作为Fabless100系列分析报告的重要组成部分,AspenCore分析师团队于2022年发布了《60 家国产传感器芯片厂商调查统计报告》,得到了电子和IC设计工程师及业界朋友的极大肯定和支持。2023年,传感器行业和国产传感器芯片厂商也经历了巨大变化。我们在原报告基础上,参考行业权威调研机构的传感器市场数据,汇总整理出2024版《Top 80国产传感器(Sensor)芯片厂商调研分析报告》,希望为业界朋友展现出最新传感器技术和应用发展趋势,以及国产传感器芯片厂商的市场竞争实力。

Part One:报告要点简述(Executive Summary)

Part Two:传感器芯片分类和介绍(Introduction)

  • CMOS图像传感器(CIS)
  • 屏显识别传感器:指纹识别、超声波识别、ToF识别、3D视觉
  • 激光类传感器:激光雷达、激光器芯片、硅光芯片
  • MEMS传感器:硅麦、MEMS压力/温度/湿度传感器、惯性传感器、MEMS加速度计/陀螺仪、声学MEMS
  • 环境传感器:气体传感器、压力/温度/湿度传感器

Part Three:传感器市场现状及未来增长趋势(Market Trend)

  • 全球主要类别传感器市场预测
  • 中国主要类别传感器市场预测

Part Four:传感器最新技术趋势(New Technologies)(点击链接进入新的页面)

  • 智能传感器
  • MEMS
  • 激光雷达
  • EVS传感器

Part Five:传感器新兴应用及方案(Application Solutions)(点击链接进入新的页面)

  • AIoT应用
  • ADAS/自动驾驶
  • 智能安防

Part Six:国产传感器厂商综合排名及对比分析(点击链接进入新的页面)

  • Fabless100排行榜之Top 10传感器公司
  • 传感器类上市公司对比分析

Part Seven:Top 80国产传感器芯片厂商信息汇总(点击链接进入新的页面)

  • 国产传感器芯片厂商基本信息统计表
  • 厂商画像:公司简介、核心技术、主要产品、应用方案、市场竞争力

Part One:报告要点简述(Executive Summary)

作为Fabless100系列分析报告的重要组成部分,AspenCore分析师团队于2022年发布了《60 家国产传感器芯片厂商调查统计报告》,得到了电子和IC设计工程师及业界朋友的极大肯定和支持。2023年,传感器行业和国产传感器芯片厂商也经历了巨大变化。我们在原报告基础上,参考行业权威调研机构的传感器市场数据,汇总整理出2024版《Top 80国产传感器(Sensor)芯片厂商调研分析报告》,希望为业界朋友展现出最新传感器技术和应用发展趋势,以及国产传感器芯片厂商的市场竞争实力。

本报告主要涵盖以下内容:

  • 传感器主要类别及各自的技术和应用介绍,涉及CMOS图像传感器(CIS)、屏显识别传感器、激光类传感器、MEMS传感器、环境传感器等。
  • 传感器市场现状及未来增长趋势,包括全球市场和中国市场的现状及增长预测。
  • 传感器领域最新技术趋势,包括智能传感器、MEMS、激光雷达和EVS传感器等新兴感知技术及其适合的应用领域。
  • 传感器新兴应用及方案,挑选三个最为热门的应用市场:AIoT应用、ADAS/自动驾驶、智能安防。
  • 国产传感器厂商竞争格局:2023年入选Fabless100排行榜之Top 10传感器公司;传感器类IC设计上市公司综合实力对比。
  • Top 80 国产传感器芯片厂商信息汇总及调查统计分析:除了每家公司的基本信息外,还通过厂商画像简要描绘出每家公司的核心技术、主要产品、应用方案及市场竞争力。

下面将对这些主题内容做详细描述和深入分析。

Part Two:传感器芯片分类和介绍(Introduction)

