǎn)品，如iPhone、iPad等采納。

不過，拿下消費(fèi)電子市場(chǎng)的多種訂單，就要考慮與之相匹配的供應(yīng)能力。在消費(fèi)電子市場(chǎng)，一個(gè)客戶周一拿到樣片，周五可能就要求給他供貨；一個(gè)市場(chǎng)一旦起量，需求可能在瞬間井噴。如果不能保質(zhì)保量地快速供貨，客戶就飛了，而一旦失去一個(gè)機(jī)會(huì)，可能就要再等上6到12個(gè)月。為了適應(yīng)這個(gè)市場(chǎng)的供應(yīng)特點(diǎn)，早在 2005年，當(dāng)業(yè)界都還在用6英寸晶圓生產(chǎn)傳感器的振動(dòng)部分時(shí)，ST 就做了一個(gè)大膽的決定——把晶圓廠從6英寸升級(jí)到8英寸，這樣，生產(chǎn)芯片的原材料面積擴(kuò)大了，可以一次產(chǎn)出更多的芯片。同時(shí)，ST還決定在公司內(nèi)部運(yùn)營整個(gè)傳感器產(chǎn)業(yè)鏈——自己做研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試和應(yīng)用算法，從而能更準(zhǔn)確無誤地響應(yīng)客戶快速多變的需求。

而消費(fèi)電子市場(chǎng)還有一個(gè)特點(diǎn)是快速的更新?lián)Q代步伐。畢竟，在這個(gè)市場(chǎng)中，每種產(chǎn)品的熱銷期都很短暫，一部手機(jī)的平均生命周期也只有15個(gè)月，你需要不斷推陳出新。

2010年ST推出三軸陀螺儀，同年上市的蘋果iPhone4就植入了這顆陀螺儀，它讓蘋果手機(jī)成為導(dǎo)航儀，可以玩3D游戲，甚至可以作為建筑行業(yè)的水平儀。之后，ST推出壓力傳感器、地磁傳感器（指北功能）和數(shù)字硅麥克風(fēng)。數(shù)字硅麥克風(fēng)比起傳統(tǒng)有振動(dòng)膜的麥克風(fēng)尺寸更小，不受溫度、振動(dòng)等環(huán)境因素影響，因而蘋果等智能手機(jī)都采用了這種麥克風(fēng)。這些傳感器可以相互搭配組合，給消費(fèi)電子提供更多神奇功能。ST成為產(chǎn)品最豐富，能夠提供功能模塊最多的MEMS傳感器企業(yè)。

在過去5年， ST的傳感器業(yè)務(wù)從2006年的區(qū)區(qū)3000萬美元增長到去年的6.5億美元，增長了20多倍。去年，全球MEMS傳感器業(yè)務(wù)增長4.2億美元，ST從中拿到了3億多美元。在加速度傳感器和陀螺儀市場(chǎng)，ST分別占據(jù)50%和60%的市場(chǎng)份額。與此同時(shí)，10年前開始領(lǐng)導(dǎo)ST傳感器業(yè)務(wù)的Vigna先生，也晉升為ST副總裁。

業(yè)務(wù)快速復(fù)制法則

首次訪問中國大陸的Vigna在紙上寫下一個(gè)公式： Innovation（創(chuàng)新）= Creativity（創(chuàng)造力）× Resounce（資源）× Execution（執(zhí)行力）× Focus（聚焦）。這是他在過去10年中總結(jié)出的業(yè)務(wù)復(fù)制法則，這個(gè)法則讓他把在加速度傳感器業(yè)務(wù)上得到的經(jīng)驗(yàn)快速復(fù)制到其他傳感器業(yè)務(wù)的發(fā)展上。

在Vigna剛在ST開展MEMS業(yè)務(wù)時(shí)，領(lǐng)導(dǎo)層給了他很好的支持，但并沒有一次性給他很多資源，這也成了Vigna后來做新項(xiàng)目的一個(gè)原則?！叭绻o你很多人，那可能任何事你都想做，但這相當(dāng)于什么都沒做。而2001年我們只有12到15人，只能聚焦”。起初，這個(gè)10多人的小團(tuán)隊(duì)也同時(shí)開展了6個(gè)項(xiàng)目——光開關(guān)、片上實(shí)驗(yàn)室、加速度傳感器和陀螺儀等。Vigna后來砍掉了其中5個(gè)，全部聚焦到加速度傳感器上。

