2016年，在“第四届国际（乐清）物联网传感器技术与应用高峰论坛”上，时任工信部电子信息司电子基础处处长王威伟（现任信息技术发展司副司长）表示，传感器已上升至国家战略，有望单独进入国家创新中心，多项政策规划齐头并进，值得期待。
2018年7月，我国半导体领域成立了仅有的两个国家级创新中心——国家集成电路创新中心、国家智能传感器创新中心，可见国家对智能传感器产业的重视，国家智能传感器创新中心是我国传感器领域唯一一个国家级创新中心。国家智能传感器创新中心以关键共性技术研发和中试为目标，专注传感器设计集成技术、先进制造及封测工艺，布局传感器新材料、新工艺、新器件和物联网应用方案等领域。
近几年，发展智能传感器产业已上升为国家战略，在十四五规划中，已将智能传感器关键的制造技术——MEMS写入科技前沿领域攻关技术列表，各地方政府扶持MEMS等智能传感器产业发展的政策逐步出台、落实。
本文来自中国工程院战略咨询中心，主笔者为江西省科学院科技战略研究所资深研究员，是较全面的研究我国和全球智能传感器产业的报告内容。
文中指出智能传感器是未来十年甚至二十年传感器产业的主流形态；MEMS、CMOS是智能传感器制造的两种主要技术，预计 CMOS 技术将成为最大份额占有者；光谱学技术是智能传感器增长最快的新技术；建议国家加快国产化，使国产传感器的品种占有率达到 70%-80%，高档产品达 60%以上……
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来源：中国工程科技知识中心、江西科学院科技战略研究所
作者：刘少金、肖 莲、邹 慧
一、全球智能传感器市场概况及发展趋势
作为数字时代的感知层，智能传感器是集成传感芯片、通信芯片、微处理器、 软件算法等于一体的系统级产品，紧密衔接互联网、大数据、人工智能与实体经济，已成为支撑万物互联、万事智联的重要基础产业。伴随着工业互联网、大数 据、物联网、人工智能、VR/AR 等新一代信息技术的快速发展，市场应用正呈现爆发式增长态势，产业发展处于重要战略机遇期。
（一）全球智能传感器发展呈现快速增长态势
1、亚太地区将成为 2020-2025 年全球智能传感器消费市场份额增长最快的地区
近年来，受益于汽车电子、消费电子、医疗电子、光通信、工业控制、仪器 仪表等市场的高速成长，智能传感器行业发展呈现爆发式增长态势。据赛迪顾问 数据显示，2020 年，智能传感器市场规模达到 358.1 亿美元，占总体规模的 22.3%。
未来几年，随着智能制造、物联网、车联网等相关行业的发展，全球对智能传感 器产品的需求将快速增长，预计 2023 年，市场规模将达 487 亿美元（图 1）。
2020 年，美洲地区（Americas）仍占据着全球最大的智能传感器市场份额，由于拥有众多大型智能传感器制造工厂，美国依然是美洲地区最大的生产和消费国家。
在消费类电子产品、汽车和医疗保健等下游产业的带动下，亚太地区（APAC）将 成为 2020-2025 年全球智能传感器市场份额增长最快的地区，具体包括中国、印度、日本、韩国和其他亚太国家。
据中国信通院统计，2016-2019 年全球智能传感器的四大应用领域市场规模 以消费类电子产品领域最大，占据总量 2/3 以上，其次为汽车电子领域。表 1 列出了全球各类智能传感器消费市场对比情况。
2、美国、日本、德国占据全球传感器市场七成份额
智能传感器是未来十年甚至二十年传感器产业的主流形态。世界主要工业强 国纷纷对智能传感器谋篇布局，欧洲、美国、日本等拥有良好的技术基础，产业链上下游配套成熟，几乎垄断了“高、精、尖”的智能传感器市场，中国企业竞争力较弱。
