意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics，簡(jiǎn)稱ST）是MEMS傳感器主要供應(yīng)商之一。MEMS傳感器市場(chǎng)近年的爆發(fā)式增長(zhǎng)為ST帶來了豐厚的收入。在此情況下，ST正在努力尋找和培養(yǎng)新的MEMS傳感器增長(zhǎng)點(diǎn)。這是為什么呢？

雖然MEMS傳感器早在上世紀(jì)60年代初就已經(jīng)問世，但它真正的興起也只不過有十來年時(shí)間。可以說，當(dāng)年沒有人能夠預(yù)料到MEMS傳感器會(huì)以這種方式爆發(fā)。近年興起的移動(dòng)設(shè)備，即以智能手機(jī)為代表的便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品，包括平板電腦和智能手表、手環(huán)等，為MEMS傳感器提供了廣闊的用武之地。我們的每一部智能手機(jī)都離不開諸如陀螺儀、加速度計(jì)、磁力計(jì)、壓力傳感器、溫度傳感器等MEMS器件，這造就了一個(gè)龐大的MEMS半導(dǎo)體市場(chǎng)。

ST副總裁、MEMS傳感器產(chǎn)品部總經(jīng)理Andrea Onetti先生將移動(dòng)時(shí)代產(chǎn)生的MEMS巨大市場(chǎng)稱作第一波MEMS浪潮，而ST正是這波浪潮的主要受益者之一。然而，ST擔(dān)心這第一波MEMS盛宴的高潮已過。原因有兩個(gè)。首先，全球智能手機(jī)的出貨量已經(jīng)停止增長(zhǎng)，而曾被寄予厚望的可穿戴設(shè)備市場(chǎng)并沒有如期爆發(fā)。其次，新上市的移動(dòng)設(shè)備中并沒有配置更多的MEMS器件。也就是說，移動(dòng)設(shè)備市場(chǎng)已經(jīng)趨近飽和，而且MEMS器件在移動(dòng)設(shè)備中的應(yīng)用也基本飽和，消費(fèi)類MEMS市場(chǎng)規(guī)模不再增長(zhǎng)。更糟糕的也許是，隨著更多供應(yīng)商的加入，消費(fèi)類MEMS器件的利潤(rùn)會(huì)遭受侵蝕。

在這種情況下，作為一家先進(jìn)的MEMS傳感器廠商，ST有必要尋找和培養(yǎng)下一個(gè)MEMS市場(chǎng)增長(zhǎng)點(diǎn)。在Onetti先生看來，智能工業(yè)應(yīng)用將啟動(dòng)大量MEMS傳感器需求，促成下一波MEMS應(yīng)用浪潮。

智能工業(yè)或智能制造，在歐洲稱作“工業(yè)4.0”，中國(guó)稱作“中國(guó)制造2025”。智能工業(yè)是最近特朗普政府挑起的貿(mào)易戰(zhàn)、科技戰(zhàn)的核心戰(zhàn)場(chǎng)，可見該領(lǐng)域的戰(zhàn)略重要性。MEMS傳感器很幸運(yùn)，它又成了場(chǎng)上主力隊(duì)員。因?yàn)橹悄芄I(yè)設(shè)備，包括智能汽車，首先必須能夠隨時(shí)感知自身所處的環(huán)境，所以它們需要各類傳感器。

Onetti先生指出，與消費(fèi)類市場(chǎng)不同的是，工業(yè)傳感器的后裝市場(chǎng)潛力巨大。雖然目前新上市的智能設(shè)備出貨量有限，但現(xiàn)存的工業(yè)設(shè)備數(shù)量龐大，而我們不可能像扔掉舊手機(jī)一樣扔掉這些舊設(shè)備，而是要對(duì)它們進(jìn)行升級(jí)改造。據(jù)他估算，全球潛在的智能工業(yè)設(shè)備市場(chǎng)的總規(guī)模在10億臺(tái)左右。

圖1：既有設(shè)備和新裝設(shè)備通過不同的通信方式實(shí)現(xiàn)智能化

與消費(fèi)類市場(chǎng)相比，工業(yè)市場(chǎng)對(duì)傳感器的要求很不相同。消費(fèi)類市場(chǎng)對(duì)成本和功耗敏感，而對(duì)于壽命和可靠性的要求則不甚苛刻。工業(yè)市場(chǎng)則不同，它對(duì)成本不甚敏感，但對(duì)壽命和可靠性則要求極嚴(yán)。工業(yè)設(shè)備所處的環(huán)境通常十分惡劣，尤其是溫度變化幅度巨大，傳感器的性能需要在變化的環(huán)境中保持穩(wěn)定可靠。還有，工業(yè)設(shè)備的服役時(shí)間往往長(zhǎng)達(dá)十年以上，這要求工業(yè)傳感器經(jīng)久耐用。

