这个智能颗粒，便是MEMS微机电系统，它可以算作是一种智能传感器，深刻地改变了人与大自然交互的局势。MEMS令人线人一新的地方在于，它带来了第一款超越人类感官的传感器。智好手机中，就藏着这个奥秘。早在2012年的iPhone 5，就采取了4个MEMS传感器，三星Galaxy S4手机乃至采取了八个MEMS传感器。iPhone 6 Plus则利用了TDK的六轴陀螺仪&加速度计、旭化成AKM的三轴电子罗盘、博世的三轴加速度计和大气压力计，以及MEMS麦克风。高端智好手机，利用数十个MEMS器件也很常见。而最近五年越来越风靡的真无线耳机TWS，背后都是MEMS的贡献。
而这个领域的供应商江湖，基本算是波澜不惊。三十家企业，可以霸占整体发卖额的90%。它们基本都是榜单上的老面孔，但却有着清晰的时期印记。
无聊的江湖，谢绝惊喜
环球MEMS收入在2020年达到1000多亿元的市场。三大江湖瓜分走了统统。消费电子拿走了60%、汽车电子20%和工业占比10%。剩下10%由医疗、军工等行业去分。
图1 诸神的沙场
图2 MEMS封神榜的变迁 （Source：以2019年为例，来自Yole）
要理解这个行业，可以看看十年前和当下，谁是王者。HP已经从第一名跑到后面去了，而博通则异军突起。这个潜台词是意味深长的，那便是桌面打算机时期，向移动互联网的全面转身。打印机销量低落，而打印机喷墨所须要的MEMS传感器就连续下滑，而智好手机的射频传感器则急剧放大，这使得博通这样的供应商想不挣钱都不随意马虎。
整体而言，这是一个无聊的江湖。惊喜并不多。芯片行业，都在指向大整合。但MEMS传感器则是一个另类，它谢绝了选择寡头垄断的形态，而是坚持着多元竞争的局势。它大概呈现了两个大哥带30个小弟的局势。博通和博世是双雄大战，各自以近100亿公民币的收入领先于行业；紧随其后的是，腰斩一半，大概在50亿元的中级选手依次向下。他们就像钢琴的按键一样，连续而均匀地从高音区排到低音区。5亿元公民币的营收，就差不多可以在环球Top30名单上，得到封神一次。
图3 2018年和2019年MEMS Top 25企业发卖额
图4 2019年MEMS Top25 企业发卖额分布图 （Source：南山工业书院绘制）
MEMS传感器格局基本跟随了半导体的脚步，最强的依然是美国，霸占大半壁江山。欧洲以大牌厂家如博世、意法、恩智浦等霸占一席之地，日本则以多品牌而独具特色。韩国则意外缺席，而中国靠真无线耳机的麦克风而霸占两席位置。
江湖纵横，绝代双雄
要理解MEMS的英雄榜，就要理解MEMS的用场。它完备是靠运用市场的劳动，例如市场份额最大的压力传感器，便是得益于在消费品和汽车等的运用，市场占比达到21%，其次是射频传感器，紧张是智好手机的运用。这就阐明了环球MEMS传感器中，博通和博世两家独大的缘故原由。
但二者领先的缘故原由，则各有不同。
博世以15亿美元的收入，多年来一贯险些不离榜首。它最厉害的地方，就在于在运用市场能够脚踩多只船。它在消费和汽车市场的表现过于强劲，每辆新车均匀包含5个博世MEMS，而环球一半的智好手机至少包含1个博世MEMS。跟其他厂家多元化的策略不同，博世在这个领域，只供应MEMS传感器而不供应产品（例如瑞声在2020年虽然有170亿元的收入，但绝大部分都是由耳机而非传感器贡献的）。这也让博世在MEMS业务上的成功格外刺目耀眼。
博世MEMS传感器的麻烦，在于有一堆的骚扰者，就像是被一群小髭狗盯上的狮子。快意法半导体，在消费市场上直接竞争的是同类型的设备，即加速计、陀螺仪、压力和惯性传感器。但它在汽车市场并不生动；恩智浦倒是拥有惯性、压力和磁性传感器，但也只是在汽车领域吃得开。而博世同时占住了消费电子和汽车领域，还没有任何一家拥有这样的实力。
