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单价高达5000元的MEMS IMU高端传感器亟待国产化

2023年12月12日

编辑:Ana Hu

中国出海半导体网

 

据悉,MEMS IMU高端传感器领域或将迎来国产化的新契机。目前该细分领域传感器的技术壁垒高、难度大,单颗芯片的价格更是高达1000元甚至5000元。该市场仍由国际传感器巨头垄断,国产高性能MEMS IMU产品仍然十分稀缺随着人形机器人、自动驾驶等市场的爆发,以及下游华为、比亚迪等国内链主企业的崛起,将对国产传感器产生巨大的增量需求

 

受人形机器人、自动驾驶、国产替代等事件影响,国产传感器产业赛道日益受到资本关注。

在人形机器人、自动驾驶等领域,MEMS智能传感器、激光雷达、毫米波雷达等许多传感器发挥关键作用,国产传感器厂商拥有较大发展空间,今年以来的多家上市传感器企业,几乎都是这些领域的传感器公司,包括了芯动联科、高华科技、禾赛科技、开特股份、安培龙等。

近期,又一条细分传感器赛道受到资本关注,华安证券、财通证券等多家券商出具相关产业报告,认为这将是人形机器人和自动驾驶的下一个风口,新兴市场正在打开成长空间,相关领域的国内传感器企业或迎来机遇成长期!

 

MEMS IMU

“1000元以上单价、价值量高、壁垒高,国产替代空间巨大……”,诸多特征可以推断:MEMS IMU将是人形机器人和自动驾驶的下一个风口。

IMU是惯性定位技术的核心设备,通常包括三个轴向的陀螺仪和加速度计。IMU(Inertial Measurement Unit),即惯性测量单元,是测量物体三轴姿态角(或角速率)及加速度的装置。一个IMU通常包含三个轴向的陀螺仪和三个轴向的加速度计,以测量物体在三维空间中的角速率和加速度。

IMU主要用于自主测量和反馈物体运动速度和角度的变化,并与卫星等其他导航模块形成惯性导航系统、组合惯性系统等,经集成在相关设备中发挥惯性导航、惯性测量和惯性稳控的作用。

三轴加速度传感器是一种基于加速度的基本原理实现的惯性传感器,能够测量空间加速度。陀螺仪用于测量当中的角速度及对角速度积分后角度的计算,是惯性导航系统的核心敏感器件,其测量精度直接影响惯导系统的姿态解算的准确性。

<img src="1702342831-the_imu_sensor_is_a_combination_of_an_accelerometer_and_a_gyroscope.jpg" alt="IMU传感器相当于加速度计和陀螺仪的结合体"/>图1:IMU传感器相当于加速度计和陀螺仪的结合体

 

目前高精度MEMS IMU民用市场,主要应用场景包括高精度自动驾驶以及人形机器人。自动驾驶车辆、人形机器人采用千元以上的高性能MEMS IMU。IMU的价格区间很广,包括几十元的消费级MEMS IMU到几十万元的激光IMU,精度越高价格越贵,而针对自动驾驶车辆、人形机器人的IMU价格至少在千元以上。

MEMS IMU价值量高,未来不得不依靠国产化替代降本;技术壁垒高,竞争对手不容易追赶、盈利能力好。

 图2:IMU精度与对应价格来源:网络

 

自动驾驶达到L3级以及以上,所需要IMU精度需要达到1°/h以内,目前较高精度的MEMS IMU芯片全部依赖于海外进口;人形机器人达到特斯拉Optimus的精度,需要通过增加高精度MEMS IMU数量来达到身体稳定、姿态控制以及头不稳定补偿的效果,因此高性能MEMS IMU芯片国产自主可控的机遇需要提前布局。

假设人形机器人单机需要4个MEMS IMU、自动驾驶L3及以上精度渗透率达到20%、单颗IMU价格按照1000元,我们基于这样的乐观预设,可以预见高性能MEMS IMU市场规模可高达100亿元。目前国产高性能三轴芯片自主可控技术已有突破,放量在即,百亿市场有望迎来爆发。

 

