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乘传感网东风攀MEMS产业高峰

发布日期:2022-06-20 22:59   来源:未知   阅读:

  •   2008年随着全球经济危机的爆发,美国多年来通过金融及科技手段建立的不合理的世界经济旧秩序终于倒塌。在新的国际经济秩序建立过程中,中国能否顺利实现经济发展模式的转变,将直接决定中国未来在国际社会中所处的政治经济地位。

      过去几十年里,美国一方面通过金融手段控制世界资源,另一方面则通过高科技不断提高生产效率,从而用高生产效率的产品来进一步换取发展中国家廉价的低生产效率资源。与美国的发展途径不同,中国过去十几年GDP的发展主要依靠三驾马车:出口、投资与消费。其中出口大部分来自于廉价资源的输送(人力资源、土地、生产资料等),所以才有“几亿条牛仔裤换取一架飞机”的心酸GDP。投资则主要来自于国家财政收入的增加而带来的投入,其中国家财政收入的增加在很大程度上来自于透支未来土地资源之收益。而消费在GDP中的比重在发展过程中却不断降低。

      中国要摆脱被发达国家剥削资源的状态,就一定要进行产业结构调整,占领科学技术的制高点,提高生产效率来换取别国低生产效率资源,进而摆脱被发达国家剥削的现状。目前,中国过去十年依仗的房地产业更多的提高了很多行业的产能(如钢铁、水泥等),而没有大幅度提高生产效率,只是透支和消耗将来资源,并不具备可持续性。因此,中国需要培育一个类似于美国当年“星球大战计划”的国家经济发展引擎,以带动国家整体科技水平的发展和生产效率提高,并替代目前的房地产业,帮助中国实现经济发展模式的转变。

      在这样的历史背景下,总理在无锡考察时,高瞻远瞩地提出“传感网”这一信息化国家策略。传感网被认为是继计算机、互联网和移动通信之后的新一轮信息技术革命,是信息技术领域未来竞争的制高点和产业升级的核心驱动力。发展传感网产业不仅是我国提升信息产业核心竞争力、增创发展新优势的战略选择,也是改造提升传统产业、提升社会信息化水平的重要途径,对经济发展和社会生活都将产生重要影响。

      总理给大家指明了未来中国信息化发展的方向,同时也给大家留下了一个命题,即如何发展传感网产业,孕育并发展出新的行业,带动传感网产业链中各企业的发展,带动国家万亿GDP的发展,使传感网产业成为未来中国新的经济引擎。

      顾名思义,传感网包括“传”(数据转化及传输,集成电路)、“感”(数据采集,传感器)以及“网”(数据处理,应用)三个核心环节。

      由于目前“网”(应用)环节直接面对国内终端客户,且中国在软件方面与发达国家的差距并非很大,中国企业在这个环节有着天然的优势,因此问题的核心是能否以“网”(应用市场)来带动“传”(集成电路)“感”(传感器)环节。如果“网”(应用市场)做的很好,但是在“传”(集成电路)和“感”(传感器)环节仍为国外把控,那么传感网则只是另外一个PC产业,即使中国有Lenovo,但是其内部核心部分皆为国外掌控,只有低端的外围部分为国内生产。这也明显违背了总理提出传感网这一国家信息化策略的初衷。

      而在“传”(集成电路)环节方面,中国在过去几十年内则一直处于落后地位。传感网的出现为中国扭转这种落后局面提供了最佳机会。这主要得益于:一方面,半导体的技术升级已接近极限,半导体产业已由技术竞争转变为规模竞争和标准竞争;另一方面,传感网对半导体企业而言是一个新兴市场,中国有机会通过制定自己的标准,为境内半导体企业的发展解决标准这一先天发展缺陷,培育出具有全球影响力的IC设计公司。

      就半导体的技术特点而言,集成电路类似于人类的数据处理中心——“大脑”,庞大的半导体产业是建立在一个“脑细胞”——“晶体管”的基础上,而所有功能的实现则通过“神经网络”——“互连”得以实现。自从平面制造工艺以及集成电路发明以来,人们在随后的几十年内做的主要工作就是按照“摩尔定律”——不断地缩小晶体管以实现在单位面积内集成更多的晶体管来实现越来越复杂的功能。西方发达国家在过去几十年中就是凭借对半导体技术的不断升级,成功对中国实行阻击,让中国的半导体产业一直处于相对落后的状态。所幸的是,半导体的技术升级(摩尔定律)已经接近极限,目前集成电路已进入SOC(system on chip,芯片系统)阶段,由技术竞争转变为规模竞争以及标准竞争。例如高通公司正是凭借其CDMA标准在短时间内成为世界最大的IC设计公司,而台湾联发科公司则凭借其规模优势成为IC设计公司的新锐。但在没有新兴市场出现的情况下,中国半导体公司可抢占的只是一些规模不大的缝隙市场,谈不上发展壮大。例如在缝隙市场中生存并发展的锐迪科(主要生产销售手机外围芯片)、格林微(主要生产销售CMOS图像传感器)、瑞芯微(多媒体芯片)等。

