人類歷史，從來沒有如此精靈，可以對人的行為了如指掌。手機、腕表、體重計、可穿戴設備等這些產品的背后，都有著不起眼的智能顆粒，可以全天候、全空間地識別人的行為狀態(tài)，全方位地記錄著消費者習慣和邏輯內涵。這是一個看不見的小精靈，卻主宰著人機交互的界面。

這個智能顆粒，就是MEMS微機電系統(tǒng)，它可以看成是一種智能傳感器，深刻地改變了人與大自然交互的局面。MEMS令人耳目一新的地方在于，它帶來了第一款超越人類感官的傳感器。智能手機中，就藏著這個奧秘。早在2012年的iPhone 5，就采用了4個MEMS傳感器。

三星Galaxy S4手機甚至采用了八個MEMS傳感器?，F在高端智能手機，使用數十個MEMS器件也很常見。而最近五年越來越風靡的真無線耳機TWS，背后都是MEMS的貢獻。

而這個領域供應商的江湖，基本算是波瀾不驚。三十家企業(yè)，可以占據整體銷售額的90%。它們基本都是榜單上的老面孔，但卻有著清晰的時代印記。

無聊的江湖，拒絕驚喜

全球MEMS收入在2020年達到1000多億元的市場。三大江湖瓜分走了一切。消費電子拿走了60%、汽車電子20%和工業(yè)占比10%。剩下10%由醫(yī)療、軍工等行業(yè)去分。

圖1 諸神的戰(zhàn)場

圖2 MEMS封神榜的變遷

（Source：以2019年為例，來自Yole）

要了解這個行業(yè)，可以看看十年前和當下，誰是王者。HP已經從第一名跑到后面去了，而博通則異軍突起。這個潛臺詞是意味深長的，那就是桌面計算機時代，向移動互聯網的全面轉身。打印機銷量下降，而打印機噴墨所需要的MEMS傳感器就繼續(xù)下滑，而智能手機的射頻傳感器則急劇放大，這使得博通這樣的供應商想不掙錢都不容易。

整體而言，這是一個無聊的江湖。驚喜并不多。芯片行業(yè)，都在指向大整合。但MEMS傳感器則是一個另類，它拒絕了選擇寡頭壟斷的形態(tài)，而是維持著多元競爭的局面。它大概呈現了兩個大哥帶30個小弟的局面。博通和博世是雙雄大戰(zhàn)，各自以近100億人民幣的收入領先于行業(yè)；

緊隨其后的是，腰斬一半，大概在50億元的中級選手依次向下。他們就像鋼琴的按鍵一樣，連續(xù)而均勻地從高音區(qū)排到低音區(qū)。5億元人民幣的營收，就差不多可以在全球Top30名單上，得到封神一次。

圖3 2018年和2019年MEMS Top 25企業(yè)銷售額

圖4 2019年MEMS Top25 企業(yè)銷售額分布圖

（Source：Statista 2020，南山工業(yè)書院繪制）

MEMS傳感器格局基本跟隨了半導體的腳步，最強的依然是美國，占據大半壁江山。歐洲以大牌廠家如博世、意法、恩智浦等占據一席之地，日本則以多品牌而獨具特色。韓國則意外缺席，而中國靠真無線耳機的麥克風而占據兩席位置。

江湖縱橫，絕代雙雄

要理解MEMS的英雄榜，就要理解MEMS的用途。它完全是靠應用市場的勞動，例如市場份額最大的壓力傳感器，就是得益于在消費品和汽車等的應用，市場占比達到21%，其次是射頻傳感器，主要是智能手機的應用。這就解釋了全球MEMS傳感器中，博通和博世兩家獨大的原因。

但二者領先的原因，則各有不同。

博世以15億美元的收入，多年來一直幾乎不離榜首。它最厲害的地方，就在于在應用市場能夠腳踩多只船。它在消費和汽車市場的表現過于強勁，每輛新車平均包含5個博世MEMS，而全球一半的智能手機至少包含1個博世MEMS。

跟其他廠家多元化的策略不同，博世在這個領域，只提供MEMS傳感器而不提供產品（例如瑞聲在2020年雖然有170億元的收入，但絕大部分都是由耳機而非傳感器貢獻的）。這也讓博世在MEMS業(yè)務上的成功格外耀眼。

