ST MEMS發(fā)展20年：下一次機(jī)會在汽車和工業(yè)

 MEMS，全稱Micro Electromechanical System，即微機(jī)電系統(tǒng)，一個(gè)也就指甲蓋般大小的東西你很難想象到它在你的生活中扮演著如此重要的角色，但事實(shí)卻是不容置辯的。

就拿華為手機(jī)來說，Mate9、P10、P10 plus甚至是最新出的mate10，如果經(jīng)過專業(yè)人士拆解都能看到里面有用到ST的MEMS產(chǎn)品，如壓力傳感器和六軸慣性模塊、加速度和陀螺儀等，這些對于一個(gè)手機(jī)功能的良好運(yùn)行都起著關(guān)鍵的作用。還有愛玩游戲的人都知道任天堂，但你肯定也想不到它里面也用到了ST的MEMS產(chǎn)品。

在過去的十幾年中，MEMS在你看得見或者看不見的角落里默默改變著我們的生活，也默默推動(dòng)者消費(fèi)類市場的發(fā)展，特別是在手機(jī)應(yīng)用、手持式產(chǎn)品。

“但是，一個(gè)市場不可能持續(xù)地高速發(fā)展，對于消費(fèi)類市場，對于MEMS行業(yè)，在過去兩三年里的增長速度沒有以前那么大，但它的基數(shù)還是很大的。借助近幾年非常熱門的主題——物聯(lián)網(wǎng)、智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)，我們看到了MEMS的下一個(gè)發(fā)展機(jī)會。”意法半導(dǎo)體大中華暨南亞區(qū)模擬和MEMS產(chǎn)品部市場總監(jiān)吳衛(wèi)東說到。10月17日，ST在MEMS傳感器的新聞發(fā)布會，給21ic記者帶來了“MEMS的下一次發(fā)展機(jī)會”分享。

MEMS的發(fā)展是一個(gè)行業(yè)的輪回，更是一次技術(shù)的飛躍

對于MEMS的發(fā)展，ST喜歡用陰陽圖來表達(dá)它的概念。吳衛(wèi)東說到，“MEM的發(fā)展就像是一個(gè)輪回，MEMS & sensors其實(shí)是從Actuator(致動(dòng)器)開始的。從行業(yè)來看是從汽車和工業(yè)開始的，但真正推波助瀾的是消費(fèi)類。而且這個(gè)發(fā)展過去經(jīng)歷了差不多十年，也是因?yàn)檫@十年，讓整個(gè)行業(yè)和大眾都知道了MEMS技術(shù)。以前MEMS在工業(yè)、汽車領(lǐng)域，甚至在一些國防行業(yè)就已經(jīng)有所應(yīng)用，但那時(shí)候的技術(shù)太高精尖了，它的生產(chǎn)和應(yīng)用都有挑戰(zhàn)，所以一直局限在小規(guī)模、特定的領(lǐng)域里。而現(xiàn)在我們看到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、汽車都要連起來，甚至幾年之后會有上百億個(gè)節(jié)點(diǎn)要連起來。把這些節(jié)點(diǎn)連起來干什么?是為了要有信息，這些信息的源頭就是sensor。所以，我們看到了MEMS在這一領(lǐng)域里又是新興的東西。從汽車電子、工業(yè)控制，我們看到了很多林林總總的機(jī)會，從單個(gè)機(jī)會來講，它的數(shù)量在上百萬，但它的門類、種類可能上百、上千的，所以這個(gè)市場又讓我們看到了未來幾年非常蓬勃、非常有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域。”

工業(yè)和汽車，它和消費(fèi)類完全不一樣的是，工業(yè)和汽車一定要有RF射頻的連接，而且RF射頻的連接，它的門檻還是比較高的。ST有信心做好IoT的原因是，ST可以提供整套解決方案，可以和合作伙伴把所有的sensor都連接起來，把sensor的數(shù)據(jù)有效、有質(zhì)量地傳到后臺去。這對很多客戶和應(yīng)用來講，這樣一步到位的解決方案，今天市場上只有為數(shù)不多的半導(dǎo)體供應(yīng)商可以做到。