IMU市场逐步拓展,海外企业技术领先

根据Yole Intelligence的数据显示,2021年全球IMU市场空间约为18.3亿美元,IMU行业2022-2027年年均复合增长率将达到7.03%,到2027年,全球IMU市场规模将达到27.92亿美元左右。

 <img src="1702342832-global_imu_sensor_market_size_forecast_from_2018_to_2027.jpg" alt="2018-2027年全球IMU传感器市场规模预测"/>图3:2018-2027年全球IMU传感器市场规模预测(来源:财通证券

 

消费电子、汽车电子、工业控制为MEMS的主要应用领域,预计2018年至2027年期间消这三大领域的市场占MEMS总市场规模的比例一直将在80%以上,其中消费电子占比最高,占比一直保持在50%以上。 

图4:2018-2027年全球MEMS惯性传感器市场结构(来源:财通证券

 

MEMS加速度计、磁力计和IMU的市场持续增长,MEMS陀螺仪的市场呈现逐年萎缩态势,主要原因是独立的MEMS陀螺仪在高端消费电子和汽车电子市场中逐渐被IMU所替代。从全球竞争格局的角度看,目前全球MEMS行业呈现垄断竞争格局,市场份额集中在Honeywell、ADI、Northrop Grumman/Litef等海外行业巨头手中。

国外企业占据我国MEMS惯性传感器主要市场。2022年,中国加速度计市场主要被博世、ST、Murata、NXP占据,其中博世占据28%的市场,国内企业为士兰微、美新半导体、明皜传感、矽睿科技、敏芯股份等。2022年中国陀螺仪市场主要供应商为博世、ST、TDK等,国内企业为深迪半导体、美新半导体、矽睿科技等。而中国MEMS IMU市场集中度更高,博世、ST和TDK、Analog、霍尼韦尔占据93%左右的市场,国产MEMS IMU厂商市场份额几乎可忽略。

 图5:中国MEMS IMU市场前五大企业(来源:财通证券

 

人形机器人与无人驾驶打开成长空间,国内企业或迎来发展良机。我们假设单台人形机器人所需IMU成本为5000元,如果人形机器人销量为100万台,对应市场规模可达到50亿元。无人驾驶车辆一般会使用组合导航,会使用GPS(全球定位系统)和IMU(惯性传感器)两个核心装置。

随着高端汽车制造商在未来10年内向L5级自动驾驶迈进,IMU有望在汽车行业快速放量。国内IMU制造商包括明皜传感(苏州固锝)、芯动联科、华依科技、矽睿科技、深迪半导体、士兰微、美泰科技、星网宇达、理工导航等。随着人形机器人和无人驾驶等新兴市场在中国的快速发展,国内IMU企业有望享受行业发展红利。

 

8家国产MEMS IMU/惯性传感器主要头部厂商

目前,国内MEMS IMU/惯性传感器主要有三类玩家:

  • 高性能MEMS芯片自主可控的半导体公司,如芯动联科、美泰科技、明镐传感(苏州固锝子公司)等,较为稀缺;
  • 本土消费级MEMS龙头,如士兰微、赛微电子等,主要面向消费电子领域,其中赛微电子为MEMS代工企业;
  • Tier 1系统集成商,如华依科技、星网宇达等,主要布局的是模块/系统集成的IMU-惯导系统环节,传感器芯片为外采。

明镐传感:正在IPO中的国产MEMS惯性传感器头部厂商

苏州明皜传感科技股份有限公司成立于2011年,主要从事MEMS传感器的研发、设计和生产,多年入选中国半导体行业协会评选的“中国半导体MEMS十强企业”名单,其主要控股企业为国产二极管龙头苏州固锝。

明皜传感主要产品为加速度计传感器、陀螺仪、压力传感器和磁传感器等,MEMS IMU产品已研发,据明皜传感招股书显示,根据Yole Intelligence的统计数据测算,2021年度公司MEMS加速度计全球市占率2.11%,位列MEMS加速度计厂商的全球第七位;在消费电子领域,公司2021年度MEMS加速度计的销量为0.91亿颗,全球市占率8.96%。目前明皜传感正在上交所科创板IPO中,相关信息参看《这家MEMS传感器企业IPO,小米、比亚迪押注!》

