与博世对话消费类MEMS传感器市场和未来
【导读】博世传感器（Bosch Sensortec）在前不久的慕尼黑上海电子展上发布了几款传感器新品，其中有一款颗粒物传感器——据说达到了全球最小，市场同类产品比这颗传感器大了450倍，还是挺让人惊艳的。
借着博世发布的这几款新品的契机，加上我们还特别在慕展上专访了Bosch Sensortec全球战略及市场负责人Sebastien Therond先生，我们来谈谈Bosch Sensortec的市场布局，及消费类传感器产品的发展趋势。
Bosch Sensortec全球战略及市场负责人 Sebastien Therond
博世MEMS传感器是什么水平？
其实在Bosch Sensortec亚太区总裁王宏宇先生于媒体发布会呈现Bosch Sensortec当前的市场地位时，我们还是有些意外的。至少在消费电子和移动设备领域，Bosch Sensortec这两年都超过了意法半导体和TDK，成为MEMS领域年度营收最高的企业——而且是从2019年往后就如此的。
其实从整个博世（Bosch）集团的财报，基本看不到Bosch Sensortec的信息，仅在业务板块介绍的“Mobility Solutions”之下的汽车电子，能够看到提及Bosch Sensortec GmbH。我们翻看了博世几年的财报，Bosch Sensortec的财务核算应该是放在了Mobility Solutions下面，而不是Consumer Goods中的。
这家公司，Bosch Sensortec所用的know-how主要来自汽车微系统技术，以此为基础开发消费电子设备上的传感器。这应该就是该运营主体上级单位是汽车的原因。而Mobility Solutions就是博世旗下最大的盈利业务，，占到整个集团总营收的将近六成。
王宏宇在介绍中也提到了博世传感器（Bosch Sensortec）是2005年成立的，“当时我们看到可以将车用技术应用到消费类，也正是因为消费类MEMS市场的发展。”而博世对于MEMS传感器的研发最初可以追溯到1995年，“当时比较核心的技术是深反应离子刻蚀（Deep Reaction Ion Etching，也被业内称为Bosch process），这个工艺现在也被MEMS行业广泛应用。”
目前Bosch Sensortec提供的传感器产品，主要包含有四类，分别是运动传感器和智能传感器系统、环境传感器、声学微系统、显示解决方案。应用到包括智能手机、耳穿戴设备（所谓的hearables）、可穿戴设备、AR/VR眼镜及头盔、笔记本和平板电脑、机器人与无人机、游戏和电视，以及物联网/白色家电/智能家居。
Sebastien说，Bosch Sensortec目前最强的是运动传感器（motion sensor），包括惯性传感器、压力传感器（尤其liquid resistant-防液体压力传感器）；另外，“我们在气体传感方面也很强”。
“声学对我们而言是个新的领域”——Bosch去年收购了MEMS扬声器厂商Arioso Systems，这对Bosch而言，应该是非常重要的一步——“我们通过收购获得了很棒的技术，产品现在还没有上市”，Sebastien在采访中反复提到了MEMS扬声器产品，言及Arioso的技术很独特，在传感器尺寸、功耗方面很出色，未来大概可以期待一下；此外，王宏宇还提到“显示解决方案”“正在构建”，主要是应用到VR市场上。
“在MEMS行业里，可能博世是唯一一家在消费类和汽车市场表现都很好的企业——正是因为我们有这两个领域的市场经验，可以形成互补。”王宏宇说。
“这包含两方面。其一，我们在不同的垂直领域与客户广泛合作，将我们的解决方案带到市场，基于我们的传感器和不同使用场景去适配。”Sebastien在谈到不同领域的传感器相互借鉴时说，“博世的其他业务部门也在使用我们的传感器。尤其是消费和汽车业务之间，我们在传感器方面有很深入的合作。”
“原本针对汽车安全相关的系统，如气囊、ABS、ESP等，我们开发了MEMS传感器。而2005年Bosch Sensortec的成立就是为了将技术带到消费市场。此后消费市场发展迅猛，有时我们会反过来把消费领域的创新带到汽车上。所以博世能够从不同市场中受益，这也帮助我们Bosch Sensortec进一步提升产品，并应用到不同的用例上。”Sebastien说。