      因此,传感网的出现对中国半导体企业而言是一个新的发展机会。中国近十年来通过国家的巨大投入、鼓励并吸引海外高端IC设计人才回国创业等方式,成功地缩小了中国与发达国家在技术上的差距,这使得中国在传感网的发展初期可以建立自己的技术标准。技术标准的确立可以为境内企业解决标准这一发展缺陷,以市场培育产业,一举改变中国企业数十年的行业落后局面。

      相对于上述两个环节,传感网在“感”(传感器)这个环节的企业则面临更大的历史机遇。传感网是由许许多多功能相同或不同的传感器节点组成,每一个传感器节点的数据采集模块犹如人的各个感觉器官,包括多种传感器以测量所在周边环境中的声音、光、热、红外、振动等信号。

      传感网的特殊应用对传感器提出了微型化、功耗低、价格低、可靠性高、抗干扰性强等要求。传统传感器通常有着体积大、功耗高、价格高、可靠性差等缺点,不能满足传感网节点的要求,而微电子机械加工(MEMS)技术的发展为传感器的上述要求提供了解决办法。如果说半导体产业是利用先进制造技术把人最核心的部分“大脑”进行微型化,那么MEMS产业则是利用微加工这种先进制造工艺将“人”整个系统进行微型化,其中包括人的感觉器官,即传感器。

      近年来,MEMS(微电子机械系统)技术推动着半导体界超越摩尔定律的变革,在国内外得到了迅猛的发展。世界经过昨天的真空电子管时代,正跨越现在的固体电子时代进入明天的MEMS时代。MEMS产品将广泛应用于汽车、工业控制、航天及医疗等领域。2010年全球MEMS市场将突破100亿美元。与成熟的半导体产业逐渐降低的毛利率相比,MEMS作为一个新兴的产业,因其较高的技术壁垒,一直保持着可观的利润率。虽然目前全球MEMS市场规模与半导体产业3,000亿美金的市场规模相距甚远。但是MEMS做为一个全球新兴市场,当前所处发展阶段相当于半导体产业在70年代刚刚兴起的时候,发展潜力巨大。[page]

      在上述行业大背景下,中国MEMS产业面临着众多优势及机遇。首先,中国作为一个大国,有着人力资源的优势:

      ·中国有着众多国家基金支持(如863、973、电子发展基金、核高基等)的研究所及大学,培养了众多的MEMS专业人才,涉及到了MEMS基础研究的各个方面(材料、工艺、器件、可靠性、封装等等),可以满足基础研发的需求。

      ·中国拥有庞大的在美国及欧洲留学及工作的MEMS人才,如加以利用,可以解决高端研发人才缺乏的问题。

      ·市场时机方面:MEMS产业在全球范围内尚属新兴行业,国内外企业都还处于跑马圈地的过程中,这为中国MEMS产业迎头赶上国际先进水平提供了较好的战略时机。

      ·市场空间方面:传感网的国家策略为国内MEMS产业的发展提供了巨大的市场机遇。

      ·工业基础方面:中国的MEMS产业可以在现有的半导体工业基础改进发展,适当投入一些专有设备,不需要重复建设,既可以解决半导体产业中落后产能问题,为现有相当部分半导体企业开辟新的发展空间,又可以在较短时间内实现MEMS产业的较大发展。就芯片加工而言,大量存在的4、6、8寸硅片代工厂为发展中国的MEMS产业奠定了良好的工业基础,而美国由于早就将中低端硅片生产向中国转移,因此并不存在这样完备的具有梯次的加工体系。这是中国特有的MEMS工业发展优势。具体而言,与半导体不断按比例缩小特征尺寸的特点不同,MEMS产品在一定尺寸范围内,不需要不断缩小尺寸。这就意味着中国现在所谓的半导体“落后产能”可以在MEMS产业大放异彩。例如4寸硅片代工厂在半导体产业已经毫无竞争力,然而却很适合MEMS产业中“小批量,多品种”的高附加值的高端产品的开发。6寸硅片代工厂则适合大量的分立MEMS器件的开发,而8寸硅片代工厂则更适合集成MEMS器件的开发。就产品封装而言,国内现有大批技术相对落后的半导体封装厂,略加改造后,这些封装厂就很适合开发MEMS封装技术。

      ·行业特点方面:与半导体产业黄金“摩尔定律”不同,MEMS的黄金定律则为“一类产品线,一种制造工艺”。对半导体而言,做“脑细胞”的工艺是一样的,因此可以不断复制,而对MEMS而言,做眼睛的工艺很难来做鼻子,做鼻子的工艺很难来做耳朵。MEMS的目前这种制造工艺非标准化的特点就决定了现在没有一个公司覆盖全部市场,形成垄断地位。这样就留了足够的战略发展空间给中国的MEMS公司。

      随着近几年MEMS市场的兴起,全球最大的几家半导体代工厂(例如台机电、联电)都已开始介入MEMS产业,除此之外,国内一些半导体代工大厂也已开始进入MEMS代工领域,如中芯国际、上海先进半导体等,这为国内MEMS芯片制造提供了很好的生产平台。