明皜传感计划募资6.2亿元,将投入高性能高可靠性MEMS惯性传感器开发与系统应用等项目,可见未来明皜传感将继续向高性能MEMS惯性传感器进发,实现国产替代。

目前明皜传感已向荣耀、小米、联想、歌尔、三星、谷歌、Comcast等行业知名终端客户批量供货。此外,公司车规级MEMS加速度计已向东软集团批量供货,并已导入比亚迪等汽车级客户。

src="1702342834-minghao_plans_to_raise_620_million_yuan_to_invest_mems_sensors.jpg" alt="名皓传感计划募资6.2亿元投入高性能高可靠性MEMS惯性传感器开发与系统应用"/>图6:名皓传感计划募资6.2亿元投入高性能高可靠性MEMS惯性传感器开发与系统应用(来源:明皜传感招股书)

 

芯动联科:国内少数上市的MEMS陀螺仪企业

安徽芯动联科微系统股份有限公司成立于2012年,主营高性能MEMS惯性传感器,具备MEMS芯片研发设计能力,其掌握了中高精度MEMS惯性传感器(包括IMU)的核心技术,精度指标可达国际一流水平。

2023年6月,芯动联科在上海证券交易所科创板成功上市,是目前中国A股少数的MEMS惯性传感器股票,相关信息参看《安徽首家MEMS传感器上市企业诞生!》

目前芯动联科现有产品MEMS陀螺仪、MEMS加速度计和MEMS IMU,15年研制出第一代高性能MEMS陀螺仪,18年研制出高性能MEMS加速度计并规模化量产,实现了对两大惯性核心器件的产品全覆盖。

凭借高精度MEMS惯性传感器实现国产替代,芯动联科业绩快速增长,据其2023年第三季度报告显示,前三季度公司实现营业收入1.92亿元,同比增长45.27%;实现归母净利润9697.9万元,同比增长52.8%。其中,第三季度净利润5609.25万元,同比增长73.11%。

矽睿科技:具有影响力的国产MEMS传感器龙头企业

上海矽睿科技股份有限公司(QST)成立于2012年,连续多年进入“中国半导体MEMS十强企业”名单,是我国磁传感器、惯性传感器主要厂商之一,《中国传感器发展蓝皮书》评为首批36家具有影响力的传感器企业。当前,矽睿科技正在进行IPO辅导,拟于中国A股上市。

矽睿科技产品拥有完全自主知识产权,包括多款MEMS传感器,如六轴IMU、加速度计、环境传感器、组合传感器等;磁性传感器芯片,如磁力计、磁编码器、电流传感器、霍尔传感器等;及汽车与物联网智能模组和系统。应用市场聚焦智能手机、智能穿戴、物联网、智能制造,汽车电子,并向智慧医疗、元宇宙、与自动驾驶市场演进。其六轴IMU获中国电子信息产业发展研究院授予的2023年“中国芯”市场表现产品奖、2022“中国芯”技术创新产品奖等奖项。

美新半导体:中国最早的MEMS惯性传感器IDM供应商

美新半导体有限公司成立于1999年,拥有二十多年的MEMS传感器研发及生产技术积累,曾于2007年在美国纳斯达克上市,被誉为全球MEMS第一股,是中国较早的IDM模式惯性传感器供应商之一,在测试、封装以及晶圆生产等方面拥有核心竞争力,连续多年进入“中国半导体MEMS十强企业”名单。

2020年美新半导体获得mCube独家授权的惯性传感器芯片技术,全面布局电容式加速度计和陀螺仪领域。目前,美新半导体大规模稳定量产的产品有全球独有的热式加速度计、电容式加速度计、AMR地磁传感器、低功耗霍尔开关和六轴IMU等产品,广泛应用于汽车、工业、医疗、可穿戴、智能家居、消费电子等领域。

