國(guó)際戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)下的傳感器產(chǎn)業(yè)再認(rèn)識(shí)

郭源生

編者按：傳感器是多學(xué)科的高技術(shù)聚合物，被稱(chēng)為“工業(yè)工藝品”。當(dāng)前，傳感器正在向智能化、微型化、多功能、低功耗、高精度等方向發(fā)展?！笆奈濉逼陂g，我國(guó)智能傳感器產(chǎn)業(yè)將在技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)規(guī)模上取得重大突破，設(shè)計(jì)與制造技術(shù)創(chuàng)新能力將大幅提升，模擬仿真、MEMS工藝、晶圓級(jí)封裝、個(gè)性化測(cè)試和軟硬件集成能力將達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破千億元，成為支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造的新型基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。為此，本報(bào)特開(kāi)辟“傳感器產(chǎn)業(yè)‘十四五展望”專(zhuān)欄，邀請(qǐng)業(yè)內(nèi)專(zhuān)家把脈傳感器產(chǎn)業(yè)，從技術(shù)、應(yīng)用、市場(chǎng)全面梳理國(guó)內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，為新基建的建設(shè)以及新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展提供有力支撐。

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)體系或系統(tǒng)架構(gòu)中，貫穿始終或流淌的“血液”就是數(shù)據(jù)。在由感知、傳輸和處理，以及存儲(chǔ)、反饋與執(zhí)行等構(gòu)成的整個(gè)信息系統(tǒng)中，始終傳遞的也是“數(shù)據(jù)”。然而，作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)最核心技術(shù)之一，傳感器的產(chǎn)業(yè)化堪憂(yōu)，嚴(yán)重制約和影響著數(shù)據(jù)采集與獲取的功能與效率，成為影響和制約數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大的障礙與瓶頸，應(yīng)當(dāng)從戰(zhàn)略方面引起高度重視。

戰(zhàn)略定位再認(rèn)識(shí)

依據(jù)當(dāng)前我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和問(wèn)題，結(jié)合當(dāng)前“十四五”規(guī)劃將至、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、疫情后數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生的影響等幾個(gè)方面的綜合因素，進(jìn)行重新定位。傳感器作為數(shù)據(jù)采集的唯一功能器件，是信息技術(shù)的基礎(chǔ)核心技術(shù)。

眾所周知，信息技術(shù)是由感知、傳輸和處理三大技術(shù)構(gòu)成，即計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)。信息系統(tǒng)的硬件是由三大技術(shù)加上信息存儲(chǔ)、反饋與執(zhí)行等構(gòu)成，而在整個(gè)系統(tǒng)中傳遞的信息正是“數(shù)據(jù)”。如果把一個(gè)人看做成一個(gè)完整的信息系統(tǒng)，那么五官和皮膚與外界交互的信息就是“數(shù)據(jù)信息”，感知器官就是數(shù)據(jù)采集裝置，是數(shù)據(jù)獲取的核心?，F(xiàn)實(shí)中與其相對(duì)應(yīng)的實(shí)物器件就是傳感器產(chǎn)品，因此傳感器也被稱(chēng)為“電子五官”;SG等通信技術(shù)被稱(chēng)為人的神經(jīng)系統(tǒng);計(jì)算機(jī)被稱(chēng)為人體的大腦，負(fù)責(zé)并承擔(dān)數(shù)據(jù)處理功能。

因此，應(yīng)當(dāng)把傳感器提升到國(guó)家戰(zhàn)略高度進(jìn)行再認(rèn)識(shí)，以便價(jià)值回歸，受到其應(yīng)有的重視。應(yīng)該像扶持集成電路、顯示技術(shù)一樣，在國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃中，突出傳感器的戰(zhàn)略地位，并給予相應(yīng)的配套政策（專(zhuān)項(xiàng)扶持、稅收減免、市場(chǎng)準(zhǔn)入）持續(xù)支持，以彌補(bǔ)產(chǎn)業(yè)技術(shù)短板與政策缺失。