王宏宇也谈到：“底层MEMS设计、工艺、生产，这个团队是同一个团队”，“基础技术、生产工艺是共用的；汽车和消费类传感器是不分开的”。“消费类产品可以给汽车贡献的是量”，比如手机出货量相较汽车是高出很多的，“这些量回馈到技术的完善和提高”，“包括晶圆厂的运营质量，和量都有很大的关系”。
后期消费类MEMS传感器开始“反哺”汽车领域，比如基于消费市场更早出现高集成度的趋势，“汽车也有这样的趋势，就像以前只有两轴陀螺仪，现在自动驾驶需要六轴传感器——这些我们已经在消费产品中做好了准备”；另外还有汽车不同的电子元器件越来越有低功耗需求，“我们在消费类产品上已经积累了很多低功耗设计的经验。”
所以Sebastien总结Bosch在消费电子与移动设备领域MEMS市场成为第一有两个要素，其一是同时立足于消费与汽车市场，我们“在两个不同的市场都有很好的理解，都能做出创新”；其次则在于“和竞争对手相比，Bosch Sensortec专注在传感器上，而不在其他类别的产品上”，“这是我们的核心能力”，则“在传感器层级，我们能够真正理解所有客户的使用场景”，因此也就能够“持续提升性能、缩减尺寸与功耗，提供更好的解决方案”。
从新产品谈MEMS传感器的发展趋势
王宏宇在发布会答记者问环节提到了传感器发展的三大趋势，更高的集成度、尺寸变小、走向低功耗。这几点听起来还是十分理所应当；我们认为，大概还可以加上AI或智能——不过这可能也是走向更高集成度或低功耗的表现。这次发布的几款传感器产品，多少也能够体现这几个趋势。
4款新品中最吸引我们目光的是在博世宣传中、比竞品小450倍的BMV080颗粒物传感器，博世称其为“全球最小的颗粒物传感器”。这类传感器的主要作用是空气质量检测，如测量PM2.5；所以应用场景涵盖了空气净化器、智能温控器等。Sebastien说，由于其尺寸格外小，所以就可以用到可穿戴设备里，比如说智能眼镜——用于本地检测空气质量，给用户提供信息，了解周遭环境情况。
有关尺寸做小，Sebastien解释说主要是因为这款传感器采用了光学方法，“传感器内部有两个二极管，一个发射激光，另一个检测颗粒物的反射；如此就能测量颗粒物浓度”；用光学组件也就避免了传统方法的大尺寸。因此BMV080传感器的结构中没有风扇，也就不会产生噪音；无风扇也就没有积尘，故免维护，测量精度长时间保持同一水准。
据说这种采用光学检测方法的无风扇设计在整个行业里是“独一无二”的；而且博世的宣传资料中也强调其“高性能”，有着精准的测量水平。猜测这颗传感器的成本应该会比传统方案更高，Sebastien提到未来基于产品用量的增加，成本会对应得向现有技术看齐；而且“考虑设备整体成本，小尺寸是有利于节省潜在材料成本的，所以我们认为还是很有吸引力”。
而这次发布的“可编程AI传感器BHI360/BHI380”则应该是能够体现“低功耗”和“更高集成度”趋势的传感器。这款新品本身是IMU——惯性传感器，或者叫运动传感器；这里“可编程”与“AI”主要体现在其中集成了“一颗较小的微控制器”，“在传感器上就能处理数据”，因此能减少系统功耗。
Sebastien认为，为传感器加入数据处理和AI能力，“第一能降低功耗”，“因为不需要去调用功耗更高的AP”；“第二在数据隐私方面有很大优势，因为不需要和云做交互”；此外，“用AI去识别特定的信号，提升了传感器的数据质量，甚至让传感器在应用中的角色变得更重要”；最后，在传感器融合（sensor fusion）的趋势下，不同传感器信号借助于边缘AI，开拓了全新的应用场景。
有关“AI”在这颗传感器上的具体应用，Sebastien举了识别运动类型、行为方式、特定姿势的例子，即模型在学习某种特定的运动模式以后，就能做出识别。“比如肱二头肌训练”，“可穿戴设备因此就能给用户提供更有价值、有关训练类型的信息”。
在这颗传感器的开发上，博世会向客户提供AI模型——应当是个预训练模型。基于博世提供的“自学习AI算法”，“我们把模型基础先做好，交给客户，客户可以根据自己的需要做二次开发，传感器则在某种程度上提升了智能性。”王宏宇谈到。