現(xiàn)在，MEMS成長為ST關(guān)鍵業(yè)務(wù)群組后，Vigna在架構(gòu)上仍然采取小團(tuán)隊(duì)模式，不同團(tuán)隊(duì)朝不同技術(shù)方向延伸。每個(gè)產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)只有10多人，最大規(guī)模的情況下曾經(jīng)達(dá)到35人。每個(gè)團(tuán)隊(duì)采取創(chuàng)業(yè)公司模式，Vigna并行管理這些團(tuán)隊(duì)。Vigna稱保持這種小團(tuán)隊(duì)的模式很重要，“有時(shí)我看到團(tuán)隊(duì)的問題就是心太大，不能聚焦”。

僅保持小團(tuán)隊(duì)，有時(shí)還無法達(dá)到好的聚焦和執(zhí)行力。當(dāng)你需要一件事快速運(yùn)轉(zhuǎn)起來時(shí)，需要公司高層的直接管理。2009年10月，一家重量級(jí)客戶（這應(yīng)該是蘋果公司）需要三軸陀螺儀。第一次接洽時(shí)，Vigna說可以在2010年12月前提供?？蛻艋貜?fù)：“太晚了，我們需要你在2010年1月之前提供。”這縮減了近1年的時(shí)間。于是，Vigna取消了其他一些項(xiàng)目，把資源全部投入到這個(gè)項(xiàng)目中，他自己也成為這個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)理，加速項(xiàng)目進(jìn)度。而另一個(gè)需要高層介入的典型案例就是ST公司內(nèi)部運(yùn)營的設(shè)計(jì)、制造、封裝、算法等全產(chǎn)業(yè)鏈，有效運(yùn)轉(zhuǎn)的秘訣也只有一個(gè)——由一個(gè)高層做出全部決策。

“人們告訴我們，你們無法在一個(gè)結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)三軸陀螺儀，我們不予理睬，繼續(xù)前行；人們告訴我們，三軸加速度傳感器的半導(dǎo)體制造工藝不能非常穩(wěn)定，我們不予理睬，繼續(xù)前行。”Vigna說。他們就是這樣開創(chuàng)了很多市場(chǎng)上唯一的技術(shù)。

今年，ST針對(duì)汽車市場(chǎng)設(shè)計(jì)三軸陀螺儀，他們選擇的第一個(gè)重點(diǎn)應(yīng)用是汽車信息娛樂系統(tǒng)中的導(dǎo)航。實(shí)際上，汽車中最早的傳感器應(yīng)用機(jī)會(huì)來自安全系統(tǒng)，但去年，全球汽車安全用陀螺儀市場(chǎng)只有2000萬片，這是ST一周的產(chǎn)量，因此，考慮到市場(chǎng)占有率，比安全應(yīng)用市場(chǎng)大得多的汽車導(dǎo)航自然成為公司的第一創(chuàng)新要點(diǎn)。

第二波浪潮

從飛機(jī)市場(chǎng)到消費(fèi)電子市場(chǎng)，在過去5年間，MEMS傳感器經(jīng)歷了兩波增長高潮，第一波是由Wii游戲機(jī)帶來的加速度傳感器需求高潮，它為人機(jī)交互增加了一種創(chuàng)新方式。第二波則來自iPhone、iPad等智能手機(jī)和平板電腦帶來的陀螺儀應(yīng)用高潮，它讓智能手機(jī)的應(yīng)用更富想象性。

在Wii游戲機(jī)之后，近兩年，傳感器帶來的人機(jī)交互創(chuàng)新似乎有些停滯不前了，但Vigna說，“2013年，用戶交互界面的新革命將會(huì)發(fā)生。”現(xiàn)在ST正與合作伙伴一起研發(fā)，確保在此之前完成整個(gè)創(chuàng)新方案的設(shè)計(jì)和大規(guī)模量產(chǎn)。“你可以想象，把一個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器（加速度傳感器和陀螺儀）、觸控屏和硅麥克風(fēng)三類產(chǎn)品融合在一起的方案，這相當(dāng)于把運(yùn)動(dòng)、觸控和聲音三種人機(jī)操控方式結(jié)合在一起，將會(huì)把我們的體驗(yàn)提升一個(gè)層次”。

