C919大型客机是我国首次按照国际通行适航标准自行研制、具有自主知识产权的喷气式干线客机,在2007年立项,并于2017年首飞。资料显示,C919的国产化率大概在5~6成,其中,航电、电气系统60%需要进口,航空发动机则是100%依赖进口。
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在C919上,多项国产高科技获得突破,举个例子,在传感器领域,国产舵面测量系统首次应用在国产大飞机上,该飞控舵面测量系统采用最新多节点姿态解算传感技术,核心是具有自主知识产权的国产高精度轴角传感器。
2020年,据中国仪器仪表行业协会传感器分会等四家中国传感器产业权威机构联合发布的《中国传感器(技术、产业)发展蓝皮书》显示,“国内中高端传感器进口占比达 80%,传感器芯片进口更是达90%,国产化缺口巨大”,中国传感器产业“卡脖子”现象严重,亟需重视。
2021年,“十四五”规划发布,传感器产业的发展被写入规划中,将传感器与高端芯片、操作系统、人工智能关键算法并列,作为我国建设数字经济的关键领域;将智能传感器重要制造技术——MEMS(微机电系统)工艺,写入【科技前沿领域攻关】技术项目中。
▲来源:“十四五”规划
近几年,我国传感器产业得到快速发展,多项技术取得突破。据中国传感器产业专家郭源生教授介绍“我国传感器进口比例正在同比例下降,目前约67%左右依赖进口。但如果从国产传感器创新能力来看,目前还没有显现出来或者说仍有较大的提升空间。”
然而,高科技产业的突破并非一蹴而就的,中国传感器科技的发展,也基于过去数十年来国产传感器技术发展的积累。
譬如上文中,C919大飞机用到的国产舵面测量系统和高精度轴角传感器,来自于无锡北微传感,北微传感成立于2010年,在中国微电子专家王阳元院士的支持下成立。北微传感是北大微电子的缩写,北京大学微电子学系最早可以追溯到1956年,由著名物理学家黄昆院士领导创建的我国第一个半导体专业。
除了舵面测量系统和轴角传感器,北微传感的高精度倾角传感器也应用在C919飞机生产组装过程中,用于测量地基变化、温度变化以及工装骨架的应力变化等信息。北微传感的高精度倾角传感器打破了国外垄断、填补国内空白,全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭——朱雀二号遥二液氧甲烷运载火箭,也应用了北微传感的高精度倾角传感器。
15年积累,多项传感器技术突破,国内领先的MEMS研发平台,中国物联网&传感器产业高地
现代科学中,任何一种高科技技术的突破,依赖于产业链上下游的协力。北微传感所处的无锡,正是中国物联网&传感器产业高地。
2023年,九三学社江苏省委提出“关于加快推进智能传感系统产业集群发展的提案”,江苏省工信厅回复函中,细数近年来江苏省在传感器产业获得的成就,特别提到:
“在微机电系统(MEMS)芯片设计、集成封装及数据融合、传感网络节点研发等领域具有比较优势,我省企业自主研发设计的惯性导航系统、超低功耗无线倾角传感器、光通信无源芯片等产品打破国外垄断、填补国内空白。无锡美新半导体加速度、磁传感等MEMS传感器件技术水平均进入国际先进行列。苏州明皓科技是全球除德州仪器外,唯一掌握MEMS与CMOS集成工艺的传感器生产企业,常州森萨塔科技全球领先研发机构,其车用压力传感器的技术水平和市场占有率均处于全球第一。”
其中,特别提及的惯性导航系统、超低功耗无线倾角传感器、光通信无源芯片等打破国外垄断、填补国内空白的产品,即来自于无锡传感器产业链的突破。
譬如,光通信无源芯片的突破,由上海交通大学无锡光子芯片研究院建设的国内首条光子芯片中试线在今年9月份宣布正式启用,预计年产能达10000片晶圆,标志着我国光子芯片步入产业化快车道——该成果获得新华网、央视网广泛报道和业界关注。
光芯片是一种集成光学器件和电子器件功能的微型芯片,通过电光转换实现高速信息传输,该条光子芯片中试线的投入使用,将推动量子计算机、通用光子处理器、三维光互连芯片和高精密飞秒激光直写机等变革性技术落地转化,加速打造以光子芯片底层技术为驱动,带动量子计算、人工智能、光通信、光互连、激光雷达(LiDAR)、成像与显示、智能传感等新一代光子科技产业集群的发展。
▲上海交通大学无锡光子芯片研究院大楼,来源:网络
资料显示,2023年,无锡智能传感器核心企业达到93家,共实现营业收入286.7亿元、同比增长8.8%,涵盖传感器研发、设计、制造、封测、模组系统、软件算法等全产业链条。
无锡为什么能取得众多传感器技术的突破?