技術(shù)工藝再認(rèn)識(shí)

雖然傳感器是多學(xué)科、多技術(shù)、多領(lǐng)域的融合體，涉及物理、化學(xué)、生物基礎(chǔ)學(xué)科，從敏感機(jī)理、工藝技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)成品測(cè)試到市場(chǎng)應(yīng)用等壘產(chǎn)業(yè)鏈過(guò)程，幾乎與材料、機(jī)械、電子、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)軟硬件、測(cè)量、半導(dǎo)體等所有二級(jí)學(xué)科緊密相關(guān)。其生產(chǎn)工藝也極為繁雜，被稱(chēng)為制作“工業(yè)工藝品”。但是，一味追求產(chǎn)品高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性指標(biāo)就極大地增加了生產(chǎn)工藝技術(shù)難度和產(chǎn)業(yè)化水平與能力，經(jīng)濟(jì)效益上不去，創(chuàng)新成果收效甚微。因此，單一器件多功能復(fù)合和多個(gè)器件集成組合是傳感器技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的趨勢(shì)。

傳感器單一地追求高精度，標(biāo)新立異地把產(chǎn)品做到極致是科研領(lǐng)域常常出現(xiàn)的問(wèn)題。然而，在配套市場(chǎng)和應(yīng)用場(chǎng)景上，往往需要的是可靠性和穩(wěn)定性指標(biāo)，以及對(duì)使用成本的要求，通過(guò)系統(tǒng)的整體功能來(lái)體現(xiàn)對(duì)傳感器單一指標(biāo)的要求。甚至是單獨(dú)敏感元器件可以同時(shí)具備感知兩個(gè)或兩個(gè)以上的物理、化學(xué)量;多個(gè)不同物理、化學(xué)量敏感元器件集成、復(fù)合在同一個(gè)芯片上;或者組臺(tái)成一個(gè)組件（模組），形成一個(gè)智能化模塊。依據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景數(shù)據(jù)測(cè)量要求，結(jié)臺(tái)多維度識(shí)別和軟件算法，來(lái)彌補(bǔ)單一追求高精度帶來(lái)的諸多問(wèn)題。

因此，在八大敏感元件采用共性MEMS工藝技術(shù)，提高產(chǎn)業(yè)化水平的同時(shí)，需要在產(chǎn)品使用功能及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范上下功夫。把多個(gè)敏感元件復(fù)合，結(jié)合軟件處理，組合構(gòu)成多維度測(cè)試和多參數(shù)融合的微系統(tǒng)，來(lái)彌補(bǔ)片面追求高精度，而給產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)增加的難度，從而減少高精度生產(chǎn)難度和產(chǎn)成品測(cè)試成本，提高規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

產(chǎn)業(yè)化能力再認(rèn)識(shí)

目前全球約有2.6萬(wàn)種不同類(lèi)型的傳感器，形成了多品種、小批量的現(xiàn)狀。因此產(chǎn)業(yè)過(guò)于“散”，缺乏從研發(fā)設(shè)計(jì)、功能指標(biāo)、外形結(jié)構(gòu)到應(yīng)用場(chǎng)景的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致往往為了創(chuàng)新而創(chuàng)新。這不僅造成浪費(fèi)，增加了產(chǎn)業(yè)化難度，也給市場(chǎng)應(yīng)用帶來(lái)了更多的復(fù)雜性。

現(xiàn)有的傳感器企業(yè)散落在全國(guó)各地、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同難度較大，生產(chǎn)工藝流程繁瑣復(fù)雜、技術(shù)要點(diǎn)繁多，工裝夾具獨(dú)特、裝備昂貴，企業(yè)規(guī)模偏小，人才集聚和培養(yǎng)難難度大。這些導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)化長(zhǎng)期處于“尷尬”與“無(wú)奈”的境地。更有甚者，把傳感器與集成電路產(chǎn)品、技術(shù)、工藝混淆，將其劃分到集成電路之列，導(dǎo)致長(zhǎng)期得不到產(chǎn)業(yè)政策的傾斜與支持。