對于整個(gè)行業(yè)，亦或是ST來說，MEMS在消費(fèi)領(lǐng)域高速成長已經(jīng)過去。今天的任何消費(fèi)類產(chǎn)品，當(dāng)產(chǎn)品在性能提升的同時(shí)會碰到挑戰(zhàn)，市場的要求越來越苛刻，性價(jià)比變成更加重要的前提。怎么樣在客戶端持續(xù)地讓產(chǎn)品有吸引力?吳衛(wèi)東提到了重要的三點(diǎn)：

1、ST在MEMS產(chǎn)品里也是提供多元化的產(chǎn)品，如果把每一個(gè)類別的MEMS產(chǎn)品比作一塊磚的話，ST這堵墻是壘得最高的，ST有MEMS & sensor。針對不同的產(chǎn)品系列，客戶有什么受惠?第一，客戶可以從ST這邊拿到所有他所需要的;第二，真正在應(yīng)用層面，有的傳感器需要組合應(yīng)用，即硬件上和軟件上的組合，不同參數(shù)上的組合，ST可以給到客戶更完整的方案。

2、OIS model，大家一提到手機(jī)就會說到防抖，防抖有物理和光學(xué)防抖，有光學(xué)防抖傳感器才能達(dá)到好的效果。華為發(fā)布的幾款手機(jī)里都有類似的功能在里面。六軸的慣性模塊，除了手機(jī)、智能眼鏡等并未在市場上大范圍普及，但我相信這個(gè)行業(yè)所帶來的應(yīng)用遲早會進(jìn)入到日常生活。當(dāng)我們每天使用這類產(chǎn)品時(shí)碰到的挑戰(zhàn)就是功耗，而ST的sensor就能很好地解決這一問題。

3、高度計(jì)、壓力傳感器，目前在手機(jī)里加入高度計(jì)的應(yīng)用只有幾個(gè)，如導(dǎo)航，計(jì)步器。在美國有規(guī)定，2019年之后你的手機(jī)必須有壓力計(jì)，這樣你的手機(jī)在某些應(yīng)急情況下，可以告訴后臺你在什么樣的高度。

ST MEMS如何應(yīng)對汽車和工業(yè)發(fā)展?

目前在非安全性方面，因?yàn)橐O(shè)計(jì)汽車是漫長的過程，因?yàn)樗?jīng)過對市場認(rèn)證。在這一塊ST已經(jīng)得到了很好的市場認(rèn)可，有60%的市場份額。安全氣囊上，ST和國內(nèi)的一些公司做產(chǎn)品開發(fā)，做后續(xù)合作。未來ST會在主動(dòng)安全和自動(dòng)駕駛會涉及到要求更高一點(diǎn)的產(chǎn)品去開發(fā)。

ST有ADAS系統(tǒng)、整體解決方案，作為MEMS sensor的組成部分，ST提供MEMS解決方案;包括雷達(dá)，有一些合作伙伴也借助我們的Actuator技術(shù)和ST的汽車部門進(jìn)行合作開發(fā)。

工業(yè)方面要解決的是距離和功耗。用什么樣的解決方案? RF既可以解決長距離，用Sub-1GHz，也可以用短距離BLE。在距離和傳輸方面，至今還沒有完整成熟的供應(yīng)鏈體系，大家稱其為小眾市場。但這個(gè)市場整體的體量其實(shí)很大。在高效性和安全性，因?yàn)樯婕暗焦I(yè)，不像有些消費(fèi)類的產(chǎn)品不能用就不能用了，一套工業(yè)設(shè)備，不單單是這個(gè)設(shè)備壞了，它帶來的后果是非常嚴(yán)重、損失也是非常大的。

目前ST有個(gè)產(chǎn)品，它的測距是用激光的，也是個(gè)傳感器，而且還是手持的，但精度已經(jīng)可以達(dá)到相應(yīng)的認(rèn)證，產(chǎn)品具備防跌感測。

