比硬币小的芯片，感知万物
文 | 半导体产业纵横
一枚比硬币还小的芯片，正以0.1毫米的精度扫描世界，撑起智能时代的“数字感官系统”。
加特兰的毫米波雷达芯片在2024年实现出货600万颗，2025年预计激增至1600万颗，累计出货突破1900万颗。这家中国企业在中国市场的占有率从20%跃升至33%，其芯片已嵌入全球数十家主流车企的智能驾驶系统。
与此同时，汉威科技0.3毫米厚的柔性触觉传感器在深圳传感器展上引发惊叹，这款“电子皮肤”能在1毫秒内完成压力分布的精准感知。不知不觉中，传感器技术正从幕后走向前台，成为人工智能、新能源车、工业互联网等领域的核心基石。
从毫米到纳米的竞逐
本月，无锡芯感智的一项专利申请揭示了传感器精密化的最新突破。通过在压力传感器背面空腔设置硅岛膜结构和镂空缓冲层，同时实现了高灵敏度与高耐压性能，成本却未显著增加。这种“既要又要”的技术突破，正是当下传感器创新的缩影。
在测量精度领域，激光测距传感器正刷新极限。久之洋开发的星载激光测距仪已应用于高分七号卫星，将精度提升至1毫米级，其核心的锁频激光器采用光子晶体光纤放大技术，使波长稳定性达到±0.0001nm。而日本基恩士的IL-3000系列传感器更是实现了0.01μm级的测量精度，相当于人类头发直径的十万分之一，这一精度水平已被应用于东芝存储芯片的制造线上，可实时监测光刻机工作台纳米级形变。这种突破性进展背后，是光学干涉原理与数字信号处理算法的深度耦合——通过相位解调技术将光程差分辨率提升至λ/1000，配合AI降噪算法消除环境振动干扰。
车载感知领域同样迎来精度跃升。加特兰的毫米波雷达通过独创的RoP（雷达封装技术）与3D波导天线结合，实现了从“测得到”到“测得准”的跨越。其角度解算方差比传统方案优化了30%，在70米距离外仍能保持点云稳定性。
不止于此，传感器在提升精度的同时实现功能融合。加特兰最新推出的Dubhe天枢星系列UWB芯片，通过2T4R雷达模式可同时承担数字钥匙、舱内存在检测、脚踢尾门感应等多项功能，一颗芯片替代了传统多传感器系统。这种集成化突破源于射频前端与数字基带的深度协同设计：采用时分复用技术将雷达回波与UWB定位信号分离，配合动态波束赋形算法实现空间感知精度±5cm。宝马iX车型的智能座舱系统应用该芯片后，手势控制响应延迟缩短至80ms，较上一代产品提升4倍。
精度革命背后是材料与工艺的协同创新，MEMS工艺渗透率从2018年的35%提升至2024年的58%，推动传感器向小型化、集成化发展。芯片级传感器正在取代传统笨重的测量装置，将实验室级别的精度带入日常应用场景。
新能源车与工业场景的双向爆发
6月22日，苏奥传感在互动平台宣布，其自主研发的刹车压力传感器正式进入市场客户定点阶段，将应用于AEBS（高级紧急制动系统）。这一消息背后，是新能源汽车对传感器需求的爆发式增长。
传感器已成为智能汽车的“核心感官”。与传统燃油车相比，新能源汽车的单车传感器用量达到300-500颗，市场规模年增长率高达28%。这一需求直接带动了激光雷达市场的繁荣——2025年中国车载激光雷达前装量将突破500万台。
禾赛科技AT128激光雷达实现153万点/秒的点云输出，已装备于理想L9等车型；速腾聚创则通过芯片化技术将激光雷达成本降低60%，获得比亚迪、小鹏等车企定点。激光雷达市场年复合增长率高达17.6%，远高于传感器行业平均水平。
随着中美欧等地AEB法规要求制动时速提升至120公里以上，雷达需要具备更远探测距离与弱目标识别能力。加特兰的双SoC级联方案通过64个虚拟通道，将测高能力从百米级拓展至350米全量程，对塑料锥筒等弱目标的检测距离提升至100米外。
工业领域同样迎来了传感器革命。聚亿信息咨询数据显示，2024年中国制造业设备联网率达到55%，较2020年的38%大幅提升。制造业设备的联网化是实现工业互联网的基础，而传感器则是实现设备联网的关键。通过在设备上安装各种传感器，如温度传感器、压力传感器、振动传感器等，能够实时采集设备的运行状态数据，实现设备的远程监控、故障诊断和预测性维护。这不仅提高了设备的运行效率和可靠性，也降低了企业的运维成本。因此，制造业设备联网率的提升直接拉动了工业传感器的需求。
近年来，全球工业机器人装机量持续攀升，已连续多年达到50万台以上。从2018年至2023 年，复合增长率为5%。据国际机器人联合会（IFR）预测，到2027年，工艺机器人的装机量将突破60万台大关，工业机器人的广泛应用带动了位移测量传感器需求的增长。位移测量传感器能够精确测量机器人的位置、速度和加速度等参数，为机器人的精确控制提供重要依据。随着工业机器人向高精度、高速度、智能化方向发展，对位移测量传感器的精度和可靠性提出了更高的要求。位移测量传感器需求年增22%，成为工业传感器市场的一个重要增长点。