博通本是外来户。虽然它是芯片巨子，但在2016年以前，它在MEMS封神榜上啥位置都没有。2016年生产射频传感器总部位于新加坡的AVAGO意外地收购了博通，并将新公司连续命名为博通（准确该当叫做新博通）。AVAGO一贯在排名前五的位置，这使得2016年排行榜上，博通第一次正式亮相。而且上来便是亚军，第二年便是冠军。这种惊人的市场驱动力是来自智好手机。4G手机开始遍及的移动互联网，大大提高了滤波器的需求量。而射频传感器，也就悄然地重写了MEMS的家当格局。ST和TI这些Top3的神仙，便是被智好手机粗鲁地推搡到后面。而博通则快速跃迁，并在2017年成功寻衅博世，得到第一名。这个传感器的奖章，实在是该当发给智好手机的。
博通的烦恼，是孤独而锐利的。由于，它正在被一个有着更强加速度的猎豹所追逐。这个猎豹便是美国Qorvo。在RF-MEMS领域，这两家公司都是同一设备类型的强者。在2016年环球前三十名MEMS公司排名中，Qorvo就呈现了惊人的加速度。受益于射频前端市场的增长，它的发卖收入从2014年1.5亿美元，飙升至2016的6亿美元。
剩下的都是混战
十年前，德州仪器TI和惠普HP霸占了头把交椅。
十年来，最无奈的该当属于德州仪器。它的MEMS产品营收一贯保持在8亿美元的水平。发卖额增长乏力，由于数字微镜是其唯一的MEMS产品，而且微镜市场也在饱和。TI不得不苦等新市场的成熟，如光通信的光学MEMS开关。而3D手势识别、汽车平视头盔HUD或智能照明等运用，对TI的产品并没有形成明显的启动。这些都是TI的尴尬之处。而它真正的翻身仗还是要靠车载市场，也便是激光雷达。如果微镜能成功用于激光雷达，那TI的MEMS业务就可以鹞子大翻身了。
HP是苍茫夜色下的迟暮英雄。当年它将丈量部分从打算机部门分拆后出售，显然是对付未来的一个误判。严格意义来讲，博通是HP的孙公司。惠普的电子部门最早开拓了发光二极管LED显示器市场，后来进入光纤发射器、光学鼠标传感器和其他设备市场。2000年安捷伦Aginlent从HP分家的时候，也带走了安华高。再到2005年，安华高从安捷伦再次独立，并被私营成本以27亿美元收购，随后独立上市，并在10年后收购了博通。
HP当年的出售，彷佛是出卖了灵魂。HP高层当时以为只有一个赛道，而个人电脑与打印机家庭装是王者之道。彼时的德州仪器TI，也呈现了老态龙钟的步伐，它的数字处理器没能搭上液晶LCD平板电视的快船。在2007年，HP以8.5亿美元的年MEMS收入，挤掉德州仪器TI，成为行业老大。两个老年人交流了一下位置，但时期已经不等人了。家庭打印机的数量越来越少了。人们开始利用智好手机和平板电脑，而不是打印大量文档。这期间，金山WPS没有在桌面市场站稳脚跟，但却在手机阅读页面大展技艺。WPS的曲线崛起，便是惠普正面跌落的缘故原由。打印机销量低落，喷墨头的需求就会受影响。而这便是HP在MEMS领域跌落的缘故原由。同样佳能和爱普生，也有惺惺相惜的意思。大浪之下，波折的便是一个家当链。
意法半导体ST的MEMS业务，曾经有着辉煌的历史。当年在东芝推出的“防撞数据保护”条记本，一时惊艳。当条记本处于跌落状态的时候，MEMS就自动感知和启动，关闭数据硬盘，从而有效保护数据。这是ST替东芝以及随后跟进的IBM条记本所研制的一种场景（该故事被笔者作为“长臂灰度创新”，在《灰度创新》这本书有描述）。现在，虽然它也一贯难以在汽车和工业MEMS市场有所斩获，但依然有着一个强大的后台，苹果是其最主要的客户。作为唯一大客户，这让它一贯处于当心的状态。