以MEMS芯片产线为例,智能传感器的核心制造技术依赖于MEMS工艺,MEMS(微机电系统)工艺也被十四五规划写入【科技前沿领域攻关】技术项目中。
在无锡,华润上华、海辰半导体等企业已具备从中试到规模量产的全链条MEMS芯片生产服务能力,此外,无锡还具有先进感知研发中心、泰尔实验室等MEMS特色工艺研发平台。
华润上华是华润微电子旗下从事开放式晶圆代工业务的专业公司,华润微是中国半导体MEMS十强企业,据2023年最新数据显示,华润微MEMS传感器等器件销售额位列中国第二,仅次于歌尔微。相关信息参看《2024年度最新中国MEMS 10强企业名单公布!》
华润微拥有3条6英寸线,其中MEMS产线是国内规模最大的与CMOS生产线兼容的MEMS传感器量产生产线,具有国内领先水平的 MEMS 表面和体硅加工技术,用于制造压力、硅麦克风、光电、温湿度等MEMS传感器。此外,华润微电子8吋MEMS的3000片/月产能扩充已经完成,并投入使用。光电及MEMS麦克风工艺平台从6英寸升级到8英寸。
MEMS产线/中试线的建设,对拉动地方智能传感器产业的发展具有重要意义,这也是近几年中国高度重视传感器产业发展下,各地方纷纷建设MEMS中试线/量产线盛况的原因。
与无锡临近的城市常州,也在2015年提出打造“中国国际传感谷”,建设传感小镇,但由于常州并没有建设支撑MEMS传感器发展的核心研发中试平台,而成为一个普通的招商产业园,现在已经鲜为人知了。
无锡传感器产业的发展,与地方前瞻性的正确政策相关,是多年发展积累下厚积薄发的突破。
无锡被认为是中国物联网的发轫地和示范市,有“物联网之都”的美誉,无锡亦是中国智能传感器产业高地。早在2009年,时任总理视察无锡时提出在无锡建立“感知中国”中心,同年11月国家批准建设“无锡国家传感网创新示范区”——这是我国唯一的国家级传感网创新示范区。
此后,无锡聚焦物联网及传感器产业,围绕上下游打造了一条完善的产业链。
2016年开始,无锡举办世界物联网博览会,如今已连续成功举办八届,累计参与国家和地区超50个,参会和观展的人数突破110万人,签约和带动落地的重大项目近1000项,新增物联网领域投资额超3000亿元。
2022年至今,无锡提出聚焦智能传感器、车联网和工业互联网“一感两网”,发展物联网产业。
据介绍,目前无锡已聚集物联网及传感器各领域企业超3500家,产业链各环节企业培育成绩突出,包括专精特新“小巨人”企业60家、制造业单项冠军13家,江苏省级隐形冠军和专精特新中小企业76家,上市企业83家。
值得一提的是,来自无锡的华润微和美新半导体,连续多年进入“中国半导体MEMS十强企业”名单,该名单由中国半导体行业协会MEMS分会根据行业季度统计报表及各地方协会统计数据评选出,是目前国内最权威的MEMS企业排名,某种程度上代表现在中国MEMS领域实力最强的10家头部企业。
在中国MEMS十强中,仅有4家MEMS传感器企业是IDM公司——拥有自主的MEMS芯片产线,而华润微、美新半导体正是其中2家——可见无锡MEMS智能传感器产业链的完整及自主研发能力的强悍。
据我国权威咨询机构赛迪顾问在今年5月份发布的《2024中国MEMS产业发展与十大高质量传感器园区报告》显示,无锡国家高新区连续多年进入中国MEMS传感器十大园区名单,并且连续三年蝉联全国第三。
15年持续在物联网及传感器领域的投入和积累,是无锡今天物联网产业全面繁荣的基础。
▲来源:赛迪顾问
物联网产值4511.6亿元,不容忽视的中国芯片第二城!推动无锡建设中国物联网传感器产业高地
现代高科技产业是多学科交融的 ,智能传感器、物联网、车联网等与集成电路芯片产业息息相关。
如果说中国芯片第一城是那个城市?那么业内人士必然脱口而出——上海!