博世MEMS傳感器的麻煩，在于有一堆的騷擾者，就像是被一群小髭狗盯上的獅子。如意法半導體，在消費市場上直接競爭的是同類型的設備，即加速計、陀螺儀、壓力和慣性傳感器。但它在汽車市場并不活躍；恩智浦倒是擁有慣性、壓力和磁性傳感器，但也只是在汽車領域吃得開。而博世同時占住了消費電子和汽車領域，還沒有任何一家擁有這樣的實力。

博通本是外來戶。雖然它是芯片巨頭，但在2016年以前，它在MEMS封神榜上啥位置都沒有。2016年生產射頻傳感器總部位于新加坡的AVAGO意外地收購了博通，并將新公司繼續(xù)命名為博通（準確應該叫做新博通）。AVAGO一直在排名前五的位置，這使得2016年排行榜上，博通第一次正式亮相。

而且上來就是亞軍，第二年就是冠軍。這種驚人的市場驅動力是來自智能手機。4G手機開始普及的移動互聯網，大大提高了濾波器的需求量。而射頻傳感器，也就悄然地重寫了MEMS的產業(yè)格局。ST和TI這些Top3的神仙，就是被智能手機粗魯地推搡到后面。而博通則快速躍遷，并在2017年成功挑戰(zhàn)博世，獲得第一名。這個傳感器的獎章，其實是應該發(fā)給智能手機的。

博通的煩惱，是孤獨而犀利的。因為，它正在被一個有著更強加速度的獵豹所追逐。這個獵豹就是美國Qorvo。在RF-MEMS領域，這兩家公司都是同一設備類型的強者。在2016年全球前三十名MEMS公司排名中，Qorvo就呈現了驚人的加速度。受益于射頻前端市場的增長，它的銷售收入從2014年1.5億美元，飆升至2016的6億美元。

剩下的都是混戰(zhàn)

十年前，德州儀器TI和惠普HP占據了頭把交椅。

十年來，最無奈的應該屬于德州儀器。它的MEMS產品營收一直保持在8億美元的水平。銷售額增長乏力，因為數字微鏡是其唯一的MEMS產品，而且微鏡市場也在飽和。TI不得不苦等新市場的成熟，如光通信的光學MEMS開關。

而3D手勢識別、汽車平視頭盔HUD或智能照明等應用，對TI的產品并沒有形成明顯的啟動。這些都是TI的尷尬之處。而它真正的翻身仗還是要靠車載市場，也就是激光雷達。如果微鏡能成功用于激光雷達，那TI的MEMS業(yè)務就可以鷂子大翻身了。

HP是蒼茫夜色下的遲暮英雄。當年它將測量部分從計算機部門分拆后出售，顯然是對于未來的一個誤判。嚴格意義來講，博通是HP的孫公司?；萜盏碾娮硬块T最早開發(fā)了發(fā)光二極管LED顯示器市場，后來進入光纖發(fā)射器、光學鼠標傳感器和其他設備市場。2000年安捷倫Aginlent從HP分家的時候，也帶走了安華高。再到2005年，安華高從安捷倫再次獨立，并被私營資本以27億美元收購，隨后獨立上市，并在10年后收購了博通。

HP當年的出售，似乎是出賣了靈魂。HP高層當時以為只有一個賽道，而個人電腦與打印機家庭裝是王者之道。彼時的德州儀器TI，也呈現了老態(tài)龍鐘的步伐，它的數字處理器沒能搭上液晶LCD平板電視的快船。在2007年，HP以8.5億美元的年MEMS收入，擠掉德州儀器TI，成為行業(yè)老大。

兩個老年人交換了一下位置，但時代已經不等人了。家庭打印機的數量越來越少了。人們開始使用智能手機和平板電腦，而不是打印大量文檔。這期間，金山WPS沒有在桌面市場站穩(wěn)腳跟，但卻在手機閱讀頁面大展身手。WPS的曲線崛起，就是惠普正面跌落的原因。

打印機銷量下降，噴墨頭的需求就會受影響。而這就是HP在MEMS領域跌落的原因。同樣佳能和愛普生，也有同病相憐的意思。大浪之下，波折的就是一個產業(yè)鏈。

意法半導體ST的MEMS業(yè)務，曾經有著輝煌的歷史。當年在東芝推出的“防撞數據保護”筆記本，一時驚艷。當筆記本處于跌落狀態(tài)的時候，MEMS就自動感知和啟動，關閉數據硬盤，從而有效保護數據。這是ST替東芝以及隨后跟進的IBM筆記本所研制的一種場景（該故事被筆者作為“長臂灰度創(chuàng)新”，在《灰度創(chuàng)新》這本書有描述）。