Qorvo目前排在第五位，在华为高端手机中，不可短缺的芯片名单就有这个公司。作为一家射频厂商，它真的是一只初生牛犊，这几年狂飙年夜进。Qorvo是在2015 年，由两家RF办理方案供应商合并而成，也是有着强烈的国防军工背景。随后，遇上了射频传感器大发展。新鲜面孔，凌厉打法。Qorvo成立后，进行了多次并购，来扩大其产品线。2016年收购物联网办理方案供应商Green Peak，发力智能家居、物联网等；在非射频产品线中，也在收购一家电源管理和智能电机驱动芯片Active。2019年，Qorvo则收购高性能射频供应商Cavendish，进一步扩大产品线。手机正在努力战胜小空间下的天线极限，如18:9手机屏，如5G时期正在走向的四天线，都靠这样的RF射频传感器。Qorvo注定要给博通带来很多麻烦。
剩下的便是兄弟混战。英飞凌、森萨塔Sensata、日本电装Denso、安费诺、和迈来芯Melexis等专注于汽车类市场，Alps以及日本旭化成AKM、索尼、村落田则紧张做事于消费类市场，松下重在工业领域，霍尼韦尔在工业和航天军工。而泰科TE恩智浦NXP在多个市场都有涉足，由于多次收购，泰科的多元化能力大幅度增强。
MEMS市场在过去10多年，最大的变革是来自智好手机和关联产品如智能耳机。除此之外，还没有任何一种设备，能够真正改变MEMS的市场内格局。出乎意外的是，汽车电子虽然崛起，但并没有为这个市场增加新的面孔。而增强现实AR等雷声大雨点小，让人不得不表示失落望。
而这是一个赛道引领零部件的家当。如果零部件跟错了军队，那便是一场灾害。这个中唯一的常青树，便是博世电子。
没意思的股市
日本电气化学公司TDK，一贯便是电子原材料和元器件的先锋，昔日录音机磁带和电脑磁盘的王者。它现在专注在各种电容器以及传感器系统。旗下有多个不同品牌，在MEMS领域，至少涉及到到Epcos、Tronics和InvenSense。
2015年前后TDK对付MEMS业务，可以说是用恍然大悟的信念和老屋子着火的决心，一口气连续吃下三个公司。先是在2015年12月完成对磁传感器制造商Micronas的收购后，第二年吃掉了惯性传感器制造商Tronics，它灵巧的代工办法（包括给霍尼韦尔的MEMS代工），使其在浩瀚市场非常生动。军火商泰雷兹Thale也是个中一个主要的股东。到了年底，TDK进一步耗费93亿公民币，完成了运动传感器InvenSense的收购。TDK也因此一举挤进了苹果的供应链。这之前，苹果的运动传感器可是InvenSense一家独享。只是后来，向来不受独家供应商制约的苹果，也增加了其余一个供应商给博世。至此，TDK已经成为MEMS领域主要的存在，成为日本近十个MEMS厂家中的头牌，力压松下、电装和旭化成。
值得关注的是TDK收购的这两家，分别是在环球第三和第四家上市的MEMS公司。其余一家上市MEMS公司美新，是华人一手创办，本是出息光明，但却成为急吼吼的成本捐躯品。2009年景为第一家美国上市之后，也是风光一片。在2016年美新在环球加速度传感器市场排名在博世，意法半导体等之后，位列环球第四，而地磁传感器排名在旭化成和雅马哈之后，位列环球第三。
然而它是苦命的好学生。2012年由于连续亏损，它被IDG成本相中，完成私有化。随后，IDG开始证明自己便是传说中的辣手摧花，MEMS主业被稀释。在一系列的拯救、传鼓接花再传鼓之后，如今的美新已经被拆成三个公司。而目标则只有一个，那便是迫不及待地上市，末了这次努力的目的地，便是科创板。急功近利的成本，让好学生本来优秀的履历本加上了很多小叉叉。江山似有，容颜不再。