当前，全球传感器市场的主要厂商有通用电气（GE）、爱默生（Emerson)、 西门子（Siemens）、博世（Bosch）、意法半导体（STMicroelectronics）、霍尼韦尔（Honeywell）、ABB、横河电机（Yokogawa）、欧姆龙（Omron）、施耐德电气 （Schneider）、E+H（Endress+Hauser）等，全球传感器市场 70%份额被欧美企业把控。
从 2020 年全球智能传感器产业调查数据中（图 2）可知，美国智能传感器产值占比最高，达到 43.3%，欧洲次之，占比 29.7%，北美、欧洲、日本占据 全球传感器市场九成以上份额，是全球智能传感器最主要生产基地，而亚太地区 （中国、印度等）保持较快的增长速度。
（二）我国成为全球智能传感器市场发展最快地区
中国是全球最大的消费电子产品生产、出口和消费国。
近年来，中国消费电子类产品，如智能手机、平板电脑、智能穿戴等产量保持稳定增长，带动加速传感器、陀螺仪、硅麦克风等智能传感器行业需求的快速增长，中国已经成为全球智能传感器消费市场发展最快的地区。
据统计，2019 年，我国智能传感器市场 规模预计将达到 137 亿美元，本土化率将从 2015 年的 13%提升到 27%。
1、大力推动智能传感器技术和产业发展
我国大力支持智能传感器技术及产业的发展，不断完善相关产业政策。据中 商产业研究院统计，我国物联网规模从 2009 年的 1700 亿元增加至 2019 年的 17732 亿元，年复合增长率为 26.42%。
得益于国内应用需求的快速发展，我国已形成涵盖芯片设计、制造、封装测试、软件与算法、应用等环节的初步智能传感器产业链。
智能传感器是实现“中国制造 2025”的“利器”，为保障产业的快速崛起，突破智能传感器领域的“卡脖子”技术，2006 年起，国家相继出台了一系列政策，不断加大对智能传感器产业发展的支持，加强关键共性技术攻关，积极推动创新成果商品化、产业化（表 2）。
2、智能传感器产业主要聚集在沿海经济发达地区
当前，随着工业互联网、智能制造、人工智能等战略的实施，各级政府加速 推进智慧城市建设、智能制造、智慧医疗发展，将为智能传感器市场及企业带来重大发展机遇，向创新化、智能化、规模化方向快速迈进。
2019 年，全国智能传感器企业主要集聚于华东地区，企业数量最多，约占全国 56.88%。此外，华北、中南等地区也有大量优秀企业聚集，分占 23.09%和 8.36%，如图 3 所示。
在华北地区，高校和科研院所林立，科技研发活动频繁，主要从事新型智能传感器的开发，填补国内某些领域的空白，如北京已建立微米/纳米国家重点实验室。
以上海、无锡、南京为代表的华东地区，拥有国内最大规模的传感器产业集 群，形成了包括热敏、磁敏、图像、称重、光电、温度、气敏等较为完备的传感器生产体系及产业配套，是硬件传感器、软件开发及系统集成企业的主要聚集地 和应用推广地，是 MEMS 产业研发设计和制造中心。
以深圳、广州等城市为主的珠三角地区，构建了由众多外资企业组成的以热敏、磁敏、超声波、称重为主 的传感器产业体系。
以郑州、武汉、太原为核心的中部地区，通过产学研紧密结 合的模式，在 PTC/NTC 热敏电阻、感应式数字液位传感器和气体传感器等行业 细分领域发展态势较好。
随着全球智能传感器及下游应用行业快速发展，全国多地在智能传感器领域 加快产业布局，谋划建设智能传感器产业基地，力争打造中国智能传感器产业新 高地（表 3）。
（三）智能传感器产业链全景图谱及未来发展趋势
1、产业链全景图
（1）智能传感器型谱体系
智能传感器型谱体系总体架构参考 GB7665-2005《传感器通用术语》中分类 原则，并结合智能传感器应用特点进行构建，总体系框架如图 4 所示。
第一层级包括物理量智能传感器、化学量智能传感器、生物量智能传感器三大类。
第二层级继续以“被测量量”为依据划分出三大类传感器中典型的智能传感器产品。