这两款传感器的应用范围涵盖耳穿戴设备、可穿戴设备、智能手机、平板、智能家居等；Sebastien概括其特性在尺寸小、功耗低。在更具体的应用上，比如空间音频的头部定位——这也是我们与Sebastien对话中，他提到TWS耳机接下来的发展方向；还有前文提到的姿势检测、运动识别等。
还有两款新发布的传感器，分别是防水压力传感器BMP585和基于隧道磁阻的磁力计BMM350。
如Sebastien所说，压力传感器是Bosch Sensortec的强项，BMP585这类产品不止是防水，还能防包括某些腐蚀性液体；超低功耗、精度高——可在水下精准检测厘米级高度变化。王宏宇在发布会上谈到，这款产品“可以用于非常精准的导航”，另外还有测量身体位置变化，“比如俯卧撑、引体向上——身体在动的时候，传感器可以测出压力差”，也就实现了更好的身体跟踪，可应用于运动健康。
而BMM350磁力计的特点是“非常小”，封装尺寸在1.28x1.28x0.6mm，不仅适用于电动车、两轮车，也可用于可穿戴、耳穿戴设备，包括VR眼镜等应用。王宏宇介绍说BMM350在经过重新设计以后，特定场景下功耗降到了过去的1/20；另外它在噪声方面有优势，相较BMM150性能提高近70%，噪声降到1/3，灵敏度提升将近4倍。将其用于AR/VR头戴设备的头部定位、追踪，基于系统更低的延迟，就能显著降低可能存在的眩晕感。
博世的中国市场和未来
上述四款产品大致上，应该能够佐证博世眼中MEMS传感器的发展趋势。在这些趋势和市场需求的带动下，即便当下正处在消费电子市场的低谷，Sebastien也仍旧认为今年下半年开始，市场已经释放出恢复的信号；加上社会数字化、可持续发展与低碳大趋势，以及IoT、自动驾驶等在内的市场热点，“这些都会驱动传感器中长期的市场需求”。
Sebastien给出的数据是，根据研究机构预测，预计到2027年，全球AIoT市场规模达到837亿美元，从统计年份到2027年的CAGR将近40%。近些年，博世2018年开始建设德雷斯顿（Dresden）的12寸晶圆厂以后，2022年又开始扩建罗伊特林根（Reutlingen）的晶圆厂；另外自本世纪初开始相继在哈特万（Hatvan）、罗伊特林根、苏州、槟城建立成品测试中心，都表现出对于行业未来的信心。
而中国市场，“在未来智能设备发展上会扮演非常重要的角色”。Sebastien援引了国际电子商情的预测数据，中国当前已经是全球最大的智能家居市场消费国。虽然我们不清楚中国市场当前在Bosch Sensortec营收的占比是多少，不过从整个博世集团的角度来看，财报列出了中国区的营收：2022年博世集团882.01亿欧元，中国区的销售额达到175.80亿欧元，仅次于博世德国本土销售额。
王宏宇说，2022年博世在中国的研发费用达到了100亿元人民币，过去10年的累计投资是500亿元。这还是比较能够说明博世对中国市场的态度的——当然这个数字应当不仅限于消费类传感器产品。“国内几个大品类的厂家，都是我们常年的合作伙伴，未来合作还会继续加强。”王宏宇说，“除了主芯片厂，我们也和更多生态伙伴开展深入合作，把AIoT市场做大、做强。”典型的合作像是和润和软件共同打造的DAYU200开发板。
Sebastien在列举传感器应用场景的例子时提到和国内智能鞋公司“微队”合作推出搭载BMI270惯性传感器的足球鞋套件，用于记录运动员踢球的各种参数数据，以做更进一步的分析。“对于理解各种未来的IoT新型应用场景，中国是很关键的市场。”Sebastien说，“我上次来中国是2018年，这次过来才几天就看到很多东西都不一样了。”“对我们来说，理解这些改变，以及用户的需要，市场上又有了什么样的新方案，这都非常重要。”
“这是个巨大的市场”，“我们相信这个市场长期对传感器解决方案仍然有着巨大需求。所以我们期望和中国客户走得更近，与中国的合作伙伴共同扩展AIoT生态系统。因为我们相信，支持中国的发展，并且能够成为创新的组成部分、给中国市场带来所需的解决方案，这会是最佳方式。”
本文转载自电子工程专辑，作者黄烨锋
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