現在，雖然它也一直難以在汽車和工業(yè)MEMS市場有所斬獲，但依然有著一個強大的后臺，蘋果是其最重要的客戶。作為唯一大客戶，這讓它一直處于警惕的狀態(tài)。

Qorvo目前排在第五位，在華為高端手機中，不可缺少的芯片名單就有這個公司。作為一家射頻廠商，它真的是一只初生牛犢，這幾年狂飆猛進。Qorvo是在2015 年，由兩家RF解決方案供應商合并而成，也是有著強烈的國防軍工背景。隨后，趕上了射頻傳感器大發(fā)展。

新鮮面孔，凌厲打法。Qorvo成立后，進行了多次并購，來擴大其產品線。2016年收購物聯網解決方案供應商Green Peak，發(fā)力智能家居、物聯網等；在非射頻產品線中，也在收購一家電源管理和智能電機驅動芯片Active。2019年，Qorvo則收購高性能射頻供應商Cavendish，進一步擴大產品線。

手機正在努力克服小空間下的天線極限，如18:9手機屏，如5G時代正在走向的四天線，都靠這樣的RF射頻傳感器。Qorvo注定要給博通帶來很多麻煩。

剩下的就是兄弟混戰(zhàn)。英飛凌、森薩塔Sensata、日本電裝Denso、安費諾、和邁來芯Melexis等專注于汽車類市場，Alps以及日本旭化成AKM、索尼、村田則主要服務于消費類市場，松下重在工業(yè)領域，霍尼韋爾在工業(yè)和航天軍工。而泰科TE恩智浦NXP在多個市場都有涉足，由于多次收購，泰科的多元化能力大幅度增強。

MEMS市場在過去10多年，最大的變化是來自智能手機和關聯產品如智能耳機。除此之外，還沒有任何一種設備，能夠真正改變MEMS的市場內格局。出乎意外的是，汽車電子雖然崛起，但并沒有為這個市場增加新的面孔。而增強現實AR等雷聲大雨點小，讓人不得不表示失望。

而這是一個賽道引領零部件的產業(yè)。如果零部件跟錯了隊伍，那就是一場災難。這其中唯一的常青樹，就是博世電子。

沒意思的股市

日本電氣化學公司TDK，一直就是電子原材料和元器件的先鋒，昔日錄音機磁帶和電腦磁盤的王者。它現在專注在各種電容器以及傳感器系統(tǒng)。旗下有多個不同品牌，在MEMS領域，至少涉及到到Epcos、Tronics和InvenSense。

2015年前后TDK對于MEMS業(yè)務，可以說是用恍然大悟的信念和老房子著火的決心，一口氣連續(xù)吃下三個公司。先是在2015年12月完成對磁傳感器制造商Micronas的收購后，第二年吃掉了慣性傳感器制造商Tronics，它靈活的代工方式（包括給霍尼韋爾的MEMS代工），使其在眾多市場非?；钴S。

軍火商泰雷茲Thale也是其中一個重要的股東。到了年底，TDK進一步耗費93億人民幣，完成了運動傳感器InvenSense的收購。TDK也因此一舉擠進了蘋果的供應鏈。這之前，蘋果的運動傳感器可是InvenSense一家獨享。只是后來，向來不受獨家供應商制約的蘋果，也增加了另外一個供應商給博世。至此，TDK已經成為MEMS領域重要的存在，成為日本近十個MEMS廠家中的頭牌，力壓松下、電裝和旭化成。

值得關注的是TDK收購的這兩家，分別是在全球第三和第四家上市的MEMS公司。另外一家上市MEMS公司美新，是華人一手創(chuàng)辦，本是前途光明，但卻成為急吼吼的資本犧牲品。2009年成為第一家美國上市之后，也是風光一片。在2016年美新在全球加速度傳感器市場排名在博世，意法半導體等之后，位列全球第四，而地磁傳感器排名在旭化成和雅馬哈之后，位列全球第三。

然而它是苦命的好學生。2012年由于連續(xù)虧損，它被IDG資本相中，完成私有化。隨后，IDG開始證明自己就是傳說中的辣手摧花，MEMS主業(yè)被稀釋。在一系列的拯救、傳鼓接花再傳鼓之后，如今的美新已經被拆成三個公司。而目標則只有一個，那就是迫不及待地上市，最后這次努力的目的地，就是科創(chuàng)板。急功近利的資本，讓好學生本來優(yōu)良的履歷本加上了很多小叉叉。江山似有，容顏不再。

