C919大型客機是我國首次按照國際通行適航標準自行研制、具有自主知識產權的噴氣式干線客機,在2007年立項,并于2017年首飛。資料顯示,C919的國產化率大概在5~6成,其中,航電、電氣系統60%需要進口,航空發動機則是100%依賴進口。
在C919上,多項國產高科技獲得突破,舉個例子,在傳感器領域,國產舵面測量系統首次應用在國產大飛機上,該飛控舵面測量系統采用最新多節點姿態解算傳感技術,核心是具有自主知識產權的國產高精度軸角傳感器。
2020年,據中國儀器儀表行業協會傳感器分會等四家中國傳感器產業權威機構聯合發布的《中國傳感器(技術、產業)發展藍皮書》顯示,“國內中高端傳感器進口占比達 80%,傳感器芯片進口更是達90%,國產化缺口巨大”,中國傳感器產業“卡脖子”現象嚴重,亟需重視。
2021年,“十四五”規劃發布,傳感器產業的發展被寫入規劃中,將傳感器與高端芯片、操作系統、人工智能關鍵算法并列,作為我國建設數字經濟的關鍵領域;將智能傳感器重要制造技術——MEMS(微機電系統)工藝,寫入【科技前沿領域攻關】技術項目中。
▲來源:“十四五”規劃
近幾年,我國傳感器產業得到快速發展,多項技術取得突破。據中國傳感器產業專家郭源生教授介紹“我國傳感器進口比例正在同比例下降,目前約67%左右依賴進口。但如果從國產傳感器創新能力來看,目前還沒有顯現出來或者說仍有較大的提升空間。”
然而,高科技產業的突破并非一蹴而就的,中國傳感器科技的發展,也基于過去數十年來國產傳感器技術發展的積累。
譬如上文中,C919大飛機用到的國產舵面測量系統和高精度軸角傳感器,來自于無錫北微傳感,北微傳感成立于2010年,在中國微電子專家王陽元院士的支持下成立。北微傳感是北大微電子的縮寫,北京大學微電子學系最早可以追溯到1956年,由著名物理學家黃昆院士領導創建的我國第一個半導體專業。
除了舵面測量系統和軸角傳感器,北微傳感的高精度傾角傳感器也應用在C919飛機生產組裝過程中,用于測量地基變化、溫度變化以及工裝骨架的應力變化等信息。北微傳感的高精度傾角傳感器打破了國外壟斷、填補國內空白,全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭——朱雀二號遙二液氧甲烷運載火箭,也應用了北微傳感的高精度傾角傳感器。
15年積累,多項傳感器技術突破,國內領先的MEMS研發平臺,中國物聯網&傳感器產業高地
現代科學中,任何一種高科技技術的突破,依賴于產業鏈上下游的協力。北微傳感所處的無錫,正是中國物聯網&傳感器產業高地。
2023年,九三學社江蘇省委提出“關于加快推進智能傳感系統產業集群發展的提案”,江蘇省工信廳回復函中,細數近年來江蘇省在傳感器產業獲得的成就,特別提到:
“在微機電系統(MEMS)芯片設計、集成封裝及數據融合、傳感網絡節點研發等領域具有比較優勢,我省企業自主研發設計的慣性導航系統、超低功耗無線傾角傳感器、光通信無源芯片等產品打破國外壟斷、填補國內空白。無錫美新半導體加速度、磁傳感等MEMS傳感器件技術水平均進入國際先進行列。蘇州明皓科技是全球除德州儀器外,唯一掌握MEMS與CMOS集成工藝的傳感器生產企業,常州森薩塔科技全球領先研發機構,其車用壓力傳感器的技術水平和市場占有率均處于全球第一。”
其中,特別提及的慣性導航系統、超低功耗無線傾角傳感器、光通信無源芯片等打破國外壟斷、填補國內空白的產品,即來自于無錫傳感器產業鏈的突破。
譬如,光通信無源芯片的突破,由上海交通大學無錫光子芯片研究院建設的國內首條光子芯片中試線在今年9月份宣布正式啟用,預計年產能達10000片晶圓,標志著我國光子芯片步入產業化快車道——該成果獲得新華網、央視網廣泛報道和業界關注。
光芯片是一種集成光學器件和電子器件功能的微型芯片,通過電光轉換實現高速信息傳輸,該條光子芯片中試線的投入使用,將推動量子計算機、通用光子處理器、三維光互連芯片和高精密飛秒激光直寫機等變革性技術落地轉化,加速打造以光子芯片底層技術為驅動,帶動量子計算、人工智能、光通信、光互連、激光雷達(LiDAR)、成像與顯示、智能傳感等新一代光子科技產業集群的發展。
資料顯示,2023年,無錫智能傳感器核心企業達到93家,共實現營業收入286.7億元、同比增長8.8%,涵蓋傳感器研發、設計、制造、封測、模組系統、軟件算法等全產業鏈條。
無錫為什么能取得眾多傳感器技術的突破?
