一半是芯片一半是机甲，科技战场最低调的智能先锋

　　人的行为，正在被全方位跟踪。手机、腕表、体重计、可穿戴设备等这些产品的背后，都有着不起眼的智能颗粒，可以全天候、全空间地识别人的行为状态，一丝不差地记录着消费者习惯和逻辑内涵，它们甚至比人本身还了解自己。
　　这个智能颗粒被称作MEMS传感器，它一半是芯片，一半是机械，就像是全芯片武装的微型机甲战士，深刻改变了人与大自然交互的局面。它令人耳目一新的地方在于：这是第一款超越人类感官的传感器。智能手机中，就藏着这个奥秘。早在2012年的iPhone 5，就采用了4个MEMS传感器。而最近五年越来越风靡的真无线耳机TWS，背后都是MEMS的贡献。
　　今天，「哈工创投」带您了解MEMS传感器的江湖，三十家企业占据整体销售额的90%，它们基本都是榜单上的老面孔，半机械加上半芯片，进行着赛道上的较量。
　　MEMS是什么？
　　MEMS是Micro Electro Mechanical System的缩写，简称微机电系统，是按功能要求在芯片上把微电路和微机械集成于一体的系统。MEMS基于光刻、腐蚀等传统半导体技术，融入超精密机械加工，并结合力学、化学、光学等学科知识和技术基础，使得一个毫米或微米级的MEMS具备精确而完整的机械、化学、光学等特性结构。
　　图 | MEMS传感器及局部显微放大，来源：Vesper
　　MEMS被认为是21世纪最有前途的技术之一，如果半导体微制造被视为第一次微制造革命，MEMS则是第二次革命。通过结合硅基微电子技术和微机械加工技术，MEMS具有革命性的工业和消费产品的潜力。
　　MEMS产品主要可以分为MEMS传感器和MEMS执行器，其中传感器是用于探测和检测物理、化学、生物等现象和信号的器件，而执行器是用于实现机械运动、力和扭矩等行为的器件。
　　图 | MEMS传感器工作原理，来源：前瞻产业研究院
　　MEMS传感器种类繁多，是使用最广泛的MEMS产品，通过微传感元件和传输单元把输入的信号转换并导出另一种可监测信号。与传统工艺制造的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。
　　图 | MEMS传感器分类，来源：赛迪顾问
　　从上图可以看出，MEMS作为一种新兴技术，其产品以技术-产品范式为中心，而不是以产品-市场范式为中心。因此，MEMS设备可能会在不同的行业找到许多应用。2006年之前，除了汽车气囊与喷墨打印机墨盒之外，很少见到MEMS产品在其他市场的应用。2006年任天堂首先把加速度计引入到其游戏机Wii中，随后MEMS市场开始爆发，包括智能手机在内的各种移动设备都可以找到MEMS产品的应用。如今，MEMS设备无处不在，从加速器和陀螺仪到汽车导航和安全气囊传感器以及医疗和通信设备。
　　无聊的江湖，拒绝惊喜
　　全球MEMS收入在2020年达到1000多亿元，江湖上还是老面孔多。但十年前的王者HP，已经从第一名跑到后面去了，而博通则异军突起。一沉一浮，背后就是桌面计算机时代，向移动互联网的全面转身。打印机销量下降，而打印机喷墨所需要的MEMS传感器就继续下滑，而智能手机的射频传感器的市场则急剧放大，这使得博通这样的供应商想不挣钱都不容易。
　　整体而言，这是一个无聊的江湖。惊喜并不多。芯片行业，都在指向大整合。但MEMS传感器则是一个另类，它拒绝了选择寡头垄断的形态，而是维持着多元竞争的局面。它大概呈现了两个大哥带20多个小弟的局面。博通和博世是双雄大战，各自以近100亿人民币的收入领先于行业；紧随其后的是，腰斩一半，大概在50亿元的中级选手依次向下。他们就像钢琴的按键一样，连续而均匀地从高音区排到低音区。5亿元人民币的营收，差不多就可以进入全球Top30名单内。
　　图 | 2019年MEMS Top25 企业销售额分布图，来源：Statista 2020，南山工业书院绘制