市場(chǎng)協(xié)同與融合再認(rèn)識(shí)

全球傳感器市場(chǎng)總規(guī)模上年度已突破1870億美元，并以大于10%的平均速度增長(zhǎng)，有些領(lǐng)域的市場(chǎng)呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。然而，在生產(chǎn)企業(yè)與用戶(hù)之間存在著難以跨越的障礙，各自對(duì)技術(shù)的理解和需求也不盡相同，難以找到有效方法和途徑來(lái)貫通和突破。從使用者角度看，存在技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)選擇上的高深莫測(cè)，一時(shí)難以搞清楚，導(dǎo)致“不會(huì)用”和“不敢用”現(xiàn)象，也根本提不出詳細(xì)內(nèi)容和不同場(chǎng)景下的特殊使用要求。從生產(chǎn)角度看，廠(chǎng)家對(duì)市場(chǎng)應(yīng)用的場(chǎng)景數(shù)據(jù)模型把握不準(zhǔn)，產(chǎn)品從結(jié)構(gòu)到性能缺乏柔性化設(shè)計(jì)，難以提供個(gè)性化和精準(zhǔn)化的參數(shù)指標(biāo)，也很難了解用戶(hù)需要用什么、怎么用、為什么要這么選。從技術(shù)角度看，現(xiàn)實(shí)中的場(chǎng)景和狀態(tài)是動(dòng)態(tài)、多變、復(fù)雜的，取什么參數(shù)不僅應(yīng)從現(xiàn)場(chǎng)需要角度考慮，更需要系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)。因此，在數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場(chǎng)，在傳感器類(lèi)型、結(jié)構(gòu)與參數(shù)選取上各持己見(jiàn)、各持一詞現(xiàn)象頻發(fā)，可謂是“南腔北調(diào)”，甚至是“南轅北轍”，差異極大?？墒牵x用什么類(lèi)型的傳感器對(duì)系統(tǒng)或裝置裝備性能和智能化水平來(lái)說(shuō)又至關(guān)重要。

此外，用戶(hù)在對(duì)待國(guó)內(nèi)企業(yè)和產(chǎn)品上存在較大的偏見(jiàn)和分歧。在同等情況下，用戶(hù)往往選用的是價(jià)格大大高于國(guó)內(nèi)企業(yè)的國(guó)外產(chǎn)品。尤其是資源壟斷性行業(yè)，為了減輕責(zé)任和避免麻煩，就形成了“能買(mǎi)國(guó)外的就一定不用國(guó)內(nèi)產(chǎn)品”的普遍現(xiàn)象。除用戶(hù)對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)的偏見(jiàn)外，有時(shí)苛刻的額外條件、繁雜的程序和流程也讓企業(yè)望而卻步。因此，國(guó)內(nèi)企業(yè)即使長(zhǎng)期追蹤卻也是無(wú)功而返，這樣也逐步抬高了準(zhǔn)入門(mén)檻和行業(yè)壁壘。

由此可見(jiàn)，產(chǎn)、用之間的障礙與瓶頸成為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的一大障礙。因此，傳感器產(chǎn)品既要向參數(shù)指標(biāo)的歸一化、標(biāo)化化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，同時(shí)，也要建立產(chǎn)用之間的協(xié)同創(chuàng)新關(guān)系，組建產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用之間的相互信任、相互交流與溝通的信息通道和技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，為傳感器產(chǎn)業(yè)化發(fā)展掃除道路上的障礙。

復(fù)合型人才需求再認(rèn)識(shí)

人才協(xié)同是技術(shù)融合的前提，是產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)保障。然而，目前傳感器行業(yè)內(nèi)缺少企業(yè)家或龍頭企業(yè)的引領(lǐng)和帶動(dòng)，企業(yè)內(nèi)部缺乏復(fù)合型技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化的高端人才，特別是國(guó)際化領(lǐng)軍人才，使得資本關(guān)注度不高，產(chǎn)業(yè)重組和資源整合難于形成。 因此，基礎(chǔ)研究型人才、技術(shù)復(fù)合型人才、產(chǎn)業(yè)化工程型人才、國(guó)際化視野的人才的培養(yǎng)和聚集至關(guān)重要。對(duì)傳感器行業(yè)來(lái)說(shuō)，具有戰(zhàn)略頭腦和市場(chǎng)化能力的企業(yè)家人才更是重中之重。