第三层级，按照“工作原理+应用领域”的分类标准具体展开，限于篇幅，暂不详述。
（2）智能传感器产业链全景图
根据中国信通院和高端芯片联盟联合发布的智能传感器产业地图，产业链分 研发、设计、制造、封装、测试、软件、芯片及解决方案、系统/应用等八个环 节。根据已有数据和资料，绘制全球智能传感器产业图谱，将各环节重点企业分类展示，如图 5 所示。
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2、未来趋势
全球智能传感技术创新进展加快，智能化、微型化、仿生化是未来传感器的 发展趋势。
MEMS（Micro-Electro-Mechanical system）、CMOS（Complementary metal oxide semiconductor）是智能传感器制造的两种主要技术，预计 CMOS 技术将成为最大份额占有者，将从 2013 年的 4.74 亿美元上升到 2020 年的 41.2 亿 美元，约占总市场份额 40%。
光谱学技术是智能传感器增长最快的新技术， 2013-2020 年的年增长率高达 38%左右。基于新材料、新原理、新工艺、新应用的产品不断涌现，部分产品已大量应用，如指纹传感器、心率传感器、虹膜传感器等。
3、潜在市场
近年来，在物联网、大数据、智能制造、工业互联网等行业迅速发展的背景 下，智能传感器行业市场需求将继续保持快速增长态势，由最早的工业、军用航空走向普通民用和消费市场，已在太空卫星、运载火箭、航空航天设备、飞机、 各种车辆、生特医学、现代农业等多个领域得到广泛应用。
未来，随着技术创新 不断推进，还会涌现出一系列新的应用场景，市场增长潜力巨大。
（1）智慧城市
从长远看，城市的发展是居民、建筑及设施与技术产品不断创新共同进步的 结果，其最终将走向数字化、网络化和智能化。当前，全球智慧城市发展如火如荼，其内在的感知和信息传输都需要依赖智能传感器及其网络相互配合作用。
因此，传感器的升级换代成为智慧城市能否快速发展的关键，有望带动下一个千亿 级市场，目前，智慧城市的配套设施智能电网、智能交通、智能安防等发展迅速， 国内智能城市的实质性建设与试点规划工作正在陆续开展中。
2019 年中国智慧城市市场规模突破 10 万亿元，2020 年有望达到 14.9 万亿元。预计到2022 年， 我国智慧城市市场规模将达到 25 万亿。
（2）工业互联网
工业制造是经济社会发展的基石，工业互联网结合传感、通信、大数据、云 计算等先进技术手段，赋能工业制造，节约成本，提升生产效率，实现智能化作业。
世界各国加快推进智能制造发展战略，推进工业互联网发展，旨在抢占新一 轮科技变革和产业革命的制高点。《中国制造 2025》的制定和实施也在引导中国从制造大国向制造强国转变。工业互联网作为智能制造的基础设施和平台，将会在整个制造业发展过程中发挥愈加关键的作用。
2018 年中国工业互联网市场规 划为 5318 亿元，2019 年预计将突破 6000 亿元，达到 6110 亿元，未来五年 （2021-2025）年均复合增长率约为 13%。随着产业政策逐渐落点，在新基建的推动下，市场空间将有望加速，预计 2025 年中国工业互联网市场规模将突破 1.2 万亿元。
（3）智慧家庭
智慧家庭是未来住宅数字化、智能化的终极形态，其依托感知、通信、自动 控制、大数据等先进手段，集中管理家居生活所有的设备，以实现更加便捷、舒适、安全和节能的家庭生活环境。而智能传感器作为感知的重要关键部件，负担智能家庭的前端环节，是数字化、智能化管理的首要产品。
随着智能家居、智能家庭理念的不断深入，越来越多的新房和原建筑安装一系列多样化的微型智能传感器，增强空间环境的智能感知能力。2018 年中国智慧家庭市场规模达到 3580.1 亿元，预计 2020 年将突破万亿，2016-2021 年年复合增长率在 44%以上。