以MEMS芯片產線為例,智能傳感器的核心制造技術依賴于MEMS工藝,MEMS(微機電系統)工藝也被十四五規劃寫入【科技前沿領域攻關】技術項目中。
在無錫,華潤上華、海辰半導體等企業已具備從中試到規模量產的全鏈條MEMS芯片生產服務能力,此外,無錫還具有先進感知研發中心、泰爾實驗室等MEMS特色工藝研發平臺。
華潤上華是華潤微電子旗下從事開放式晶圓代工業務的專業公司,華潤微是中國半導體MEMS十強企業,據2023年最新數據顯示,華潤微MEMS傳感器等器件銷售額位列中國第二,僅次于歌爾微。相關信息參看《2024年度最新中國MEMS 10強企業名單公布!》
華潤微擁有3條6英寸線,其中MEMS產線是國內規模最大的與CMOS生產線兼容的MEMS傳感器量產生產線,具有國內領先水平的 MEMS 表面和體硅加工技術,用于制造壓力、硅麥克風、光電、溫濕度等MEMS傳感器。此外,華潤微電子8吋MEMS的3000片/月產能擴充已經完成,并投入使用。光電及MEMS麥克風工藝平臺從6英寸升級到8英寸。
MEMS產線/中試線的建設,對拉動地方智能傳感器產業的發展具有重要意義,這也是近幾年中國高度重視傳感器產業發展下,各地方紛紛建設MEMS中試線/量產線盛況的原因。
與無錫臨近的城市常州,也在2015年提出打造“中國國際傳感谷”,建設傳感小鎮,但由于常州并沒有建設支撐MEMS傳感器發展的核心研發中試平臺,而成為一個普通的招商產業園,現在已經鮮為人知了。
無錫傳感器產業的發展,與地方前瞻性的正確政策相關,是多年發展積累下厚積薄發的突破。
無錫被認為是中國物聯網的發軔地和示范市,有“物聯網之都”的美譽,無錫亦是中國智能傳感器產業高地。早在2009年,時任總理視察無錫時提出在無錫建立“感知中國”中心,同年11月國家批準建設“無錫國家傳感網創新示范區”——這是我國唯一的國家級傳感網創新示范區。
此后,無錫聚焦物聯網及傳感器產業,圍繞上下游打造了一條完善的產業鏈。
2016年開始,無錫舉辦世界物聯網博覽會,如今已連續成功舉辦八屆,累計參與國家和地區超50個,參會和觀展的人數突破110萬人,簽約和帶動落地的重大項目近1000項,新增物聯網領域投資額超3000億元。
2022年至今,無錫提出聚焦智能傳感器、車聯網和工業互聯網“一感兩網”,發展物聯網產業。
據介紹,目前無錫已聚集物聯網及傳感器各領域企業超3500家,產業鏈各環節企業培育成績突出,包括專精特新“小巨人”企業60家、制造業單項冠軍13家,江蘇省級隱形冠軍和專精特新中小企業76家,上市企業83家。
值得一提的是,來自無錫的華潤微和美新半導體,連續多年進入“中國半導體MEMS十強企業”名單,該名單由中國半導體行業協會MEMS分會根據行業季度統計報表及各地方協會統計數據評選出,是目前國內最權威的MEMS企業排名,某種程度上代表現在中國MEMS領域實力最強的10家頭部企業。
在中國MEMS十強中,僅有4家MEMS傳感器企業是IDM公司——擁有自主的MEMS芯片產線,而華潤微、美新半導體正是其中2家——可見無錫MEMS智能傳感器產業鏈的完整及自主研發能力的強悍。
據我國權威咨詢機構賽迪顧問在今年5月份發布的《2024中國MEMS產業發展與十大高質量傳感器園區報告》顯示,無錫國家高新區連續多年進入中國MEMS傳感器十大園區名單,并且連續三年蟬聯全國第三。
15年持續在物聯網及傳感器領域的投入和積累,是無錫今天物聯網產業全面繁榮的基礎。
▲來源:賽迪顧問
物聯網產值4511.6億元,不容忽視的中國芯片第二城!推動無錫建設中國物聯網傳感器產業高地
現代高科技產業是多學科交融的 ,智能傳感器、物聯網、車聯網等與集成電路芯片產業息息相關。
如果說中國芯片第一城是那個城市?那么業內人士必然脫口而出——上海!
