文 | 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫
一枚比硬幣還小的芯片，正以 0.1 毫米的精度掃描世界，撐起智能時代的 " 數(shù)字感官系統(tǒng) "。
加特蘭的毫米波雷達(dá)芯片在 2024 年實(shí)現(xiàn)出貨 600 萬顆，2025 年預(yù)計(jì)激增至 1600 萬顆，累計(jì)出貨突破 1900 萬顆。這家中國企業(yè)在中國市場的占有率從 20% 躍升至 33%，其芯片已嵌入全球數(shù)十家主流車企的智能駕駛系統(tǒng)。
與此同時，漢威科技 0.3 毫米厚的柔性觸覺傳感器在深圳傳感器展上引發(fā)驚嘆，這款 " 電子皮膚 " 能在 1 毫秒內(nèi)完成壓力分布的精準(zhǔn)感知。不知不覺中，傳感器技術(shù)正從幕后走向前臺，成為人工智能、新能源車、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的核心基石。
從毫米到納米的競逐
本月，無錫芯感智的一項(xiàng)專利申請揭示了傳感器精密化的最新突破。通過在壓力傳感器背面空腔設(shè)置硅島膜結(jié)構(gòu)和鏤空緩沖層，同時實(shí)現(xiàn)了高靈敏度與高耐壓性能，成本卻未顯著增加。這種 " 既要又要 " 的技術(shù)突破，正是當(dāng)下傳感器創(chuàng)新的縮影。
在測量精度領(lǐng)域，激光測距傳感器正刷新極限。久之洋開發(fā)的星載激光測距儀已應(yīng)用于高分七號衛(wèi)星，將精度提升至 1 毫米級，其核心的鎖頻激光器采用光子晶體光纖放大技術(shù)，使波長穩(wěn)定性達(dá)到 ± 0.0001nm。而日本基恩士的 IL-3000 系列傳感器更是實(shí)現(xiàn)了 0.01 μ m 級的測量精度，相當(dāng)于人類頭發(fā)直徑的十萬分之一，這一精度水平已被應(yīng)用于東芝存儲芯片的制造線上，可實(shí)時監(jiān)測光刻機(jī)工作臺納米級形變。這種突破性進(jìn)展背后，是光學(xué)干涉原理與數(shù)字信號處理算法的深度耦合——通過相位解調(diào)技術(shù)將光程差分辨率提升至 λ /1000，配合 AI 降噪算法消除環(huán)境振動干擾。
車載感知領(lǐng)域同樣迎來精度躍升。加特蘭的毫米波雷達(dá)通過獨(dú)創(chuàng)的 RoP（雷達(dá)封裝技術(shù)）與 3D 波導(dǎo)天線結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了從 " 測得到 " 到 " 測得準(zhǔn) " 的跨越。其角度解算方差比傳統(tǒng)方案優(yōu)化了 30%，在 70 米距離外仍能保持點(diǎn)云穩(wěn)定性。
不止于此，傳感器在提升精度的同時實(shí)現(xiàn)功能融合。加特蘭最新推出的 Dubhe 天樞星系列 UWB 芯片，通過 2T4R 雷達(dá)模式可同時承擔(dān)數(shù)字鑰匙、艙內(nèi)存在檢測、腳踢尾門感應(yīng)等多項(xiàng)功能，一顆芯片替代了傳統(tǒng)多傳感器系統(tǒng)。這種集成化突破源于射頻前端與數(shù)字基帶的深度協(xié)同設(shè)計(jì)：采用時分復(fù)用技術(shù)將雷達(dá)回波與 UWB 定位信號分離，配合動態(tài)波束賦形算法實(shí)現(xiàn)空間感知精度 ± 5cm。寶馬 iX 車型的智能座艙系統(tǒng)應(yīng)用該芯片后，手勢控制響應(yīng)延遲縮短至 80ms，較上一代產(chǎn)品提升 4 倍。
精度革命背后是材料與工藝的協(xié)同創(chuàng)新，MEMS 工藝滲透率從 2018 年的 35% 提升至 2024 年的 58%，推動傳感器向小型化、集成化發(fā)展。芯片級傳感器正在取代傳統(tǒng)笨重的測量裝置，將實(shí)驗(yàn)室級別的精度帶入日常應(yīng)用場景。
新能源車與工業(yè)場景的雙向爆發(fā)
6 月 22 日，蘇奧傳感在互動平臺宣布，其自主研發(fā)的剎車壓力傳感器正式進(jìn)入市場客戶定點(diǎn)階段，將應(yīng)用于 AEBS（高級緊急制動系統(tǒng)）。這一消息背后，是新能源汽車對傳感器需求的爆發(fā)式增長。
傳感器已成為智能汽車的 " 核心感官 "。與傳統(tǒng)燃油車相比，新能源汽車的單車傳感器用量達(dá)到 300-500 顆，市場規(guī)模年增長率高達(dá) 28%。這一需求直接帶動了激光雷達(dá)市場的繁榮—— 2025 年中國車載激光雷達(dá)前裝量將突破 500 萬臺。
禾賽科技 AT128 激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn) 153 萬點(diǎn) / 秒的點(diǎn)云輸出，已裝備于理想 L9 等車型；速騰聚創(chuàng)則通過芯片化技術(shù)將激光雷達(dá)成本降低 60%，獲得比亞迪、小鵬等車企定點(diǎn)。激光雷達(dá)市場年復(fù)合增長率高達(dá) 17.6%，遠(yuǎn)高于傳感器行業(yè)平均水平。