那么,中国芯片第二城呢?
许多人不知道,那就是无锡。
统计资料显示,2023年无锡集成电路规上产业产值达到2400亿,居江苏省第一、全国第二,其中,设计、制造、封测“核心三业”规模约占全省1/2、全国1/8。无锡是全国唯一拥有集成电路全产业链的地级市:
设计环节,无锡坐拥卓胜微、中科芯、汤谷智能等一大批掌握核心技术的头部公司;制造环节,全省10大晶圆制造企业有7家都在无锡,包括SK海力士、华润微电子、华虹半导体、海辰半导体、江阴新顺、中微晶圆和东晨电子;封测环节,全省10大企业有4家在无锡,包括长电科技、全讯射频、海太半导体和盛合晶微……
其中,华润微电子是中国半导体MEMS十强企业,海辰半导体拥有HV CMOS、CIS(图像传感器)、BCDMOS、LOGIC、eNVM、MEMS制造能力,工艺节点从90纳米到350纳米。华虹半导体是中国最大的特色工艺晶圆代工厂,是国内多家头部传感器企业主要的传感器芯片代工商,其客户包括中国第二大图像传感器企业格科微,中国最大的MEMS声学传感器芯片企业敏芯股份等公司。
中国第一块6英寸芯片,即诞生在无锡。
1986年,无锡华晶集团(原742厂)生产了我国首片6英寸晶圆,在中国集成电路产业发展初期,许多微电子人才来自无锡,因此,无锡也被许多媒体称为中国集成电路产业的“黄埔军校”。
2002年,华润集团收购华晶集团,改组形成今天的华润微电子,从事晶圆代工及制造业务。
▲上世纪60年代的无锡江南无线电器材厂,是无锡集成电路领军企业华晶和华润微的前身。图/澎湃新闻
2006年,无锡开始进行产业转型升级,结合无锡在集成电路领域的优势,无锡前瞻性的注意到集成电路产业与物联网产业的联系,以及未来物联网产业的发展潜力,决定发展微纳传感网产业,并建立国内第一座“微纳传感国际创新园”——这可以说是如今中国遍地开花的传感器产业园的雏形。
传感器是物联网的核心感知器件,而MEMS等芯片技术则是智能传感器的核心制造工艺,无锡以具有优势的集成电路基础,打造中国物联网&传感器产业高地。
2023年,无锡物联网全口径产业规模达4511.6亿元、同比增长13.2%,无锡锁定智能传感器、工业互联网、车联网“一感两网”三大领域。具体来看,智能传感器产业链营收286.7亿元、同比增长8.8%,车联网产业链营收233.9亿元,同比增长18.65%,工业互联网产业链营收388.9亿元、同比增长18.1%。
在车联网领域,无锡建设了全国首个国家级车联网先导区,聚焦C-V2X技术路径,推进C-V2X规模覆盖,江苏(无锡)国家级车联网先导区建设迈入深水区,2024年成功入选全国首批智能网联汽车“车路云一体化”应用试点城市,有望成为全国城市级建设运营的标杆。
结语
C919大飞机作为“工业明珠”,涉及高科技技术众多、产业链遍布全球,有资深专家认为,世界上没有任何一个国家能够单独凭一国之力建造大型客机,可见大飞机制造难度之高。
随着我国科技的发展,近几年C919大飞机、航空母舰等众多国之重器工程落地,这依赖于我国过去数十年来的技术积累。
无锡作为我国物联网及传感器产业高地,历经15年的积累,在深厚的集成电路基础上发展物联网产业,才获得今天众多突破性的传感器技术成果,支撑我国大飞机、火箭等国之重器的建设。
随着我国的产业升级,未来无锡等“耐心型”城市将在我国传感器等科技产业上发挥更重要作用。