　　MEMS传感器格局基本跟随了半导体产业的脚步，最强的依然是美国，占据大半壁江山。欧洲以大牌厂家如博世、意法、恩智浦等占据一席之地，日本以多品牌而独具特色。韩国则意外缺席，而中国靠真无线耳机的麦克风而占据两席位置。
　　江湖纵横，绝代双雄
　　全球MEMS传感器中，博通和博世两家独大，但二者领先的原因，则各有不同。
　　图 | 2018年和2019年MEMS Top 25企业销售额
　　博世以15亿美元的收入，多年来一直几乎不离榜首。它最厉害的地方，就在于在应用市场能够脚踩多只船。它在消费和汽车市场的表现过于强劲，每辆新车平均包含5个博世MEMS，而全球一半的智能手机至少包含1个博世MEMS。跟其他厂家多元化的策略不同，博世在这个领域，只提供MEMS传感器而不提供产品（例如瑞声在2020年虽然有170亿元的收入，但绝大部分都是由耳机而非传感器贡献的）。这也让博世在MEMS业务上的成功格外耀眼。
　　博世MEMS传感器的麻烦，在于有一堆的骚扰者，就像是被一群小髭狗盯上的狮子。如意法半导体，在消费市场上直接竞争的是同类型的设备，但它在汽车市场并不活跃；恩智浦倒是拥有可以竞争的传感器，但也只是在汽车领域吃得开。而博世同时占住了消费电子和汽车领域，还没有任何一家拥有这样的实力。
　　博通本是外来户。虽然它是芯片巨头，但在2016年以前，它在榜单上啥位置都没有。2016年一家MEMS射频传感器收购了博通，并将新公司继续命名为博通（准确应该叫做新博通）。这使得2016年排行榜上，亚军位置就变成了博通，而第二年就成为全球最大的MEMS厂家。这种惊人的市场驱动力是来自智能手机。4G手机开始普及的移动互联网，大大提高了这种传感器的需求量。智能手机，重写了MEMS的产业格局。意法半导体ST和美国德州TI这些昔日Top3的厂家，就是被智能手机粗鲁地推搡到后面。
　　图 | MEMS传感器在智能手机领域的应用，来源：Yole Développement
　　博通的烦恼，是孤独而犀利的。因为，它正在被一个有着更强加速度的猎豹所追逐。这个猎豹就是美国Qorvo。在射频-MEMS领域，这两家公司都是同一设备类型的强者。在2016年全球前三十名MEMS公司排名中，Qorvo就已经开始呈现了惊人的加速度。
　　王者无荣耀
　　十年前，德州仪器TI和惠普HP占据了头把交椅。
　　图 | 2009-2019年MEMS封神榜的变迁，来源：Yole Développement
　　十年来，最无奈的应该属于德州仪器TI。它的MEMS产品营收一直保持在8亿美元的水平。由于原有的产品已经饱和，因此销售额增长乏力，TI不得不苦等新市场的成熟。而3D手势识别、汽车平视头盔HUD或智能照明等应用，对TI的产品尚没有形成明显的启动。这些都是TI的尴尬之处。它的翻身仗还是要靠车载市场的激光雷达了。
　　HP是苍茫夜色下的迟暮英雄。当年它将测量部分从计算机部门分拆后出售，显然是对于未来的一个误判。这个被出售的部门，最后逐渐演化形成了MEMS传感器的全球老大博通。
　　HP当年的出售，似乎是出卖了灵魂。HP高层当时以为只有一个赛道，而个人电脑与打印机家庭装是王者之道。彼时的德州仪器TI，也呈现了老态龙钟的步伐，它的数字处理器没能搭上液晶LCD平板电视的快船。排名第一是两个老年人的竞争，但时代已经翻篇了。家庭打印机的数量越来越少了。人们开始使用智能手机和平板电脑，而不是打印大量文档。这期间，金山WPS软件没有在桌面市场站稳脚跟，但却在手机阅读页面大展身手。WPS能够曲线崛起的原因，就是惠普正面跌落的杀手。打印机销量下降，喷墨头的需求就会受影响。同样日本佳能和爱普生的传感器业务，同样受到打印机没落的拖累，颇有同病相怜的意思。大浪之下，下沉的往往不是一家，而是昔日所有的竞争对手，齐齐翻船。
　　剩下的都是混战