一、CMOS图像传感器

CMOS图像传感器是利用CMOS工艺进行加工制造的固态图像传感器,是一种用于光学成像的电子器件,由一系列光敏二极管组成。这些二极管将光转换为电信号,这些电信号然后被数字化并用于生成图像,可实现视觉信息的读取转换及视觉功能的扩展,并提供直观、真实、多层次、多内容的可视图像信息。

图1. CMOS芯片功能模块

一般主要构成为像素阵列单元、控制单元、控制寄存器和信号处理单元几个大的部分:

  • ADC模数转换,将模拟信号转换为Raw Bayer数字图像信号;
  • 时序控制模块,控制并输出sensor工作需要的各种时钟信号,包括Vsync(场同步信号),Hsync(帧同步信号),pclk(时钟信号);
  • 控制寄存器,通过I2C对sensor做一些设置,如图像输出大小、PLL设置、效果设置等。

像素阵列 Active Pixel Sensor Array,每个像素单元主要由微透镜Micro Lens、彩色膜Color Filter、光敏二极管Photo Diode三部分组成,如下图:

图2. color filter 结构(图源:网络)

现在各家在红外、3D视觉和车载等场景等各种应用环境不同自然会有各种不同侧重的CMOS应运而生,像是现在新兴的事件视觉传感器,不会记录整个画面的静态背景信息,只记录动态信息。通过模拟人眼的细胞检测到场景发生变化(即事件)时才会向大脑报告,事件视觉传感器上的像素以异步方式捕获事件数据,每个像素都嵌入了智能处理,能在检测到变化时独立激活,将事件连续地、逐像素地发送到系统。运动被捕获为连续的信息流,帧之间不会丢失任何内容。

图3.事件视觉传感器捕捉人员球追踪(图源:网络)

动态视觉融合AI智能化的图像传感器将是一种新的机制方法,模拟处理的数据量骤减,所需的算力和能耗也显著减少,并能对场景中微小变化进行超快速反应,捕捉到亚毫秒级转瞬即逝的瞬间。

二、屏显识别传感器:指纹识别、超声波识别、ToF识别、3D视觉

识别类传感器发展最为成熟的当属指纹识别,有部分网友戏称:“在手机全面屏时代,前置指纹识别没空间、后置指纹识别不入流,只有屏下指纹识别够档次“。屏下指纹识别也相当普及,其主要的技术路线有光学指纹识别和超声波指纹识别两种。

图4.手机屏下指纹识别(图源:网络)

光学屏下指纹识别的原理就是按压OLED屏幕后,OLED产生的光线会照射手指纹理,然后光线再反射到屏幕下的指纹识别传感器上,产生指纹图像;超声波指纹识别技术就略显复杂,传感器主动发出超声波,穿透屏幕及玻璃达到人体皮肤,然后接收反射回来的信号,利用指纹表面与空气密度的不同从而构建出3D指纹图像。

但是各大厂商不满足于接触式的识别方式,于是ToF和3D视觉的依靠面部图像识别的方式也应运而生,与2D技术相比,3D图像处理可以为机器视觉用户提供更多的信息。3D成像可以获取目标物体的三维信息,ToF(Time-of-Flight)和双目视觉时两种不通获取物体高度信息的方式,前者通过脉冲光在空间飞行的时间来计算每个像素的高度距离,而后者通过类人双目成像的原理,两个镜头捕捉的图像经过软件计算可以得到物体的三维信息。

图5. 3D视觉方案对比(图源:网络)

三、激光类传感器:激光雷达、激光器芯片、硅光芯片

光芯片是光电子领域核心元器件,细分的说光电子器件包括 CCD、CIS、LED、光子探测器、激光雷达等品类,但都可归属于激光类传感器范畴中,都是利用芯片通过探测和捕捉光子并转化成电信号,目前最火热的当属自动驾驶的眼睛—激光雷达。这类传感器本质是采用硅光子技术的光芯片,是将硅光材料和器件通过特色工艺制造的新型集成电路。