可以說，股市沒有給這些MEMS公司帶來福音。這四家MEMS上市公司，二十年間，無一成功。第一家模擬壓力傳感器MEMSCAP2001年在歐洲證券交易所上市，長期業(yè)績徘徊不前，昔日2000萬美元就是它的大限。2021年第一財季的收入只有區(qū)區(qū)2400萬元人民幣。

沒有油水呀，航空電子和醫(yī)療領域給它提供了勉強吃飽肚子的糧食。第二家美新選擇了直接退市，命運不定。而第三家和第四家，雖長勢喜人卻都成了TDK的打包禮物。這充分顯示了MEMS這個市場的殘酷性，只依靠MEMS的業(yè)務（不管是傳感器，還是擴展到代工）的品牌，基本不具備獨立存活的能力。

異軍突起的中國曲調

傳感器是中國制造的超級短板，令人感慨的是，這塊市場至今缺乏足夠的重視。但在所有的傳感器類別中，MEMS傳感器在局部賽道上，迎來了中國時刻。

MEMS麥克風是近二十年來最耀眼的明星。在2002年樓氏電子量產第一顆MEMS麥克風，微硅晶片取代了振動膜。蘋果在2010年開始在iPhone 4和 iPad 2上使用了MEMS麥克風，成為這個市場發(fā)展的轉折點。借助于蘋果手機和耳機的強勢帶路， MEMS麥克風已經成為一個穩(wěn)定的市場。樓氏電子一馬當先，中國的瑞聲和歌爾也緊隨其后，其他機會則留給了英飛凌、TDK、NJRC等。

中國廠家在MEMS領域取得了令人矚目的突破，這就是歌爾和瑞聲的崛起。歌爾GoerTek受益于語音界面開始受寵的發(fā)展趨勢，包括智能手機和可穿戴設備的麥克風，已經具備在全球市場上與樓氏競爭的潛力。

2013年樓氏達到了30億元人民幣的收入，然后它就像被跳進了一個孫悟空的魔力圓圈，再也沒有能跳出來，直到如今。也就是在這一年，樓氏電子對歌爾發(fā)起知識產權調查，就是從封裝專利開始；而歌爾也迅速反擊，一年之后，雙方不僅握手言和，而且締結了進一步的商務合作關系。中國低成本制造的優(yōu)勢，已經被證明是一種強大的核心競爭力，這是國外企業(yè)也望塵莫及的地方。

瑞聲和歌爾已經證明了追趕成熟市場模式的可行性。在這個真無線TWS耳機高達1500億的市場，中國第二波的挑戰(zhàn)者已經開始入場。既有去年剛剛上市的蘇州敏芯，2020年收入達到了3.3億，也有新銳力量福建西人馬，后者在今年5月剛剛推出MEMS麥克風新品，作為國內采用垂直制造IDM模式經營的一家傳感器企業(yè)，這家公司的創(chuàng)新力很值得期待。

而剛剛融資完畢的通用微GEMES公司，也在躍躍欲試。其設計的高端產品，將委托全球第二大MEMS代工廠——賽微電子旗下的瑞典Silex，后者是中國傳感器領域少見的一次并購。

未來的神諭

想弄清楚MEMS未來的格局，并不容易。作為一個元器件，它無法自己發(fā)力，只能依賴智能產品的發(fā)展。

美國TE似乎想更好地把握住自己的命運，它的方式就是并購。作為全球最大的傳感器和連接器公司，其年收入為130億美元，重點是在交通領域。2014年收購了美國MEAS公司、德國SMI等MEMS傳感器公司。目前在壓力傳感器方面，TE已經表現了咄咄逼人的特性。

雖然在汽車并不突出，但在消費者領域卻位居第三。而在工業(yè)和醫(yī)療領域等更下一點的市場，TE則排在第一位。它在2019年收購了德國FirstSensor，這是化工行業(yè)變壓器最重要的傳感器。這個舉動，極大地刺激了中國儀表制造商。

國內兩大變送器的引領者，重慶川儀和北京遠東羅斯蒙特，命門的鑰匙都轉到美國手里。

MEMS永遠是一頭饑渴的野狼，它的任務就是開拓邊疆。許多企業(yè)也開始行動起來。在振動檢測領域，美國ADI公司正在加速發(fā)展，如高鐵列車軸振動檢測、電力設備運轉，及數控機床的運行狀態(tài)等。而它在無人機領域，結合衛(wèi)星導航是一個新的興奮點。同樣道理，在智能農機也會是一個不錯的戰(zhàn)場。