深迪半导体:中国首家MEMS陀螺仪设计企业

深迪半导体(绍兴)有限公司成立于2008年,是中国首家研发设计商用消费级和汽车级微机电系统(MEMS)陀螺仪系列惯性传感器的公司,目前其主要产品有六轴IMU、陀螺仪、磁传感器、IMU模块等。

在过往的十五年间,深迪半导体积极自研创新,其突破性的新一代基于微机电系统的陀螺仪惯性传感器,为国产化商用MEMS陀螺仪的新时代开创先河。产品主要应用于IOT,手机智能终端,智能家居,人工智能,工业和智能驾舱等领域,并为客户提供增值算法服务。

 

美泰电子:国产MEMS传感器研发中坚力量

河北美泰电子科技有限公司于2011年挂牌成立,是中国电子科技集团公司(CETC)旗下控股的有限责任公司,连续多年入选“中国半导体MEMS十强企业”名单,是国内最大的MEMS核心芯片、器件和系统产品供应商,中国MEMS技术领导者,是国产MEMS传感器技术研发的中坚力量。

美泰电子主要产品有MEMS惯性器件与系统、MEMS测试测量传感器、MEMS压力传感器芯片、汽车MEMS传感器、射频(RF)MEMS器件、光MEMS器件等。美泰电子一直向比亚迪供应加速度传感器,其MEMS惯性传感器和系统已应用于50多款新能源汽车,美泰电子的两款微电子机械系统(MEMS)核心传感器产品已实现百万量级装车交付,是国内少数达到该量产水平的车规级MEMS传感器厂商。

 

士兰微:主要的国产MEMS传感器IDM厂商

杭州士兰微1997年成立,是国内规模较大的集成电路芯片设计与制造一体(IDM)的企业之一,目前已经具备了在6英寸、8英寸芯片生产线上实现MEMS传感器批量制造的能力,并建立了自己的MEMS封测生产线。

士兰微连续多年入选“中国半导体MEMS十强企业”名单,目前士兰微MEMS传感器产品系列丰富,有:MEMS加速度计、三轴AMR磁传感器、六轴IMU、高性能MEMS麦克风、数字三合一传感器、心率传感器、高性能气压压力传感器等。其中,2022年士兰微MEMS加速度计市场份额在国产厂商中排名第一,占据中国MEMS加速度计市场的9%。

 

敏芯股份:中国MEMS产业拓荒者

敏芯股份成立于2007年,是一家专业从事微电子机械系统传感器研发设计的高新技术企业,主导推动了中国MEMS产业链构建,被赞誉为产业拓荒者,2020年8月登陆上海证券交易所科创板,为中国MEMS芯片第一股。

敏芯股份连续多年入选“中国半导体MEMS十强企业”名单,是国内唯一掌握多品类MEMS芯片设计和制造工艺能力的上市公司,在MEMS传感器芯片设计、晶圆制造、封装和测试等各环节都拥有了自主研发能力和核心技术,同时能够自主设计为MEMS传感器芯片提供信号转化、处理或驱动功能的ASIC芯片,并实现了MEMS传感器全生产环节的国产化。公司目前主要产品线包括MEMS声学传感器、MEMS压力传感器和MEMS惯性传感器。

 

写在最后

MEMS IMU作为一种重要的惯性传感器,在人形机器人、自动驾驶等高精度场景中的应用越来越受到重视。

目前,MEMS IMU传感器属于高端传感器领域,技术壁垒高、难度大,当前该市场领域仍由国际传感器巨头垄断,国产传感器厂商稀少且市场份额十分稀少,这也意味着,国产高性能MEMS IMU产品仍然稀缺,其对应指标与国际厂商同类产品还存在着明显差距。而当前一颗应用于人形机器人的高精度MEMS IMU传感器售价在1,000元以上,甚至可达5,000元以上,国产替代空间巨大。谁能率先抢占这波宏利?就要看谁能在最短时间内交付高质量、平价格的国产可替代产品。

总之,未来随着人形机器人、自动驾驶等市场的爆发,以及下游华为、比亚迪等国内链主企业的崛起,都将对国产传感器产生巨大的增量需求,MEMS IMU等中高端传感器将迎来国产化契机!

 

来源:传感器专家网