硅光集成技术既减小了器件尺寸,降低了成本、功耗,又提高了可靠性和量产能力,所以硅光集成芯片技术被认为是延续甚至超越摩尔定律的技术。利用硅基光电子集成技术制作的器件,工作在光通信波段,可以与光纤网络直接互联,相比于传统的工作在可见光波段和近红外波段的器件,此工作波段处于人眼安全的范畴(1.4~2.0 μm),有利于光控相控阵的产品进入普及开来。同时,硅基光电子技术与集成电路技术完全兼容,可在单片上同时集成光束扫描器件与电控制逻辑电路,有利于实现智能化控制和神经网络集成,如此一来,利用硅光技术制作而成的硅光芯片便有了理论依据。

图6.硅光集成芯片(图源:网络)

四、MEMS传感器:硅麦、MEMS压力/温度/湿度传感器、惯性传感器、MEMS加速度计/陀螺仪、声学MEMS

MEMS 传感器是利用集成电路技术工艺和微机械加工方法将基于各种物理效应的机电敏感元器件和处理电路集成在一个芯片上的传感器。利用MEMS技术工艺将MEMS传感器、MEMS执行器和MEMS控制处理器都集中在一个芯片上构成了一个微控制系统,其主要功能包括:A/D和D/A转换,数据处理和执行控制算法。微执行器将电信号转换成非电量 ,使被控对象产生平动、转动、声、光、热等动作。

图7. MEMS芯片功能框图(图源:网络)

MEMS 传感器具有体积小、质量轻、响应快、灵敏度高、易批产、成本低、可测量各种物理量、化学量和生物量等优势,在航天、航空、航海、兵器、机械、化工等领域 ,尤其是汽车工业获得较广泛应用 ,目前全球已形成庞大的MEMS产业。国内近些年涌现了很多硅麦、EMS加速度计/陀螺仪的厂商,得益于消费电子的发展,我国MEMS传感器行业紧追国际一线大厂,博世、博通、意法半导体等头部厂商由于起步早经验和实力雄厚,目前处于行业头部的领先地位。

图8. MEMS芯片功能框图(数据来源:《2023年中国智能传感器行业研究报告》)

五、环境传感器:气体传感器、压力/温度/湿度传感器

环境传感器是物联网设计中常用的关键部件之一,环境传感器细分包括:土壤温度传感器、空气温湿度传感器、蒸发传感器、雨量传感器、光照传感器、风速风向传感器等,通常都与智能家居和气象环境密不可分。这种实时监控周遭环境或者设备的运行状态的器件,大多数都是电化学类,占比约为60%,其余的还有NDIR传感器、MOS传感器、PID(光离子)和超声波传感器等。

图9.各种传感器芯片图(图源:网络)

国内厂商虽然百花齐放,在各个细分领域均有涉及,但对比全球头部厂商诸如博世、意法半导体等还存在不少差距。该类型传感器大多数都是依靠本身器件材料的属性,起步早,积累深的公司在历代产品升级中获得了大量的材料合成和配方的研究数据,通过封装设计和应用方案占据了大量的市场份额,后来者很难在市场中分得一杯羹。

本报告共收录了80家国产传感器芯片厂商,按传感器类别划分的公司数量及占比如下:

图10. 80家国产传感器芯片厂商(图源:AspenCore)

 

Part Three:传感器市场现状及增长趋势(Market Trend)

一、全球主要类别传感器市场预测

作为电子设备中不可或缺的组成部分,传感器可以说是应用最为广泛的电子元器件,广泛应用于工业、医疗、消费电子、汽车等领域。根据市场研究机构GII的预测,全球传感器市场规模将从2023年的1167.2亿美元增长到2028年的1654.7亿美元,预测期内(2023-2028年)复合年增长率为7.23%。

综合考察全球传感器市场及其应用前景,AspenCore分析师团队总结出如下主要市场增长驱动力:

  • 工业自动化和工业4.0的兴起,推动了对传感器的需求,以实现对设备和流程的监控和测量。
  • 物联网(IoT)的快速发展。物联网连接设备的数量不断增加,推动了对传感器的需求,以实现对设备和环境的监测。
  • 新兴应用领域对智能感知有巨大的需求,比如智能家居、可穿戴设备、医疗诊断、边缘AI、汽车ADAS/自动驾驶等。