產(chǎn)業(yè)化建議和構(gòu)想

傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展問(wèn)題集中表現(xiàn)為多品種小批量、產(chǎn)品分散性大、產(chǎn)業(yè)集中度不高、企業(yè)規(guī)模偏小，以及專(zhuān)業(yè)化和龍頭企業(yè)偏少。從而呈現(xiàn)出以下五個(gè)方面問(wèn)題：缺人、缺錢(qián)、缺技術(shù)、缺市場(chǎng)、不夠重視。

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，人們必須認(rèn)識(shí)到我國(guó)產(chǎn)業(yè)化中的突出矛盾和問(wèn)題，并應(yīng)結(jié)合我國(guó)結(jié)構(gòu)調(diào)整與轉(zhuǎn)型升級(jí)，結(jié)合“十四五”規(guī)劃要求，結(jié)合疫情、國(guó)際經(jīng)貿(mào)摩擦升級(jí)與環(huán)境變化產(chǎn)生的具體影響，做好戰(zhàn)略定位和頂層設(shè)計(jì)，配置相應(yīng)資源，梳理規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)等。其實(shí)若要實(shí)現(xiàn)我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)化并非難事，紅外熱電堆傳感器的產(chǎn)業(yè)化便是最好的例子。

具體建議如下：第一，明確戰(zhàn)略定位，做好頂層設(shè)計(jì)。把傳感器產(chǎn)業(yè)化作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的核心，并提升到國(guó)家戰(zhàn)略高度來(lái)認(rèn)識(shí)，分層次、分階段的持續(xù)培育和支持。第二，挖掘產(chǎn)業(yè)中的問(wèn)題，彌補(bǔ)短板與瓶頸。從產(chǎn)業(yè)體系和鏈條中的具體問(wèn)題人手，解決工藝技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化瓶頸、市場(chǎng)供需矛盾、人才引領(lǐng)作用（特別是企業(yè)家人才）、資源優(yōu)化配置等問(wèn)題。第三，政策精準(zhǔn)配套，資源持續(xù)配置。結(jié)合地方產(chǎn)業(yè)配套政策資源，設(shè)立國(guó)家產(chǎn)業(yè)化專(zhuān)項(xiàng)政策，并在稅收等方面給予優(yōu)惠，針對(duì)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行持續(xù)引領(lǐng)與指導(dǎo)。第四，持續(xù)評(píng)估效果，及時(shí)調(diào)整實(shí)施方式。按照產(chǎn)業(yè)化層次、階段、步驟進(jìn)行分段評(píng)價(jià)與考核，根據(jù)實(shí)時(shí)狀態(tài)及時(shí)修正和調(diào)整實(shí)施步驟，避免造成經(jīng)濟(jì)損失和更大的機(jī)會(huì)成本。

根據(jù)以上建議，結(jié)合區(qū)域產(chǎn)業(yè)文化特征，可在條件具備的地區(qū)建立中國(guó)“傳感谷”，努力建設(shè)我國(guó)完整產(chǎn)業(yè)鏈，打造具備“政、產(chǎn)、學(xué)、研、用、服”六位一體的協(xié)同化、專(zhuān)業(yè)化和精準(zhǔn)化的“雙生態(tài)”體系。實(shí)現(xiàn)傳感器基礎(chǔ)產(chǎn)品的500億元產(chǎn)值，達(dá)到系統(tǒng)集成與應(yīng)用產(chǎn)品千億元級(jí)以上的目標(biāo)，形成具有明顯產(chǎn)業(yè)化特色的國(guó)際傳感器產(chǎn)業(yè)集群。