　　意法半导体ST的MEMS业务，曾经有着辉煌的历史。当年在东芝推出的＂防撞数据保护＂笔记本，一时惊艳。当笔记本处于跌落状态的时候，MEMS就自动感知和启动，关闭数据硬盘，从而有效保护数据。这是ST替东芝以及随后跟进的IBM笔记本所研制的一种场景。现在，虽然它也一直难以在汽车和工业MEMS市场有所斩获，但依然有着一个强大的后台，苹果是其最重要的客户。作为唯一大客户，这让它一直处于警惕的状态。
　　Qorvo目前排在第五位，在华为高端手机中，不可缺少的芯片名单就有这个公司。作为一家射频厂商，它真的是一只初生牛犊，这几年狂飙猛进。Qorvo是在2015 年，由两家RF解决方案供应商合并而成，也是有着强烈的国防军工背景。随后，赶上了射频传感器的大发展。Qorvo成立后，进行了多次并购，来扩大其产品线。Qorvo凌厉的攻势，注定要给博通这样的冠军带来很多麻烦。
　　剩下的就是兄弟混战。英飞凌、森萨塔Sensata、日本电装Denso、安费诺、和迈来芯Melexis等专注于汽车类市场，Alps以及日本旭化成AKM、索尼、村田则主要服务于消费类市场，松下重在工业领域，霍尼韦尔在工业和航天军工。而泰科TE恩智浦NXP在多个市场都有涉足，由于多次收购，泰科的多元化能力大幅度增强。
　　MEMS市场在过去10多年，最大的变化是来自智能手机和关联产品如智能耳机。除此之外，还没有任何一种设备，能够真正改变MEMS的市场内格局。出乎意外的是，汽车电子虽然崛起，但并没有为这个市场增加新的面孔。而增强现实AR等雷声大雨点小，让人不得不表示失望。
　　图 | 2019-2025年MEMS终端市场变化预测，来源：Yole Développement
　　没意思的股市
　　日本电气化学公司TDK，一直就是电子原材料和元器件的先锋。作为昔日录音机磁带和电脑磁盘的王者，它现在专注在各种电容器以及传感器系统。旗下有多个不同品牌。
　　2015年前后TDK对于MEMS业务，可以说是用恍然大悟的信念和老房子着火的决心，一口气连续吃下三个公司。成为日本近十个MEMS厂家中的头牌，力压松下、电装和旭化成。值得关注的是TDK收购的这两家，分别是在全球第三和第四家上市的MEMS公司。
　　而另外一家上市MEMS公司美新，是华人一手创办，2009年成为第一家美国上市之后，本是前途光明，但却成为急吼吼的资本牺牲品。2012年由于连续亏损，它被IDG资本相中，完成私有化。随后，IDG开始证明自己就是传说中的辣手摧花，MEMS主业被稀释。在一系列的拯救、传鼓接花再传鼓之后，如今的美新已经被拆成三个公司。而目标则只有一个，那就是迫不及待地上市，最后这次努力的目的地，就是科创板。急功近利的资本，让好学生本来优良的履历本加上了很多小叉叉。江山似有，容颜不再。
　　可以说，股市没有给这些MEMS公司带来福音。这四家MEMS上市公司，二十年间，无一成功。这充分显示了MEMS这个市场的残酷性，只依靠MEMS的业务（不管是传感器，还是扩展到代工）的品牌，基本不具备独立存活的能力，股市也救不活。
　　异军突起的中国曲调
　　传感器是中国制造的超级短板。令人感慨的是，这块市场至今缺乏足够的重视。但在所有的传感器类别中，MEMS传感器算是发展突出的，它抓住了智能手机麦克风的机会。
　　MEMS麦克风是近二十年来最耀眼的明星。在2002年楼氏电子量产第一颗MEMS麦克风，中国的瑞声和歌尔也紧随其后，其他机会则留给了英飞凌、TDK、NJRC等。
　　中国厂家在MEMS领域取得了令人瞩目的突破，包括智能手机和可穿戴设备的麦克风，已经具备在全球市场上与楼氏竞争的潜力。
　　2013年楼氏达到了30亿元人民币的收入，然后它就像被跳进了一个孙悟空的魔力圆圈，再也没有能跳出来，直到如今。也就是在这一年，楼氏电子对歌尔发起知识产权调查，就是从封装专利开始；而歌尔也迅速反击，一年之后，双方不仅握手言和，而且缔结了进一步的商务合作关系。中国低成本制造的优势，已经被证明是一种强大的核心竞争力，这是国外企业也望尘莫及的地方。