可以说，股市没有给这些MEMS公司带来福音。这四家MEMS上市公司，二十年间，无一成功。第一家仿照压力传感器MEMSCAP2001年在欧洲证券交易所上市，长期古迹徘徊不前，昔日2000万美元便是它的大限。2021年第一财季的收入只有区区2400万元公民币。没有油水呀，航空电子和医疗领域给它供应了勉强吃饱肚子的粮食。第二家美新选择了直接退市，命运不定。而第三家和第四家，虽长势喜人却都成了TDK的打包礼物。这充分显示了MEMS这个市场的残酷性，只依赖MEMS的业务（不管是传感器，还是扩展到代工）的品牌，基本不具备独立存活的能力。
异军突起的中国曲调
传感器是中国制造的超级短板，令人感慨的是，这块市场至今缺少足够的重视。但在所有的传感器种别中，MEMS传感器在局部赛道上，迎来了中国时候。
MEMS麦克风是近二十年来最刺目耀眼的明星。在2002年楼氏电子量产第一颗MEMS麦克风，微硅晶片取代了振动膜。苹果在2010年开始在iPhone 4和 iPad 2上利用了MEMS麦克风，成为这个市场发展的迁移转变点。借助于苹果手机和耳机的强势带路， MEMS麦克风已经成为一个稳定的市场。楼氏电子一马当先，中国的瑞声和歌尔也紧随其后，其他机会则留给了英飞凌、TDK、NJRC等。
中国厂家在MEMS领域取得了令人瞩目的打破，这便是歌尔和瑞声的崛起。歌尔GoerTek受益于语音界面开始受宠的发展趋势，包括智好手机和可穿着设备的麦克风，已经具备在环球市场上与楼氏竞争的潜力。
2013年楼氏达到了30亿元公民币的收入，然后它就像被跳进了一个孙悟空的魔力圆圈，再也没有能跳出来，直到如今。也便是在这一年，楼氏电子对歌尔发起知识产权调查，便是从封装专利开始；而歌尔也迅速反击，一年之后，双方不仅握手言和，而且缔结了进一步的商务互助关系。中国低本钱制造的上风，已经被证明是一种强大的核心竞争力，这是国外企业也望尘莫及的地方。
瑞声和歌尔已经证明了追赶成熟市场模式的可行性。在这个真无线TWS耳机高达1500亿的市场，中国第二波的寻衅者已经开始入场。既有去年刚刚上市的苏州敏芯，2020年收入达到了3.3亿，也有新锐力量福建西人马，后者在今年5月刚刚推出MEMS麦克风新品，作为海内采取垂直制造IDM模式经营的一祖传感器企业，这家公司的创新力很值得期待。而刚刚融资完毕的通用微GEMES公司，也在跃跃欲试。其设计的高端产品，将委托环球第二大MEMS代工厂——赛微电子旗下的瑞典Silex，后者是中国传感器领域少见的一次并购。
未来的神谕
想弄清楚MEMS未来的格局，并不随意马虎。作为一个元器件，它无法自己发力，只能依赖智能产品的发展。
美国TE彷佛想更好地把握住自己的命运，它的办法便是并购。作为环球最大的传感器和连接器公司，其年收入为130亿美元，重点是在交通领域。2014年收购了美国MEAS公司、德国SMI等MEMS传感器公司。目前在压力传感器方面，TE已经表现了弗成一世的特性。虽然在汽车并不突出，但在消费者领域却位居第三。而在工业和医疗领域等更下一点的市场，TE则排在第一位。它在2019年收购了德国FirstSensor，这是化工行业变压器最主要的传感器。这个举动，极大地刺激了中国仪表制造商。
海内两大变送器的引领者，重庆川仪和北京远东罗斯蒙特，命门的钥匙都转到美国手里。
MEMS永久是一头饥渴的野狼，它的任务便是开拓边陲。许多企业也开始行动起来。在振动检测领域，美国ADI公司正在加速发展，如高铁列车轴振动检测、电力设备运转，及数控机床的运行状态等。而它在无人机领域，结合卫星导航是一个新的愉快点。同样道理，在智能农机也会是一个不错的沙场。
电子烟也是一个新兴市场。数字差压MEMS传感器，可以实现电子开关的气流检测，这一方面合肥微纳、歌尔、苏州敏芯和上海矽睿等都有布局。这个市场，彷佛更多是留给中国。
