传感器网络系统行业投资价值分析及发展前景预测

传感器网络系统行业投资价值分析及发展前景预测 一、 传感器行业未来发展趋势 （一）传感器行业微型化 随着下游应用领域的需求不断升级，如消费电子领域对产品轻薄化拥有较高要求，传统传感器由于体积较大、功能不完善，导致应用领域受限。随着MEMS技术等先进制造技术的发展及新材料的应用，传感器中感测元件、转换元件和调理电路的尺寸正在从毫米级步入微米甚至纳米级。因此，不断缩小产品尺寸是传感器未来的发展趋势之一。 （二）传感器行业低功耗 传感器多为非电量向电量的转化，工作时离不开电源，在野外现场或远离电网的地方，往往用电池或太阳能供电，研制低功耗的传感器是必然的发展方向，既节省能源，又能提高系统寿命。 （三）传感器行业集成化 在传感器下游的应用领域中，随着设备智能化程度的不断提升，所需测量的变量也日益增多，搭载的传感器数量亦随之增多。通过多传感器的集成化，能够把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统，这将实现不同参数的同时测量，实现综合检测，也能节约内部空间。 （四）传感器行业无线化 传统传感器的通信多采取有线方式，由于其现场安装需要布线，使得施工成本提高，从而制约了传感器的部署。因此，传感器的无线化是未来发展趋势，通过省去现场安装布线的环节，能够有效降低施工成本及施工难度。 （五）传感器行业网络化 网络化是传感器发展的一个重要方向，其优势正在逐步显现出来。通过有线传输或无线通讯技术，将大量单体传感器进行集成，传感器将能够实现互联互通和实时数据交换，使测控系统进行自动信息处理以及远距离实时在线测量成为可能。通过网络化，新一代智能传感器将结合人工神经网络、人工智能等技术不断完善物联网的功能，具有十分可观的发展前景。 二、 磁传感器综述 传感器是将现实世界的信号转化为数字世界信号的装置，是数字世界信号处理的起点。一个完整的传感器由前端的敏感元件和后端的信号调理ASIC芯片构成，由于敏感元件存在非线性或受温度影响较大等特点，需要信号调理ASIC芯片对敏感元件输出的电信号进行调理。按照工作原理，传感器主要可分为MEMS、磁、化学、温度四大类。 磁传感器是利用电磁感应原理，对位置、速度、电流、通断等变量进行检测的传感器元件。按照技术类型，磁传感器可以分为霍尔、AMR、GMR、TMR等类型。其中霍尔传感器利用霍尔效应对磁场进行检测，通常由一块薄的矩形p型半导体材料（如GaAs、InSb等）组成。AMR传感器利用磁阻元件电阻随磁场变化的原理，以检测磁场方向的变化。GMR的原理基于电子自旋，利用一系列由不同磁性和非磁性材料组成的超薄层，创造出阻值随磁场方向连续变化的传感器件。TMR传感器则利用隧道磁阻效应，实现电阻随磁场方向变化的传感器件。目前汽车上应用的磁传感器大多为霍尔传感器。 三、 磁传感器行业竞争格局 从全球磁传感器行业竞争格局来看，全球磁传感器主要厂家包括Allegro、英飞凌、AKM等，以收入口径计算，前三大厂家市场份额分别为16%/15%/10%。国内玩家有纳芯微、宁波时代电气、比亚迪半导体等。AMR、GMR、TMR均基于磁阻原理，作为下一代磁传感器技术，凭借性能优势，渗透率正日益提升，主要磁传感器芯片厂商均有所布局。 四、 行业上下游情况 传感器上游为芯片、电路、电源、不同类型的元件等各种原材料；中游是电容式气压传感器、红外气体传感器、图像传感器等各种类型的传感器制造；下游则是于消费电子、汽车电子、工业电子、通信电子等下游应用。 （一）上游产业 近年来随着消费电子、移动互联网、汽车电子、工业控制、医疗电子等市场需求的不断提升，以及国家支持政策的不断提出，我国集成电路行业发展快速。数据显示，2021年我国集成电路市场规模由2016年的4336亿元增长至10458亿元，年均复合增长率为19．3%。预计2022年我国集成电路行业市场规模将达12036亿元。 