（4）车联网
智能网联汽车是当前汽车的未来发展趋势。车辆的网络化、智能化，使其具 备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能，可实现“安全、高效、舒适、节 能”行驶，并最终可替代人来驾驶的新一代汽车。
当前，智能传感器已经被广泛应用在汽车的方方面面，如车速、胎压、温度、燃料、刹车等等。未来随着智能 化程度的提升，车用传感器数量与种类还会继续增加，如图像、毫米波雷达、激光雷达等。
2018 年中国车联网市场规模为 486 亿元，近年来，有望进一步增长，预计 2020 年将达到 1000 亿元，2016-2021 年年均符合增长率为 21%。
（5）智慧农业
现代农业的发展趋势将是规模化、机械化、精细化、环境友好化等。因此， 智慧农业是集成先进技术手段，赋能农业生产管理网络化、智能化战略选择。
目前，全球粮食安全和社会稳定依然面临严峻的形势，发展智慧农业，提高粮食生 产量和效率，推进耕地高效合理利用对我国现代农业发展具有重大意义。
基于智能传感器等集成的数据采集、传输和分析决策平台，可以随时随地掌握作物畜禽等实时信息，并提出改进策略和作出适当反应，可以避免人为观测的失误和错误 最佳补救时机，以期获取最大的经济效益。
2018 年中国智慧农业市场规模突破 1300 亿元，预计 2021 年将超 2000 亿元，2016-2021 年年复合增长率在 12%。
（6）智慧医疗
智慧医疗是医疗、卫生及家庭健康系统的智能综合体。近年来，随着新一代 信息技术的飞速发展和医疗资源需求不断增长，智慧医疗市场需求不断增加，市 场规模迅速扩大，中国成为仅次于美国和日本的世界第三大智慧医疗市场。
一系列新兴技术和产品的应用，使得医疗工作者通过智慧医疗平台可以远程问诊、开药和进行手术，同时基于大量医疗感测元器件的整合利用，患者的生理健康状态可以实时远程传输到医生面前，同时辅以精准的治疗建议，得以为患者提供更加优质、智慧的医疗服务。
先进的高精度、高可靠的智能化传感器产品或多参数检测的系统集成产品，将成为智慧医疗的前端数据采集窗口，提供关键且重要的数据服务。
2018 年中国智慧医疗市场规模为 658.7 亿元，2020 年突破千亿元大关， 预计 2021 年规模将达 1259 亿元，行业将进入智能化、高效化、规模化发展的高速增长期。
二、世界各国智能传感器发展战略规划
1、美国、欧盟
欧美发达国家将高端传感器视为保持国家竞争力优势的关键，如美国《先进 制造国家战略计划》、欧盟《关键使能技术发展共同战略》等都将高端传感器列为重点发展领域。
传感器件研究方面，美国通过国家纳米技术计划推动基于纳米技术的物理、 化学、生物传感器研究工作，在《纳米技术引发的重大挑战：未来计算》报告中将能自主运行的智能大数据传感器列为技术优先领域之一。欧盟利用石墨烯旗舰 计划推动石墨烯传感器的基础研究工作。
传感器应用研究方面，美国通过国家制造业创新网络框架下的数字化制造和 设计、集成光子、柔性混合型电子、智能制造、先进机器人等制造业创新研究所 推动工业智能传感器、医疗传感器、装备状态监控传感器、可穿戴传感器、成像传感器、基于感知模型的传感器等新型传感器的应用研究。
欧盟利用未来工厂、 机器人等大型公私合作关系计划以及应对社会挑战战略领域下的相关医疗设备和护理机器人计划，推动工业智能传感器；医疗传感器；触觉、视觉、嗅觉、听 觉传感器；生物传感器；化学传感器等新型传感器的应用研究。
未来欧盟和美国分别计划启动《量子技术旗舰计划》和《国家量子行动计划》，超精密量子传感器将成为竞争的新焦点。
2、德国