      尽管中国的MEMS产业面临良好的发展机遇,但不容忽视的是,与国外MEMS产业界相比,目前国内MEMS产业的发展存在以下问题:

      ·缺乏MEMS产业链的支持。国内要发展MEMS产业,则必须要象半导体产业那样建立从器件模型、模拟工具、制造加工到封装测试等完整产业链的支持。虽然目前国内有发展MEMS产业链良好的工业基础,但是由于代工厂以及封装厂对新兴MEMS产业的陌生,并没有开展相关MEMS业务。此外,代工厂以及封装厂也缺乏相关技术来源。上述因素导致中国在MEMS产业链方面的建设基本处于空白状态。

      ·缺乏高端研发人员,与欧美发达国家相比,我们的研发水平相对较低,从基础研究上就处于落后地位;亦缺乏经验丰富的本土MEMS工程师,导致产业化难度较大。

      ·没有MEMS产业的工业积累,国内一些科研院所普遍仍处于摸索状态,基本集中于某些不计成本、满足特定目的、小批量的特种MEMS传感器制造,如国防应用。

      由于存在上述发展障碍,国内外的MEMS技术差距正在不断增大。目前国内绝大部分MEMS公司的技术能力只能达到压力传感器的初级水平,惟有苏州敏芯微电子技术有限公司(以下简称“敏芯”)在技术难度更高的硅麦克风领域取得了突破,技术能力已达到国际先进水平。而与之相对的是,国外公司已经在技术难度相对较高的领域不断突破,如微投影仪、单芯片相机、微型燃料电池、硅振荡器等等。

      如果不及时对国内的MEMS产业实施扶持,则日后MEMS产业大有可能步半导体产业的后尘,陷入竞争力不强、回报率太低的恶性循环。具体而言,MEMS做为一个新兴技术,其研发周期较长且资金投入巨大。中国如果不能及时跟上国外研发步伐,随着时间推移,即使中国在以后掌握了某些核心技术,但是届时可能又落入了知识产权的陷阱。类似于高通公司垄断CDMA市场的案例,在一些大的MEMS市场,国外大公司事实上已经形成了技术以及知识产权的垄断,如德州仪器公司垄断了DLP(数字投影仪)市场,惠普等企业垄断了喷墨打印头市场等等。

      综上所述,国内的MEMS产业虽然面临大好的发展机遇,但也存在不容忽视的问题。那么中国该如何发展自己的MEMS产业?在此方面,结合敏芯多年的实战经验,建议政府在以下方面进行突破:

      首先,站在全局的位置,做好科学的全产业链规划。以敏芯发展中遇到的问题为例,在产品研发初期,初创公司需要有一个良好的研发平台,而初创公司不可能独自建立此平台。敏芯的策略是与中科院纳米所进行合作,借用其平台进行研发。因此一个公共的对全社会开发的研发平台对发展MEMS产业尤为重要。当敏芯完成产品研发后,却又面临产业链资源整合问题。敏芯的策略为技术整体转移至代工厂并委托其代工。从敏芯发展过程中遇到的困难可以看到,MEMS要想顺利地实现产业化,则政府应主动打造“MEMS初创公司—公共研发平台—代工厂—封装厂”的全产业链全局而非分割规划的模式,让产业链各个环节的企业在早期就通过政府的推动建立起战略合作的关系。

      其次,提供专项资金支持,并提高其利用效率。如前所述,国内发展MEMS产业拥有良好的工业基础,同时亦面临千载难逢的市场机遇,而如何打破国外MEMS公司的技术垄断则是中国MEMS产业能否顺利突围的重点。目前,集成电路行业得到了国家大量资金的支持,如“核高基”等重大专项等,而MEMS传感器作为传感网的核心环节,更应当得到国家大力的支持。政府资金支持应改变“体制内流通”以及“少而广”的模式,在全社会范围内选择技术领先的企业予以重点支持。敏芯在产业链不成熟时,坚持对MEMS全产业链各个环节进行研发,为推动产业链整合,主动将研发成果与产业链上其他环节的战略合作伙伴分享,如敏芯将MEMS麦克风工艺研发成果转移入中芯国际,将封装工艺转移入传统麦克风厂商,协助其进行技术继产品升级,而所有研发费用皆为自筹。大量的研发费用给敏芯造成了较大的负担,限制了其它产品线的研发。因此希望政府能对体制外、能带动MEMS产业技术进步的、具备研发优势的企业予以重点支持,从而提高专项资金的利用效率。

      再次,政府引导与市场运作相结合。在MEMS产业发展初期,短期内利用政府的行政推动力量,鼓励技术创新,培育重点企业,打造MEMS产业链,奠定发展MEMS产业的良好基础。同时,也应充分利用市场配置资源的作用,让各优势企业自由结合,发挥企业的主动性与积极性,奠定MEMS产业长期发展的长效机制。

      综上所述,传感网是中国未来发展的经济引擎,发展传感网将对中国未来国际政治经济地位产生重大影响。而“感”做为传感网中的核心环节之一,将催生中国的MEMS产业,在传感网各个环节中最具发展空间。政府在如何发展MEMS产业方面大有可为。

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