电源可将各种形式的能量转换成电能，是各类电子设备的心脏，是电力电子设备实现正常运行及电压调节的基础。不同的电源具有不同的工作原理和功能，可广泛应用于经济建设、科学研究、国防建设等多个领域。 近年来受益于技术的进步和社会电气化程度提高，我国电源产业实现快速增长。根据中国电源学会数据，2021年我国电源行业市场规模由2016年的2056亿元增长至3416亿元。预计2022年我国电源行业市场规模将达3700亿元。 （二）下游产业 目前我国传感器在汽车电子、工业制造、网络通信、消费电子及医疗电子中应用较为广泛。其中传感器在汽车电子领域中占比最高，达24．2%；其次在工业制造领域，占比为21．1%，排第二。 汽车电子是用传感器、微处理器、执行器、数十甚至上百个及其零部件组成的电控系统，是车体汽车电子控制装置和车载汽车电子控制装置的总称，主要是提高汽车的安全性、舒适性、经济性和娱乐性。 近年来随着汽车智能化和电动化趋势的影响以及政策的推动，汽车电子广泛应用于汽车各种领域中，使得我国汽车电子市场的快速成长，渗透率不断提升。有相关数据显示，2020年我国后倒车雷达渗透率为86．25%，中控屏幕渗透率为85．57%，驻车影像系统渗透率为78．50%，巡航系统渗透率为72．58%，前倒车雷达的渗透率为37．46%，倒车车侧预警系统的渗透率为13．54%，并线辅助的渗透率为20．79%。同时占整车的比重快速增长。2020年我国汽车电子占整车的比重从1980年的10%增长到了34．32%。预计在互联网、娱乐、节能、安全四大趋势的驱动下，汽车电子化水平将持续增长，到2030年汽车电子占整车制造成本的比重将接近50%。 随着渗透率不断提升，我国汽车电子市场规模也保持稳定增长态势。数据显示，2021年我国汽车电子市场规模达1104亿美元，同比增长7．3%。其中动力控制系统占比最多，占整体市场的28．7%；其次为底盘与安全控制系统，占比为26．7%。 近年来，随着我国各级政府高度重视不断重视通信行业发展，我国通信行业发展较为迅速。进入2021年，进一步推进网络强国和数字中国建设，5G和千兆光网等新型信息基础设施建设覆盖和应用普及全面加速，行业发展质量和增长水平进一步提升。数据显示，2021年电信业务收入累计完成1．47万亿元，比上年增长8．0%，增速同比提高4．1个百分点。 五、 智能传感器国产化率稳步提升 我国国内厂商智能传感器总产值占比从2016年的13%快速提升到2020年的31%，显著高于行业增速，未来随着国内厂商技术持续迭代、产品线进一步丰富、市场认知度持续提升，智能传感器市场国产化率有望进一步提高。 六、 影响传感器行业发展的有利和不利因素 （一）影响传感器行业发展的有利因素 1、传感器行业政策环境持续优化 国家传感器产业发展政策环境持续优化。为促进我国传感器产业发展并迈向中高端水平，2016年，《十三五国家科技创新规划》明确提出重点加强新型传感器的技术与器件的研发，并计划加强工业传感器技术在智能制造体系建设中应用，提升工业传感器产业技术创新能力；2017年，工信部《智能传感器产业三年行动指南（2017-2019）》鼓励推进智能传感器向中高端升级；2021年，十三届全国人大四次会议审议通过《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，明确指出聚焦传感器的关键领域；2021年，工信部颁布《基础电子元器件产业发展行动计划（2021-2023年）》，提出实施重点产品高端提升行动，重点发展小型化、低功耗、集成化、高灵敏度的感测元件，如温度、气体、位移、速度、光电、生化等类别的高端传感器。随着国家各政策的大力支持，高可靠性传感器技术及传感器产业的重要性将日益凸显，未来传感器技术将是我国科技发展的重中之重。 2、传感器行业进口速度加快 传感器行业是高科技产业发展的先导行业和核心组成部分之一。