隨著中美歐等地 AEB 法規(guī)要求制動時速提升至 120 公里以上，雷達(dá)需要具備更遠(yuǎn)探測距離與弱目標(biāo)識別能力。加特蘭的雙 SoC 級聯(lián)方案通過 64 個虛擬通道，將測高能力從百米級拓展至 350 米全量程，對塑料錐筒等弱目標(biāo)的檢測距離提升至 100 米外。
工業(yè)領(lǐng)域同樣迎來了傳感器革命。聚億信息咨詢數(shù)據(jù)顯示，2024 年中國制造業(yè)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)率達(dá)到 55%，較 2020 年的 38% 大幅提升。制造業(yè)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)化是實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，而傳感器則是實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵。通過在設(shè)備上安裝各種傳感器，如溫度傳感器、壓力傳感器、振動傳感器等，能夠?qū)崟r采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷和預(yù)測性維護(hù)。這不僅提高了設(shè)備的運(yùn)行效率和可靠性，也降低了企業(yè)的運(yùn)維成本。因此，制造業(yè)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)率的提升直接拉動了工業(yè)傳感器的需求。
近年來，全球工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)量持續(xù)攀升，已連續(xù)多年達(dá)到 50 萬臺以上。從 2018 年至 2023 年，復(fù)合增長率為 5%。據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會（IFR）預(yù)測，到 2027 年，工藝機(jī)器人的裝機(jī)量將突破 60 萬臺大關(guān)，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用帶動了位移測量傳感器需求的增長。位移測量傳感器能夠精確測量機(jī)器人的位置、速度和加速度等參數(shù)，為機(jī)器人的精確控制提供重要依據(jù)。隨著工業(yè)機(jī)器人向高精度、高速度、智能化方向發(fā)展，對位移測量傳感器的精度和可靠性提出了更高的要求。位移測量傳感器需求年增 22%，成為工業(yè)傳感器市場的一個重要增長點(diǎn)。
催生新物種
傳感技術(shù)本身也在不斷突破創(chuàng)新邊界。當(dāng)傳統(tǒng)傳感器正通過性能升級與成本優(yōu)化滿足規(guī)模化應(yīng)用需求時，基于新材料與新原理的傳感技術(shù) " 新物種 " 已悄然萌芽。
北京科技大學(xué)杜翠鳳 / 王遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京納米能源與納米系統(tǒng)研究所王中林院士 / 朱來攀團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種摩擦電自供電傳感平臺（TESS）。在山東某金礦地下 626 米深處，其已連續(xù)運(yùn)行數(shù)月。這項(xiàng)基于摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）的技術(shù)突破，解決了礦井監(jiān)測的供電難題。
風(fēng)速感知能力通過基于非接觸式 TENG 的水平渦輪機(jī)實(shí)現(xiàn)。同時，TESS 由一組獨(dú)特的 TENG 組成，通過一種新的工作模式運(yùn)行，平衡了接觸分離和獨(dú)立式模式的優(yōu)點(diǎn)。借助優(yōu)化的自驅(qū)動電源管理系統(tǒng)，TESS 實(shí)現(xiàn)了 16.36 mW/ 平方米的充電功率密度；這種能量每 166 秒就會傳輸至一個傳感器節(jié)點(diǎn)（用于測量溫度、相對濕度、壓力以及二氧化碳、二氧化氮、氨氣的濃度）、一個數(shù)據(jù)處理單元以及一個 LoRa 發(fā)射器。這項(xiàng)工作在開發(fā)堅(jiān)固耐用、成本低廉、無需電池且無線的基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的環(huán)境監(jiān)測平臺方面取得了重大突破。