針對(duì)第二波浪潮，Vigna列出了三類完全不同的應(yīng)用——相機(jī)防抖技術(shù)、LBS（基于位置的服務(wù)）、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，他認(rèn)為每個(gè)都是市場(chǎng)未來高增長的推手。

關(guān)于相機(jī)防抖技術(shù)，市場(chǎng)上攝像頭的像素不斷提升，今年，諾基亞就在巴塞羅那電信展上展示了4000萬像素拍照手機(jī)，而陀螺儀可以實(shí)現(xiàn)專業(yè)級(jí)防抖功能，提高圖像質(zhì)量。像CPU行業(yè)推廣多核概念一樣，ST也推廣雙核陀螺儀產(chǎn)品和概念：其中一個(gè)核負(fù)責(zé)圖像處理，另一個(gè)則負(fù)責(zé)用戶界面、LBS和游戲。

在LBS市場(chǎng)，Vigna說，室內(nèi)導(dǎo)航和增強(qiáng)實(shí)景將是未來的一個(gè)爆發(fā)點(diǎn)?！澳愕搅艘粋€(gè)陌生的地方，傳感器一直在跟蹤測(cè)算你的軌跡，你把手機(jī)指向一個(gè)商店或一個(gè)咖啡廳，借助增強(qiáng)實(shí)景技術(shù)，你看到了關(guān)于商家的各種信息，然后開始選擇”。Vigna說，不僅消費(fèi)電子，一些工業(yè)應(yīng)用上的需求也為此提供巨大空間。例如一個(gè)消防員進(jìn)入火場(chǎng)，他不僅要救火，自身的安全也很重要。傳感器可以跟蹤他的軌跡，了解他的行為狀態(tài)。

至于遠(yuǎn)程監(jiān)控，這在健身、醫(yī)療和康復(fù)領(lǐng)域有無限的想象和發(fā)揮空間。例如，帕金森綜合征的患者表現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)障礙、震顫和肌肉僵直等癥狀，他們的康復(fù)訓(xùn)練就是要通過大量重復(fù)簡(jiǎn)單的正常動(dòng)作，進(jìn)行姿勢(shì)矯正、語言交往等。在患者身上攜帶傳感器，可以監(jiān)控他們的活動(dòng)姿態(tài)，并把姿態(tài)在屏幕中重現(xiàn)進(jìn)行矯正，甚至可以根據(jù)正常軌跡用電機(jī)帶動(dòng)他們反復(fù)各種康復(fù)動(dòng)作。

“在未來2到5年內(nèi)，整合了低功耗傳感器、射頻和MCU的微小模塊將會(huì)觸發(fā)很多需求?！?Vigna說。

瑞士Sensimed公司與ST合作，在隱形眼鏡中嵌入了這樣的模塊，可以連續(xù)檢測(cè)青光眼患者的眼內(nèi)壓(IOP)，以量身訂制最佳治療方案。這個(gè)技術(shù)解決了患者定期到眼科門診檢測(cè)時(shí)無法捕捉到眼壓變化規(guī)律的缺陷。同時(shí)，ST還與全球一流保健機(jī)構(gòu)Mayo醫(yī)療中心（Mayo Clinic）合作開發(fā)心血管疾病遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)。在患者胸部貼個(gè)標(biāo)簽，這個(gè)標(biāo)簽就能通過無線技術(shù)為醫(yī)療專業(yè)人員提供病患的心率、呼吸速度、身體活動(dòng)信息和其他測(cè)量數(shù)據(jù)。

“有了傳感器，現(xiàn)在人們的所有軌跡、姿態(tài)、行為都可以被跟蹤記錄，可以數(shù)字化，可以被處理和分析，并基于處理的結(jié)果建立反饋機(jī)制?！?Vigna說，“我們正處在一個(gè)新時(shí)代的開始?！?/p>