此外，當(dāng)同一類傳感器應(yīng)用在不同領(lǐng)域時(shí)，我們對(duì)它的性能要求也可能是不一樣的。Onetti先生舉例說，當(dāng)用于采集人類語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，MEMS麥克風(fēng)的頻率響應(yīng)范圍一般是20Hz至2kHz。但是，當(dāng)它要應(yīng)用在機(jī)器對(duì)機(jī)器（M2M）環(huán)境中時(shí)，我們要求它能夠收集高達(dá)80kHz的音頻信號(hào)。

Onetti先生介紹說，在工業(yè)傳感器領(lǐng)域，ST具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。ST擁有自己的廠房，可以完全控制MEMS產(chǎn)品制造過程，具備研發(fā)、生產(chǎn)和測(cè)試流程完全控制的能力。ST可以針對(duì)工業(yè)市場(chǎng)的特殊要求對(duì)傳感器進(jìn)行精度校準(zhǔn)和性能優(yōu)化，保證產(chǎn)品的可靠性和長(zhǎng)壽命。此外，ST的大規(guī)模產(chǎn)能為穩(wěn)定的供貨提供了保障。Onetti先生強(qiáng)調(diào)，針對(duì)工業(yè)市場(chǎng)的需求，ST已經(jīng)做出了鄭重的承諾：所有在工業(yè)類產(chǎn)品的生命周期超過十年。

ST提供各種類別的MEMS傳感器，包括多種運(yùn)動(dòng)傳感器，以及溫濕度、壓力和聲音傳感器等等。針對(duì)工業(yè)應(yīng)用，ST首先著力于運(yùn)動(dòng)傳感器，比如Onetti先生重點(diǎn)介紹的ST最新高精度傾角計(jì)。

傾角計(jì)的原理是三軸加速度計(jì)。傾角計(jì)早已應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，例如用于貨物搬運(yùn)的叉車。現(xiàn)在，ST提升了傾角計(jì)的精度，使它能夠應(yīng)用到新的場(chǎng)景，例如設(shè)備自動(dòng)安裝。Onetti先生說，這種設(shè)備安裝過程是由電腦自動(dòng)控制的，甚至是遠(yuǎn)程遙控的，它可以知道設(shè)備在安裝的整個(gè)過程中是否符合安裝流程，是否安裝到足夠的精度，以及在安裝過程中遇到了什么異常。要達(dá)到自動(dòng)安裝標(biāo)準(zhǔn)，傾角計(jì)的精度必須很高，而ST最新的IIS3DHHC MEMS傾角計(jì)就可以做到。

圖2：高精度傾角計(jì)可實(shí)現(xiàn)更多應(yīng)用，如設(shè)備自動(dòng)安裝

除了運(yùn)動(dòng)傳感器，ST還在布局其他種類的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MEMS傳感器，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的智能化。Onetti以電機(jī)為例說明了ST的傳感器產(chǎn)品以及ST的其他產(chǎn)品在智能工業(yè)中的應(yīng)用場(chǎng)景。

智能工業(yè)里最常見的是馬達(dá)，馬達(dá)的狀態(tài)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)參數(shù)包括速度、加速度、噪音、角速度、力矩、電流、電壓和溫濕度等環(huán)境因素，這些信息可以告知系統(tǒng)馬達(dá)是否工作正常。常規(guī)的做法是把這些采集到的數(shù)據(jù)傳輸給后臺(tái)的云，讓云來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。但是，工業(yè)馬達(dá)通常24小時(shí)運(yùn)行，它們會(huì)產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)量。如果后臺(tái)的云一直在做滿負(fù)荷的計(jì)算，那么總體成本會(huì)很高昂。ST的做法是，按照不同應(yīng)用的需求量身訂做。用加速傳感器/模塊來檢測(cè)振動(dòng)，用麥克風(fēng)模塊來檢測(cè)噪音，用溫濕度模塊來檢測(cè)溫濕度：不同類別的信息可以通過幾個(gè)傳感器進(jìn)行本地采集，然后在本地的人工智能模塊（local AI）里面進(jìn)行信號(hào)處理，或稱作“預(yù)處理”，即本地化的人工智能判別 （local AI）。如果本地人工智能判斷出異常，即發(fā)現(xiàn)不符合先前定義的工作狀態(tài)、工作表征，則將數(shù)據(jù)上報(bào)到云，而平時(shí)產(chǎn)生的只是小數(shù)據(jù)量。如此則整個(gè)系統(tǒng)就變得相對(duì)精簡(jiǎn)。

圖3：采用各類傳感器和本地人工智能降低設(shè)備監(jiān)測(cè)成本

Onetti最后總結(jié)說，繼消費(fèi)市場(chǎng)之后，工業(yè)市場(chǎng)對(duì)傳感器的需求在快速增長(zhǎng)。工業(yè)市場(chǎng)對(duì)傳感器的要求有所不同，MEMS傳感器必須滿足新的要求。智能工業(yè)需要嚴(yán)苛環(huán)境下的高精度傳感器，而ST可以根據(jù)應(yīng)用需求對(duì)其裁剪。ST能夠提供多種高可靠、長(zhǎng)壽命的傳感器，以迎合新一波自動(dòng)化時(shí)代對(duì)MEMS傳感器的需求。