智慧工業(yè)是在現(xiàn)有產(chǎn)品上附加一些傳感器達(dá)到智能化，附加一些連接的技術(shù)達(dá)到物聯(lián)。

ST還有加速度傳感和傾角的檢測，在計(jì)算面積、直線距離，通過這個(gè)sensor的信號就可以實(shí)現(xiàn)一步到位，無需人工檢測，這也是個(gè)多用途的產(chǎn)品。

消費(fèi)類市場更新得很快，差不多6個(gè)月就會有新一代產(chǎn)品。在工業(yè)和汽車類領(lǐng)域，ST承諾客戶，保證產(chǎn)品的市場供應(yīng)時(shí)間超過10年。

除了所有硬件之外，ST有完整的軟件解決方案，ST的開發(fā)套件可以自己去開發(fā)，另一種呈現(xiàn)形式是放在STM32開發(fā)平臺上，只要你知道你想要什么，拿著ST的開發(fā)套件去實(shí)現(xiàn)你的功能，最后再把這個(gè)方案移植在自己的平臺和產(chǎn)品上。

打造高精度傳感器

吳衛(wèi)東認(rèn)為，高性能取決于應(yīng)用的需求。就比如汽車應(yīng)用里，汽車導(dǎo)航有GPS，為什么還要用MEMS sensor和慣性傳感器?這是因?yàn)镚PS并不是無處不在，GPS的信號有強(qiáng)有弱，MEMS sensor做這個(gè)功能能夠輔助GPS，覆蓋GPS的盲區(qū)，在這種情形下，sensor就要有好的精度。

怎樣才算是好的精度?“整個(gè)系統(tǒng)的精度要達(dá)到米的級別，也就是至少車子、行人在你自己看得到的地方。這個(gè)米的級別并不是一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，是累積的，因?yàn)閟ensor的挑戰(zhàn)是會隨溫度、時(shí)間漂移，有很多參數(shù)影響它，你對sensor要有很好的控制。”吳衛(wèi)東跟21i記者談到他的理解。

但是提高M(jìn)EMS sensor的精度，既容易也不容易，如果不考慮功耗的話，是可以做得到，因?yàn)楣牡奶嵘?，?jì)算能力和推動(dòng)力都可以做得更大。目前的挑戰(zhàn)是，這些東西還是應(yīng)用在消費(fèi)類還可以，但是如果應(yīng)用到工業(yè)類，對功耗是非常顧慮的。

從原理來講，有個(gè)著名的參數(shù)叫阿倫方差(阿倫是位數(shù)學(xué)家)，做sensor產(chǎn)品時(shí)有一些物理的局限性不可規(guī)避。sensor里一部分是機(jī)械結(jié)構(gòu)，通俗來說就是它會老化，隨著溫度會有溫度的變化，隨著時(shí)間會有時(shí)間的變化。這些參數(shù)解釋成電子的術(shù)語就是背景噪聲、白色噪聲或者不穩(wěn)定，隨機(jī)的走動(dòng)，控制的方法要用生產(chǎn)或者矯正的方法來做。

傳感器精度有三個(gè)重要參數(shù)：噪聲、穩(wěn)定性和誤差。而ST在消費(fèi)類產(chǎn)品的測試和校準(zhǔn)方面有豐富的經(jīng)驗(yàn)，甚至是很多專利技術(shù)的積累，這些都可以用到未來的汽車和工業(yè)領(lǐng)域。

截至目前，ST MEM產(chǎn)品已經(jīng)出貨超過130億片，但是，“未來，真正支撐整個(gè)行業(yè)再次蓬勃發(fā)展的是從消費(fèi)類持續(xù)增長拓展到工業(yè)類和汽車類。MEMS &sensor的延伸，在物聯(lián)網(wǎng)、射頻方面。ST可以提供短距離和中長距離，中長距離Sub-1GHz可以達(dá)到幾十公里的速度，對于智慧城市的應(yīng)用可以達(dá)到全覆蓋。”吳衛(wèi)東這樣說到。