德国是微机电系统和传感器技术的领先者。早在 2006 年，德国首次发布的 《德国高技术战略》中，就微系统、纳米技术等列为 17 个现代技术创新范围， 随即投入了前所未有的资金和精力，以保持其国际领先的地位。
2015 年，德国发布工业 4.0 战略，传感器被描绘成信息物理系统的核心组件，包括加速度传感器、气压传感器、电子罗盘等。
2018 年 9 月 5 日，德国联邦内阁通过了《高技术战略 2025》，确定了德国未来研究与创新资助三大行动领域的总共 12 项使命， 其中发展微电子、通信系统、材料、量子技术、现代生命科学和航空航天研究作 为加强德国未来能力的重点任务。
2020 年，德国传感和测量技术协会（AMA） 在《传感器技术 2022——让创新互联》报告中指出，传感器技术是很多机器、 设备和车辆竞争力的核心技术，是提升其价值增值的手段。
与当前快速发展的互 联网一样，传感器的发展为其带来机遇与挑战。未来传感器的先进程度决定了机械制造、汽车、过程控制和制造领域的国际竞争力。
3、日本
日本将传感器技术列为十大技术之首、国家重点发展的六大核心技术之一。日本传感器产业侧重实用化和商品化，走的是先普及后提高，由引进、消化、仿 制到自行改进设计创新的路子。
2013 年，日本经济产业省启动了“传感器技术 在社会公共服务中的应用开发项目”。同年 7 月，日本新能源产业技术综合开发 机构（NEDO）公布了该项目委托研究机构。
2015 年 7 月，日本召开了“物联 网升级制造模式工作组”会议，该工作组的目标主要是，跟踪全球制造业发展趋 势的科技情报，通过政府与民营企业的同心通力合作，实现物联网技术对日本制 造业的变革。
10 月 23 日，日本成立产学官合作组织“物联网推进联盟”，从事传感器技术的研发和测试。2017 年，日本内阁会议通过第五期（2016～2020 年 度）科学技术基本计划（以下简称基本计划），将微电子、材料等列为重点发展 领域。
4、韩国
韩国传感器专门企业不多，2013 年韩国在全球传感器市场的占有率仅 1.7%。为加强在物联网（IoT）领域的竞争力，韩国政府计划，从 2015 年开始，未来 6 年间将投资 1508 亿韩元（约 1.3 亿美元）支持推动尖端传感器培育事业。
同时，韩国着力引导民间企业扩大合作，加强与市场相连的策略性研发和生态圈建设。三星电子（Samsung Electronics）、乐金电子（LG Electronics）、SK Telecom 等大企业，正在积极摸索与专门传感器企业的合作方式，大力发展系统芯片事业， 研发具有潜力的传感器。
三、我国智能传感器产业发展的机遇与挑战
（一）面临机遇
1、产业政策环境持续优化
自 2006 年以来，国务院、国家发改委、工信部等多部门都陆续印发了支持、 规范智能传感器行业的发展政策，内容涉及智能传感器发展技术路线、智能传感 器发展目标、智能传感器的应用推广等方面。
尤其是 2018 年中美贸易摩擦以来， 多个行业单位、企业及产品遭受“制裁”“断供”等无端行为，高端关键技术及 产品面临“卡脖子”风险。特别是 2020 新冠肺炎疫情引发的产业链供应链危机 直接深化了上述问题的严峻性。
智能传感器作为电子元器件，处于电子信息制造产业的前端和上游，是支撑电子信息产业的基石，也是保障产业链、供应链安全稳定的关键。
习近平总书记多次强调，如果核心元器件严重依赖外国，供应链的 “命门”就会掌握在别人手里。
2021 年以来，为加快我国电子元器件及关键配 套材料和设备产业发展，提升产业链供应链现代化水平，促进我国信息技术产业高质量发展，国家工信部印发《基础电子元器件产业发展行动计划(2021—2023 年)》，从发展方向、实现路径、推广市场以及配套方面，对基础电子元器件产业 提出了规划。