與此同時，氣體傳感技術(shù)也傳來好消息。漢威科技開發(fā)的 " 電子鼻 " 系統(tǒng)，通過集成高靈敏氣體傳感器陣列與 AI 算法，可在 5 秒內(nèi)快速識別不同氣味，已應(yīng)用于食品安全、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。
該系統(tǒng)采用多傳感器協(xié)同工作模式，每個傳感器對特定氣體具有高靈敏度，配合 AI 算法對多維數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時分析，突破了傳統(tǒng)單一氣體檢測的局限。例如在食品安全場景中，" 電子鼻 " 可通過識別食品揮發(fā)的氣體成分，判斷其新鮮度或是否變質(zhì)；在環(huán)境監(jiān)測中，能快速定位空氣中的有害氣體或異味來源，為污染預(yù)警提供數(shù)據(jù)支持。
這種仿生感知技術(shù)模擬了生物嗅覺的復(fù)雜識別能力，可適應(yīng)多種氣體混合場景，相比傳統(tǒng)傳感器具有更高的檢測效率和實(shí)用性，推動氣體傳感技術(shù)向智能化、多功能方向發(fā)展。
傳感器將走向何方？
據(jù) Yole 報(bào)告，2024 年全球 MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）行業(yè)迎來關(guān)鍵轉(zhuǎn)折，憑借第二季度 " 庫存效應(yīng) " 消退，全年?duì)I收達(dá) 154 億美元（同比增長 5%），出貨量突破 310 億顆。市場研究顯示，隨著消費(fèi)電子、汽車電子等終端需求回暖，疊加 AI、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)驅(qū)動，2025 年行業(yè)增速有望進(jìn)一步提升，預(yù)計(jì) 2024-2030 年復(fù)合年增長率達(dá) 3.7%，2030 年市場規(guī)模將達(dá) 192 億美元，銷量增至 350 億臺。
量子傳感器利用量子現(xiàn)象，與傳統(tǒng)傳感器相比，靈敏度大幅提高，開辟了各種新的應(yīng)用，包括電動汽車 ( EV ) 、非 GPS 導(dǎo)航、醫(yī)學(xué)成像和通信。業(yè)內(nèi)專家將此稱為 " 第二次量子革命 "。
專家認(rèn)為，量子力學(xué)在計(jì)算領(lǐng)域有著巨大應(yīng)用潛力的同時，也有可能徹底改變傳感行業(yè)。
量子態(tài)的敏感性使得檢測微小的變化成為可能，從而實(shí)現(xiàn)了前所未有的精度測量。量子傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比具有更高的靈敏度，能夠?qū)﹄娏鳌㈦妶觥⒋艌觥⒐狻⒕€性加速度、角加速度和時間等多種物理特性進(jìn)行高靈敏度測量。
其中一個例子就是隧道磁阻 ( TMR ) 傳感器，其規(guī)模可達(dá)到數(shù)百萬個芯片。它目前已在汽車領(lǐng)域銷售，用于遠(yuǎn)程電流傳感。使用光泵磁力儀 ( OPM ) 的生物磁成像雖然仍處于早期開發(fā)階段，但已顯示出良好的潛力，Cerca Magnetics 等初創(chuàng)公司已經(jīng)向研究中心出售早期產(chǎn)品和原型。
此外，還有臺式原子鐘，已在研究和國際時間標(biāo)準(zhǔn)中使用多年。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，量子傳感器可以對心臟的自然磁場進(jìn)行簡單測量，提供比目前的心電圖（ECG）機(jī)器多得多的數(shù)據(jù)。雖然心電圖設(shè)備通過直接貼在皮膚上的電極進(jìn)行測量，但量子傳感器可以集成到衣服、床墊和其他物品中。
不僅如此，技術(shù)創(chuàng)新的觸角已悄然伸向生命體內(nèi)部—— 這種從 " 外部環(huán)境監(jiān)測 " 到 " 生物體內(nèi)在感知 " 的躍遷，為腦機(jī)接口與傳感器的深度融合埋下了技術(shù)伏筆，也讓神經(jīng)元活動的實(shí)時捕捉從科學(xué)想象走向臨床可能。腦機(jī)接口與傳感器的融合開啟新可能，Neuralink 植入式設(shè)備集成微型激光測距模塊，實(shí)時監(jiān)測神經(jīng)元活動，精度達(dá) 10 納米。這種跨領(lǐng)域技術(shù)融合將傳感器從外部環(huán)境監(jiān)測拓展至生命體內(nèi)部信號采集。
從 0.01 微米的納米級測量到量子態(tài)的精密操控，從實(shí)驗(yàn)室的精密儀器到車規(guī)級芯片的量產(chǎn)落地，那枚比硬幣更小的芯片，既是智能汽車的 " 數(shù)字眼睛 "，也是工業(yè)機(jī)器人的 " 觸覺神經(jīng) "，更是叩擊生命奧秘的 " 量子探針 "。當(dāng)傳感器精度突破納米級門檻，我們丈量的不再僅是物理距離，更是從硅基到碳基、從機(jī)器到生命的認(rèn)知邊界 —— 萬物互聯(lián)的基石，終將從 " 連接 " 走向 " 感知 "。