还有MEMS时钟领域。领导者是美国SiTime公司，高达90%的市场霸占率。作为一种全硅振荡器，它以高性能和低本钱，全面取代传统石英振荡器产品。我们须要这样的计时来干什么？汽车已经证明了自己便是一台四轮超级打算机。而多样化的电子装置，决定了必须有步调同等的心跳系统。一辆汽车须要多达70个计时设备，大家耳熟能详的GPS和倒车摄像头之类的计时设备，实在都只是微不足道的刻度。自动驾驶汽车须要的精确计时，韶光须要保持在十亿分之一秒。或者再想想，达芬奇手术刀在进行手术的时候，400多个传感器须要有惊人的同等性。这些，便是MEMS时钟触目惊心的那一刻。而Sitime就在这些人类无法触及的韶光刻度里，探求着自己的市场空间。
MEMS新品就像是田地里漫流的水流，它不断探求着最小阻力的方向提高。既然在麦克风仪畴，已经有诸多公司，如TDK Invenense、英飞凌等，不断发布适用于此类语音运用的新型数字MEMS麦克风。而下一步的打破，则便是音箱。在过去的几年里，两家开拓基于MEMS的微音箱(uSound，AudioPixels)，正在试图改变这项回响已久的古老技能。在2020年又有两家MEMS微音箱初创公司 (Arioso，xMEMS)冒出来，证明了人们对该领域的兴趣。大概老品牌博士音箱Bose也该颤动了。谁知道呢？环球顶级的音频巨子、传统四大HiFi品牌之首——森海塞尔的消费者业务部门，就在这个月被出售。收购价格16亿元，可是它在2020年营收为20亿元。倒贴卖出去了，它便是倒在了全保真耳机TWS的刀下。现在或许要换成音箱了。
但并不都是可以预测准确的。2002年光开光MEMS传感器，给人以巨大的希望。日本富士通和奥利巴斯，都激情亲切洋溢地开拓了取代机器开光的光开光新产品。然而十年之后，这条路走向了去世胡同，它被证明意义不大。可以说，捕捉MEMS的未来，并不是一件随意马虎的事情。但朽迈的气息，却能提前闻到。而博世一定有这种危急感。
汽车电气化给MEMS家当带来的是抵牾的。好是，电气化、自动驾驶为MEMS带来了更大的蛋糕。对付包含内燃机的稠浊动力汽车HEV，好连续，毕竟发动机须要利用多个压力传感器。但是对付纯电动车，由于没有内燃机，也没有了对动力传动系统传感器的需求。而汽车动力传动系统霸占了MEMS压力传感器总需求量的51%。这意味着领头羊，如博世、英飞凌和日本电装，都必须提前刹车换道。
当然还是有很多乐趣有待挖掘，例如边缘打算带来了嵌入式智能。博世Sensortec今年刚发布了一款适用于可穿着设备的传感器产品，内嵌人工智能芯片。还有更紧凑的智能传感器和干系封装的须要，大概传感器其余一个大种别——图像传感器CMOS与MEMS的集成（CMOS-on-MEMS）也会发达发展。那霸占环球CMOS一半市场的索尼，就可以坐收渔翁之利了。
小记：超越人类感官
MEMS传感器是一个注定了被牵着鼻子走的产品，它们的决胜空间并不能由自己决定。例如德州仪器TI的传感器仍旧局限于消费类投影运用，它正在等待雷达平视显示器(HUD)和智能前照灯这类市场的成熟，才能翻身迎交往日荣光。
而一旦有了好的产品，就会带动它的发展。中国耳机双雄，带动了MEMS麦克风就证明了这一点。但找出这样一条赛道并不随意马虎。这个时候，MEMS厂家的一举一动就很关键。它们的行动像是一本未来智能产品的参考书，预示着智能产品的每一个可能的方向。在这里，人类感官可能被全方位超越。
作 者
林雪萍：北京联讯动力咨询公司总经理，天津大学精仪学院客座教授
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