催生新物种
传感技术本身也在不断突破创新边界。当传统传感器正通过性能升级与成本优化满足规模化应用需求时，基于新材料与新原理的传感技术“新物种” 已悄然萌芽。
北京科技大学杜翠凤/王远团队联合北京纳米能源与纳米系统研究所王中林院士/朱来攀团队开发了一种摩擦电自供电传感平台（TESS）。在山东某金矿地下626米深处，其已连续运行数月。这项基于摩擦纳米发电机（TENG）的技术突破，解决了矿井监测的供电难题。
风速感知能力通过基于非接触式TENG 的水平涡轮机实现。同时，TESS 由一组独特的 TENG 组成，通过一种新的工作模式运行，平衡了接触分离和独立式模式的优点。借助优化的自驱动电源管理系统，TESS 实现了 16.36 mW/平方米的充电功率密度；这种能量每 166 秒就会传输至一个传感器节点（用于测量温度、相对湿度、压力以及二氧化碳、二氧化氮、氨气的浓度）、一个数据处理单元以及一个 LoRa 发射器。这项工作在开发坚固耐用、成本低廉、无需电池且无线的基于摩擦纳米发电机的环境监测平台方面取得了重大突破。
与此同时，气体传感技术也传来好消息。汉威科技开发的“电子鼻”系统，通过集成高灵敏气体传感器阵列与AI算法，可在5秒内快速识别不同气味，已应用于食品安全、环境监测等领域。
该系统采用多传感器协同工作模式，每个传感器对特定气体具有高灵敏度，配合AI算法对多维数据进行实时分析，突破了传统单一气体检测的局限。例如在食品安全场景中，“电子鼻”可通过识别食品挥发的气体成分，判断其新鲜度或是否变质；在环境监测中，能快速定位空气中的有害气体或异味来源，为污染预警提供数据支持。
这种仿生感知技术模拟了生物嗅觉的复杂识别能力，可适应多种气体混合场景，相比传统传感器具有更高的检测效率和实用性，推动气体传感技术向智能化、多功能方向发展。
传感器将走向何方？
据Yole报告，2024 年全球 MEMS（微机电系统）行业迎来关键转折，凭借第二季度 "库存效应" 消退，全年营收达 154 亿美元（同比增长 5%），出货量突破 310 亿颗。市场研究显示，随着消费电子、汽车电子等终端需求回暖，叠加AI、物联网等新技术驱动，2025 年行业增速有望进一步提升，预计 2024-2030 年复合年增长率达 3.7%，2030 年市场规模将达 192 亿美元，销量增至 350 亿台。
在MEMS行业凭借传统应用场景实现稳健增长的同时，量子传感技术正在实验室酝酿突破。
量子传感器利用量子现象，与传统传感器相比，灵敏度大幅提高，开辟了各种新的应用，包括电动汽车 (EV)、非 GPS 导航、医学成像和通信。业内专家将此称为“第二次量子革命”。
专家认为，量子力学在计算领域有着巨大应用潜力的同时，也有可能彻底改变传感行业。
量子态的敏感性使得检测微小的变化成为可能，从而实现了前所未有的精度测量。量子传感器与传统传感器相比具有更高的灵敏度，能够对电流、电场、磁场、光、线性加速度、角加速度和时间等多种物理特性进行高灵敏度测量。
其中一个例子就是隧道磁阻 (TMR) 传感器，其规模可达到数百万个芯片。它目前已在汽车领域销售，用于远程电流传感。使用光泵磁力仪 (OPM) 的生物磁成像虽然仍处于早期开发阶段，但已显示出良好的潜力，Cerca Magnetics 等初创公司已经向研究中心出售早期产品和原型。
此外，还有台式原子钟，已在研究和国际时间标准中使用多年。在医学领域，量子传感器可以对心脏的自然磁场进行简单测量，提供比目前的心电图（ECG）机器多得多的数据。虽然心电图设备通过直接贴在皮肤上的电极进行测量，但量子传感器可以集成到衣服、床垫和其他物品中。
不仅如此，技术创新的触角已悄然伸向生命体内部—— 这种从 "外部环境监测" 到 "生物体内在感知" 的跃迁，为脑机接口与传感器的深度融合埋下了技术伏笔，也让神经元活动的实时捕捉从科学想象走向临床可能。脑机接口与传感器的融合开启新可能，Neuralink植入式设备集成微型激光测距模块，实时监测神经元活动，精度达10纳米。这种跨领域技术融合将传感器从外部环境监测拓展至生命体内部信号采集。
从0.01微米的纳米级测量到量子态的精密操控，从实验室的精密仪器到车规级芯片的量产落地，那枚比硬币更小的芯片，既是智能汽车的 “数字眼睛”，也是工业机器人的 “触觉神经”，更是叩击生命奥秘的 “量子探针”。当传感器精度突破纳米级门槛，我们丈量的不再仅是物理距离，更是从硅基到碳基、从机器到生命的认知边界 —— 万物互联的基石，终将从“连接”走向“感知”。
(来源：钛媒体)
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