在全球传感器市场中,头部企业占据了较大的市场份额。根据Yole Développement的统计,2022年全球传感器市场前十大企业合计占据了60%以上的市场份额。

图11. Yole统计全球传感器市场市占率(图源:Yole)

从表中可以看出,博世、英飞凌、恩智浦、意法半导体等欧洲企业在全球传感器市场中占据了较大的份额,这主要得益于欧洲企业在传感器领域的技术优势和较早的市场布局,领先的技术和深厚的专利积累使得这一众大厂遥遥领先,像压力、温度和光电传感器这三大主要细分市场头部厂商几乎占据90%的份额。丰厚的利润支持其不断投入到新兴技术的研发过程中,使得新出现的MEMS传感器、纳米传感器、AI传感器等在智能家居、可穿戴设备、汽车等领域得到广泛应用。高灵敏度、分辨率和低时延和内置智能算法的新兴传感器应用更加广泛,越来越多的厂商也将加入到新兴传感器的浪潮中。

根据 Omida预测分析,2023年全球CMOS图像传感器市场将恢复增长,市场规模将增至193亿美元,同比增长4%,且增长势头预计持续到2026年,届时该市场的规模将增至269亿美元。当前,CMOS图像传感器主要用于手机的摄像头。近年来,机器视觉、自动驾驶和增强现实等其他应用的需求也在增加。

根据Yole研究预测,全球 MEMS市场规模将从2021年的136亿美元增长至2027年的约223亿美元,复合增长率(CAGR)达9%,通讯、生物医疗、工业汽车及消费电子的应用增速均非常可观,其中通讯领域的复合增长率高达25%。预计到2026年,10亿美元以上的MEMS细分领域包括射频MEMS(40.49 亿美元)、MEMS惯性器件(40.02亿美元)、压力MEMS(23.62亿美元)、麦克风(18.71亿美元),以及未来新兴应用(13.63 亿美元)。

根据灼识咨询报告,2022年全球激光雷达市场规模为人民币120亿元,预计到2030年将增加至12,537亿元,复合年增长率为78.8%。在激光雷达解决方案的众多应用场景中,预计汽车应用将占据整体市场的最大份额。下图展示出所示期间全球激光雷达解决方案的整体潜在市场。

图12.全球激光雷达按应用划分的市场规模(来源:灼识咨询/速腾聚创招股书)

图13.全球车载激光雷达按区域划分的市场规模(来源:灼识咨询/速腾聚创招股书)

二、中国主要类别传感器市场统计和预测

根据市场研究机构智研咨询的预测,中国传感器市场规模将从2022年的1,213亿元增长到2028年的2,180亿元,预测期内(2023-2028年)复合年增长率为12.5%。在中国传感器及模组市场中,也是头部企业占据了较大的市场份额。2022年中国传感器及模组市场前十大企业合计占据了50%以上的市场份额。

图14.智研咨询统计中国传感器市场市占率(图源:智研咨询)

总体而言,中国传感器市场竞争格局较为分散,头部企业与中小企业竞争激烈。未来,随着传感器技术的不断发展和应用领域的不断拓展,中国传感器市场将保持快速增长。

另外,根据无锡物联网研究院的报告,中国智能传感器市场规模2023年约为1336亿元,预计到2025年将增至1795亿元。

AspenCore分析师团队对目前传感器芯片产业发展态势总结为以下几个方面:

  • 市场规模持续增长。预计2023年中国本土传感器芯片市场规模将达到1,480亿元,同比增长24.3%。
  • 新兴应用领域快速发展,智能家居、可穿戴设备、智慧医疗等领域对传感器芯片的需求不断增长。
  • 技术创新不断突破。传感器芯片的性能和功能不断提升,例如MEMS传感器、智能传感器等新兴技术的不断发展,将推动传感器芯片的创新应用。
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