那么,中國芯片第二城呢?
許多人不知道,那就是無錫。
統計資料顯示,2023年無錫集成電路規上產業產值達到2400億,居江蘇省第一、全國第二,其中,設計、制造、封測“核心三業”規模約占全省1/2、全國1/8。無錫是全國唯一擁有集成電路全產業鏈的地級市:
設計環節,無錫坐擁卓勝微、中科芯、湯谷智能等一大批掌握核心技術的頭部公司;制造環節,全省10大晶圓制造企業有7家都在無錫,包括SK海力士、華潤微電子、華虹半導體、海辰半導體、江陰新順、中微晶圓和東晨電子;封測環節,全省10大企業有4家在無錫,包括長電科技、全訊射頻、海太半導體和盛合晶微……
其中,華潤微電子是中國半導體MEMS十強企業,海辰半導體擁有HV CMOS、CIS(圖像傳感器)、BCDMOS、LOGIC、eNVM、MEMS制造能力,工藝節點從90納米到350納米。華虹半導體是中國最大的特色工藝晶圓代工廠,是國內多家頭部傳感器企業主要的傳感器芯片代工商,其客戶包括中國第二大圖像傳感器企業格科微,中國最大的MEMS聲學傳感器芯片企業敏芯股份等公司。
中國第一塊6英寸芯片,即誕生在無錫。
1986年,無錫華晶集團(原742廠)生產了我國首片6英寸晶圓,在中國集成電路產業發展初期,許多微電子人才來自無錫,因此,無錫也被許多媒體稱為中國集成電路產業的“黃埔軍校”。
2002年,華潤集團收購華晶集團,改組形成今天的華潤微電子,從事晶圓代工及制造業務。
上世紀60年代的無錫江南無線電器材廠,是無錫集成電路領軍企業華晶和華潤微的前身。
2006年,無錫開始進行產業轉型升級,結合無錫在集成電路領域的優勢,無錫前瞻性的注意到集成電路產業與物聯網產業的聯系,以及未來物聯網產業的發展潛力,決定發展微納傳感網產業,并建立國內第一座“微納傳感國際創新園”——這可以說是如今中國遍地開花的傳感器產業園的雛形。
傳感器是物聯網的核心感知器件,而MEMS等芯片技術則是智能傳感器的核心制造工藝,無錫以具有優勢的集成電路基礎,打造中國物聯網&傳感器產業高地。
2023年,無錫物聯網全口徑產業規模達4511.6億元、同比增長13.2%,無錫鎖定智能傳感器、工業互聯網、車聯網“一感兩網”三大領域。具體來看,智能傳感器產業鏈營收286.7億元、同比增長8.8%,車聯網產業鏈營收233.9億元,同比增長18.65%,工業互聯網產業鏈營收388.9億元、同比增長18.1%。
在車聯網領域,無錫建設了全國首個國家級車聯網先導區,聚焦C-V2X技術路徑,推進C-V2X規模覆蓋,江蘇(無錫)國家級車聯網先導區建設邁入深水區,2024年成功入選全國首批智能網聯汽車“車路云一體化”應用試點城市,有望成為全國城市級建設運營的標桿。
結語
C919大飛機作為“工業明珠”,涉及高科技技術眾多、產業鏈遍布全球,有資深專家認為,世界上沒有任何一個國家能夠單獨憑一國之力建造大型客機,可見大飛機制造難度之高。
隨著我國科技的發展,近幾年C919大飛機、航空母艦等眾多國之重器工程落地,這依賴于我國過去數十年來的技術積累。
無錫作為我國物聯網及傳感器產業高地,歷經15年的積累,在深厚的集成電路基礎上發展物聯網產業,才獲得今天眾多突破性的傳感器技術成果,支撐我國大飛機、火箭等國之重器的建設。
隨著我國的產業升級,未來無錫等“耐心型”城市將在我國傳感器等科技產業上發揮更重要作用。
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