電子煙也是一個新興市場。數字差壓MEMS傳感器，可以實現電子開關的氣流檢測，這一方面合肥微納、歌爾、蘇州敏芯和上海矽睿等都有布局。這個市場，似乎更多是留給中國。

還有MEMS時鐘領域。領導者是美國SiTime公司，高達90%的市場占有率。作為一種全硅振蕩器，它以高性能和低成本，全面取代傳統(tǒng)石英振蕩器產品。我們需要這樣的計時來干什么？汽車已經證明了自己就是一臺四輪超級計算機。而多樣化的電子裝置，決定了必須有步調一致的心跳系統(tǒng)。

一輛汽車需要多達70個計時設備，大家耳熟能詳的GPS和倒車攝像頭之類的計時設備，其實都只是微不足道的刻度。自動駕駛汽車需要的精確計時，時間需要保持在十億分之一秒?；蛘咴傧胂?，達芬奇手術刀在進行手術的時候，400多個傳感器需要有驚人的一致性。這些，就是MEMS時鐘驚心動魄的那一刻。而Sitime就在這些人類無法觸及的時間刻度里，尋找著自己的市場空間。

MEMS新品就像是田地里漫流的水流，它不斷尋找著最小阻力的方向前進。既然在麥克風領域，已經有諸多公司，如TDK Invenense、英飛凌等，不斷發(fā)布適用于此類語音應用的新型數字MEMS麥克風。而下一步的突破，則就是音箱。

在過去的幾年里，兩家開發(fā)基于MEMS的微音箱（uSound，AudioPixels），正在試圖改變這項回響已久的古老技術。在2020年又有兩家MEMS微音箱初創(chuàng)公司 （Arioso，xMEMS）冒出來，證明了人們對該領域的興趣。也許老品牌博士音箱Bose也該發(fā)抖了。

誰知道呢？全球頂級的音頻巨頭、傳統(tǒng)四大HiFi品牌之首——森海塞爾的消費者業(yè)務部門，就在這個月被出售。收購價格16億元，可是它在2020年營收為20億元。倒貼賣出去了，它就是倒在了全保真耳機TWS的刀下?，F在或許要換成音箱了。

但并不都是可以預測準確的。2002年光開光MEMS傳感器，給人以巨大的希望。日本富士通和奧利巴斯，都熱情洋溢地開發(fā)了取代機械開光的光開光新產品。然而十年之后，這條路走向了死胡同，它被證明意義不大?？梢哉f，捕捉MEMS的未來，并不是一件容易的事情。但衰老的氣息，卻能提前聞到。而博世一定有這種危機感。

汽車電氣化給MEMS產業(yè)帶來的是矛盾的消息。好消息是，電氣化、自動駕駛為MEMS帶來了更大的蛋糕。對于包含內燃機的混合動力汽車HEV，好消息繼續(xù)，畢竟發(fā)動機需要使用多個壓力傳感器。但是對于純電動車，由于沒有內燃機，也沒有了對動力傳動系統(tǒng)傳感器的需求。而汽車動力傳動系統(tǒng)占據了MEMS壓力傳感器總需求量的51%。這意味著領頭羊，如博世、英飛凌和日本電裝，都必須提前剎車換道。

當然還是有很多樂趣有待挖掘，例如邊緣計算帶來了嵌入式智能。博世今年剛發(fā)布了一款適用于可穿戴設備的傳感器產品，內嵌人工智能芯片。還有更緊湊的封裝需要，也許傳感器另外一個類別——圖像傳感器CMOS與MEMS的集成（CMOS-on-MEMS）也會蓬勃發(fā)展。那占據當前全球CMOS一半市場的索尼，就可以坐收漁翁之利了。

小記：智能的預言

MEMS傳感器是注定是一個被動者的角色，它的決勝空間并不能由自己決定。例如德州儀器TI的MEMS傳感器由于局限在消費類投影應用，這讓它多年業(yè)績徘徊不前。它正在等待雷達平視顯示器和智能前照燈這類市場的成熟，才能翻身迎來昔日曾經第一的榮光。等待，是常態(tài)。

即使如此，MEMS傳感器仍然是一種預言，萬物有眼，劇透未來。MEMS廠家的一舉一動，就像是一本關于未來產品的參考書，預示著各種可能的智能之路。

作者簡介

林雪萍：北京聯訊動力咨詢公司總經理，天津大學精儀學院客座教授

編輯：jq