　　瑞声和歌尔已经证明了追赶成熟市场模式的可行性。在这个真无线TWS耳机高达1500亿的市场，中国第二波的挑战者已经开始入场。既有去年刚刚上市的苏州敏芯，2020年收入达到了3.3亿，也有新锐力量福建西人马，后者在今年5月刚刚推出MEMS麦克风新品，作为国内采用垂直制造IDM模式经营的一家传感器企业，这家公司的创新力很值得期待。而刚刚融资完毕的通用微GEMES公司，也在跃跃欲试。其设计的高端产品，将委托全球第二大MEMS代工厂——赛微电子旗下的瑞典Silex，后者是中国传感器领域少见的一次并购。
　　图 | MEMS产业链及代表企业，来源：华夏幸福产业研究院
　　未来的神谕
　　想弄清楚MEMS未来的格局，并不容易。作为一个元器件，它无法自己发力，只能依赖智能产品的发展。
　　美国TE公司则通过并购，把握住自己的命运。作为年收入为130亿美元全球最大的传感器和连接器公司，在消费品、工业和医疗领域等都有不俗的表现。2019年它收购了德国FirstSensor，这是化工行业变压器最重要的传感器。而国内最重要的变送器制造商重庆川仪，一直使用的该品牌的传感器。另外一家变送器制造商，则是北京远东罗斯蒙特，这是美国艾默生旗下的公司。这意味着，国内最大的两家变送器，靠的都是美国传感器。命门的钥匙，都放在美国人口袋里。这个举动，极大地刺激了中国仪表制造商。
　　很多新兴市场等待MEMS传感器。例如无人机，结合卫星导航是一个新的兴奋点。电子烟也是一个新兴市场，数字差压MEMS传感器，可以实现电子开关的气流检测，这一方面合肥微纳、歌尔、苏州敏芯和上海矽睿等都有布局。
　　还有MEMS时钟领域。领导者是美国SiTime公司，高达90%的市场占有率。作为一种全硅振荡器，它以高性能和低成本，全面取代传统石英振荡器产品。我们需要这样的计时来干什么？汽车已经证明了自己就是一台四轮超级计算机。而多样化的电子装置，决定了必须有步调一致的心跳系统。一辆汽车需要多达70个计时设备，大家耳熟能详的GPS和倒车摄像头之类的计时设备，其实都只是微不足道的刻度。自动驾驶汽车需要的精确计时，时间需要保持在十亿分之一秒。或者再想想，达芬奇手术刀在进行手术的时候，400多个传感器需要有惊人的一致性。这些，就是MEMS时钟惊心动魄的那一刻。而Sitime就在这些人类无法触及的时间刻度里，寻找着自己的市场空间。
　　MEMS新品就像是田地里漫流的水流，它不断寻找着最小阻力的方向前进。既然在麦克风领域，已经有诸多公司，如TDK、英飞凌等，不断发布适用于此类语音应用的新型数字MEMS麦克风。而下一步的突破，则就是音箱。在过去的几年里，好几家开发基于MEMS的微音箱，正在试图改变这项回响已久的古老技术。也许音箱老品牌博士Bose也该发抖了。音箱会不会被这些新兴的技术，掀翻呢？反正耳机已经被干倒了。全球顶级的音频巨头、传统四大HiFi品牌之首——森海塞尔的消费者业务部门，就在五月被出售。收购价格16亿元，可是它在2020年营收为20亿元。可以说，几乎就是倒贴钱卖出去了，它就是倒在了全保真耳机TWS的刀下。
　　汽车电气化给MEMS产业带来的是矛盾的消息。好消息是，电气化、自动驾驶为MEMS带来了更大的蛋糕。对于包含内燃机的混合动力汽车HEV，好消息继续，毕竟发动机需要使用多个压力传感器。但是对于纯电动车，由于没有内燃机，也没有了对动力传动系统传感器的需求。而汽车动力传动系统占据了MEMS压力传感器总需求量的51%。这意味着领头羊，如博世、英飞凌和日本电装，都必须提前刹车换道。
　　智能的预言
　　即使如此，MEMS传感器仍然是一种预言，万物有眼，剧透未来。MEMS厂家的一举一动，就像是一本关于未来产品的参考书，预示着各种可能的智能之路。
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