具体来看，针对新型 MEMS 传感器重点向小型化、低功耗、集成 化发展，支持产、学、研合作。完善 MEMS 传感器行业配套，优化发展环境。
同年 9 月 10 日，工信部等 8 部门联合发布《物联网新型基础设施建设三年行动 计划(2021-2023 年)》，明确到 2023 年，在国内主要城市初步建成物联网新型基础设施，社会现代化治理、产业数字化转型和民生消费升级的基础更加稳固；创 新能力有所突破——高端传感器、物联网芯片、物联网操作系统、新型短距离通 信等关键技术水平和市场竞争力显著提升。
此外，全国各省市也着力优化产业发 展政策环境，相继发布了加快智能传感器及物联网产业园区建设的相关政策，目 前，上海、浙江、江苏、广东、北京等各地区均积极发展传感器产业园区，壮大新兴产业，加快数字经济的转型升级。
2、行业市场需求日益旺盛
压力传感器测试标定系统、高低温环境类试验箱、示波器、分析仪、信号发生器等检测设备。
此外，创新中心还联合产业链上下游共同组建了智能传感器联合实验室，研发传感器关键共性技术与行业应用传感器融合系统解决方案，为传感器的技术创新和标准化提供高效研发实验环境和产业合 作环境。
联合实验室已完成在智能驾驶、工业物联网、环境安全监测、智慧家居、 智慧农业、智慧医疗等领域的系统级解决方案展示及验证实验室。
光电传感器、接近传感器、视觉传感器、光纤传感器等高端传感器国产化率低于 20%， 严重依赖进口，已经成为制约我国制造业转型升级的主要障碍之一。
相比较欧美、日韩等发达国家，我国智能传感器研发起步较晚，国产传感器 企业几乎还是靠模仿外国先进产品而维持运营，且企业规模较小，除航天军工用 途外，大多数产品无法进入主流市场。
同时在中国 1700 多家的厂商中，约 80% 是从事销售贸易业务的，独立从事自主研发的企业偏少，龙头企业不多，严重制约产业集聚效应的发挥和智能传感器产业的做大做强。
传感器制造技术分为薄膜、MEMS 技术，而其中最为核心的当属晶圆制造。但由于晶圆制造对工艺和设备要求非常高，国内绝大部分厂商以无晶圆厂模式居多，委托国内外专业晶圆加工企业代工产品。
总体来看， 我国智能传感器由于缺乏先进制造工艺，而无法实现好的设计迅速转化为先进产 品，走向市场并应用，这一“卡脖子”环节极大地阻碍了我国智能传感器产业的 健康发展。
目前，我国 MEMS 市场中高端传感器进口占比达 80%，传感器芯片进口率 达90%。据专家估算，我国传感器新品研制落后近10 年，而产业化水平落后10-15 年。
国内智能传感器产品在灵敏度、可靠性及新技术能力提升方面与国外相比还 存在较大差距，在中美贸易摩擦和新冠肺炎疫情持续影响下，智能传感器国产化 进程差强人意，发展日益艰巨。
长期以来，芯片、集成电路业界普遍流行“造不如买”“买不如租”等错误 观点，致使中国在智能传感器起步较晚，落后较多，人才的培养也跟不上行业的 发展，尤其是研发人才严重缺乏。
推动智能传感器新材料、新机理、新技术研发与产业化，提升核心技术专利和高新技术产品的产出能 力，加快突破国外行业技术壁垒。
同时，依托中国信息通信研究院等国家级科研机构和创新平台，大力推动公共创新平台共建，积极导入新设计，引入新工艺，加快产品转化。
同时围绕成果转化、股权激励、税收等关键环节，持续推进体制机制改革，打破制 约科技成果转化的瓶颈，在收入分配上激发科技成果对成果转化的积极性。
尤其支持龙头骨干企业向海外扩张，收购经营困难的老牌厂商，继承其技术和产品优势，瞄准国内外市场需求，推动前沿、高端传感器项目的引进落地。
支持国外企业在华合 资、合作建立新型智能传感器研发中心，共同开发面向中高端行业市场的新型智 能传感器，服务国内行业重点需求。
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