此前，受国际贸易争端以及芯片禁运等事件的影响，国内开始重视对半导体芯片行业等高科技产业核心技术的自主研发，并且开始加大对相关产业的资金和政策支持。出于对产业安全及核心技术领域自主战略的考虑，可以预期在未来一段时间内，国产产品替代进口产品的趋势将继续保持不变，而这种趋势以及国内企业的崛起将为国内传感器行业提供了更多的发展机遇。 3、传感器行业应用场景多元化 目前，传感器已经广泛应用于消费电子、汽车、工业、医疗、通信等各个领域，随着人工智能和物联网技术的发展，传感器的应用场景将更加多元。传感器是人工智能重要的底层硬件之一，传感器收集的数据越丰富和精准，人工智能的功能才会越完善。物联网生态系统的核心是传感、连接和计算，随着联网节点的不断增长，对智能传感器数量和智能化程度的要求也不断提升。未来，工业互联网、车联网、智能城市等新产业领域都将为传感器行业带来更广阔的市场空间。 （二）影响传感器行业发展的不利因素 1、传感器行业基础相对薄弱 由于国内传感器行业起步较晚，发展时间较短，虽然近年来得到了快速发展，技术水平和产业规模都有所提升，但与国外相比，国内传感器产业在产品品质、工艺水平、生产装备、企业规模、市场占有率和综合竞争能力等方面存在一定差距。在传感器行业面临全球范围内充分竞争的背景下，国内传感器企业资本实力相对较弱，研发实力与创新能力也需要进一步提升。 2、传感器行业高端人才短缺 传感器的研发需要研发人员具备机械、电子、材料、半导体等跨学科知识以及机械制造、半导体制造等跨行业技术的积累，同时还需具备对上下游行业深入的理解，对人才要求较高。而我国传感器产业起步较晚，目前国内院校对传感器专业人才的培养也较为缺乏，在人才储备上具有滞后性。因此，缺乏行业高端人才是制约我国传感器行业发展的一大障碍。 七、 传感器产业链情况 （一）传感器产业链概述 传感器产业链上游为各类原材料供应，包括感测元件、电路、电源、不同类型的元件及五金件等的生产制造；中游为各种类型的传感器生产设计、制造及封装测试；下游为系统应用，如消费电子、汽车电子、工业电子、工业通信、国防航空等，由于传感器的应用领域和配套终端产品种类繁多，数量庞杂，且工作环境相差甚远，因此不同产品对传感器的需求各不相同。 行业传感器产品主要分为MEMS传感器和非MEMS传感器，其中MEMS传感器对应压力传感器、湿度传感器、加速度传感器等，非MEMS传感器对应温度传感器、振动传感器（收入分类属于加速度传感器）等。 1、MEMS传感器产业链 对于MEMS传感器，即感测元件采用MEMS敏感芯片的传感器，从产业链角度来看，各环节与通用IC芯片较为相似，一般可分为四个环节：设计研发、晶圆制造、封装测试以及系统应用。其中，设计研发包括MEMS敏感芯片设计和传感器器件设计；晶圆制造为MEMS敏感芯片的生产环节，即晶圆厂商将MEMS敏感芯片进行流片制成裸芯片；封装测试环节则包括芯片级封装（即晶圆级封装）、器件级封装和系统级封装（传感器器件应用于终端系统）；系统应用为在各个特定行业领域的终端应用。 为满足差异化的需求，传感器生产企业需从传感器设计出发，确定满足测量范围、精度和稳定性的感测原理，设计传感器的外部形状和内部结构布局，采购满足消费级、工业级甚至宇航级产品标准的电子元器件、结构件和封装材料等，采用相应的传感器生产制造工艺进行器件封装，同时进行性能检验测试和信号调理补偿，确保产品的输出满足下游需求。 针对传感器感测元件（应用MEMS技术）的芯片设计、晶圆制造以及芯片封装三个环节与通用IC芯片的生产制造环节一致。传感器企业通常会采购已完成芯片封装的MEMS敏感芯片，或直接采购由晶圆厂流片完成的裸芯片而后自行封装。在通用IC芯片产业链中，存在专门提供封装测试服务的企业。而在传感器产业链中，传感器制造企业既负责前端的传感器设计，也负责后端的传感器器件封装，本质是自产自销模式，不存在专门从事传感器器件封装业务（即来料加工模式）的企业。此外，检验测试通常会伴随传感器生产的各个