在上一期的物联网行业报告《万物触手可及，世界近在咫尺——浅析物联网行业发展前景》中，我们明确的提到物联网终端是物联网的“五官”，终端具有感知与收集信息的能力，同时我们提到传感器是物联网的核心器件，它是连接物体与数据的基础设备，将自然信号转换为电信号，对信息进行处理和存储。今天我们就来一起研究传感器行业，就传感器的未来趋势进行探讨，纵览传感器如何成为物联网的眼睛。




一、传感器市场概况



传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物联网有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物联网真正活了起来。值得指出的是，传感器技术作为现代科技的前沿技术，同计算机技术、通讯技术并称为信息技术的三大支柱，有着极其重要的战略地位。





传感器技术历经了多年的发展，其品种繁多、分类方式多样，按照常规分类方式，可以从感应物理量、技术路径、应用场景等对进行系统分解。从感应物理量来分类，我们可以将传感器分为声，光，热，电，力等基本物理量传感器；从技术路径来分类，可以分为单一材料传感器（如压电传感器等）、组合材料传感器（如CIS传感器等）和微系统传感器（如MEMS等）；从输出信号分类，可以分为模拟传感器、数字传感器、开关传感器等；同时根据制造工艺、传感用途等均可将传感器进行分类，其框架如下：





二、传感器市场规模及下游应用



近年来，随着智能手机、物联网等技术的不断发展和成熟，我国传感器市场需求不断增长，呈现出多元化的发展态势。根据赛迪顾问研究，2019年，中国传感器市场规模达2188.8亿元。预计到2021年，市场规模将达到2951.8亿元，保持17.6%的快速增长。



从传感器的下游应用领域观察，2019年中国传感器市场结构中汽车电子领域市场规模529.2亿元，占比最高，达到24.2%；工业制造领域市场规模462.3亿元，占比21.1%；网络通信领域市场规模459.8亿元，占比21%；消费电子市场规模322.1亿元，占比14.7%。预计2019－2021年，汽车电子领域依旧占据最大份额，且占比逐年小幅下降，2021年，市场规模为361.6亿元，占比达到22.9%。消费电子和医疗电子占比逐年扩大，2021年，市场规模分别为440.7亿元和258.2亿元，占比分别为14.9%和8.7%。








三、传感器市场核心关注行业



随着应用场景的日渐复杂及应用精度的要求提升，传感器经历了由单一材料发展到复合材料，并在结构上由简单结构发展成复合型微机电系统MEMS的过程。同时，传感器产品本身的多样性及技术迭代，结合底层应用领域，形成了迥然不同的赛道和细分行业，市场增长由细分领域增长动力引导。



就传感器市场核心细分行业，建议持续关注CMOS图像传感器、光学屏下指纹识别传感器、摄像和雷达传感器赛道。



（一）单一材料传感器发展至复合材料CMOS传感器，CMOS图像传感器位于黄金赛道



传统传感器通过将单一材料对环境中物理量的敏感反应转换为电信号以实现感应，如ECM麦克风中的永磁体，复印机中的有机感光鼓，压电传感器中的压电陶瓷等。但单一材料进过一段时间敏感度衰减程度不一，导致传感器敏感度和精度下降，于是衍生出了复合材料传感器，尤其以半导体材料CMOS为主的CCD图像传感器、CMOS图像传感器、红外传感器、超声波传感器为代表。特别的，在复合材料传感器中，CMOS图像传感器市场是目前市场规模最大，增速最快的传感器。



图像传感器是当今应用最普遍、重要性最高的传感器之一，主要分为CCD图像传感器和CMOS图像传感器两大类，其采用感光单元阵列和辅助控制电路获取对象景物的亮度和色彩信号，并通过复杂的信号处理和图像处理技术输出数字化的图像信息。近年来，CMOS凭借可大规模生产的标准流程工艺批量生产，单位成本大大低于CCD图像传感器，同时集成度和功耗等均优异于CCD，故CMOS图像传感器正在全面取代CCD图像传感器的市场空间，被广泛地应用于手机、汽车、安防、医疗等场景。



据平安证券统计，2019年全球CMOS图像传感器市场规模159.6亿美元，同比2018年增长9.7%，预计到2022年市场规模将达到269.8亿美元，而手机多摄趋势、车用和安防摄像头的需求增长，是CIS市场增长的三大动力。



（1）手机多摄趋势驱动行业增长：智能手机摄像头搭载量不断提升是CMOS图像传感器成长的核心因素。手机从双摄向多摄的趋势带动手机摄像头个数的增多，逐步推动了“广角”“长焦”“微距”和“虚化”等3D成像质量的提升，极大地推动了CMOS图像传感器市场的爆发。2019年每部手机摄像头的使用量约为3.1个，据平安证券预测，预计每部手机的摄像头在2024年将达到4.3个。2019年智能手机用CMOS图像传感器的市场规模是137.5亿美元，预计2022年将达到233.5亿美元，复合增长率达到19.3%。



（2）车用CMOS图像传感器驱动行业增长：尽管全球汽车需求疲弱，但汽车智能化推动单车车载摄像头数量提升，高端汽车的各种辅助设备配备的摄像头可多达8个。根据平安证券预测，未来汽车上的摄像头将可能达到12个。且侧视、环视、前视、内视等镜头对CIS性能要求较高，推升2019-2022年车用CMOS图像传感器市场规模从12.8亿美元增长至25.0亿美元，年复合增长率达到25%。



（3）安防CMOS图像传感器驱动行业增长：随着智慧城市、雪亮工程建设的大力推进，城市视频监控在不断强化视频监控AI智能应用，视频监控的像素水平、超低照夜视功能是辅助AI更好发挥效能的前提和基础，安防所需CMOS传感器2019-2022年CMOS图像传感器市场规模从9.3亿美元增长至11.3亿美元，安防市场规模的年复合增长率达到23%。

综上，手机多摄趋势、车用和安防摄像头的需求增长推动行业2019-2022年市场复合增长率达到17%，CMOS图像传感器位于黄金赛道，未来随物联网的进一步加深融合，智能设备、车联网、智慧城市等进一步打通，CMOS将持续收益细分行业发展驱动。



（二）传感器机构由简单发展成复合型微机电系统MEMS，关注光学屏下指纹识别、车载摄像及雷达传感器



传统传感器结构简单，所测物理量有限且精度较低，MEMS通过三维组合微机械、微能源所形成的系统可以同时感应更多的物理量，并以鲁棒性更强的系统提高感应的精度。未来MEMS将集成存储器和逻辑芯片以提供计算和存储功能，智能传感器将作为新的终端成为AI、物联网的重要边缘感知触手。



1、全面屏淘汰电容式指纹识别，光学屏下指纹识别成为主流



随着手机进入全面屏时代，传统的电容式指纹识别被其他生物识别方案取代。苹果采用了结构光3D识别，其他手机则转向了屏下指纹识别。主流的屏下指纹识别方案有两种，一是三星手机独家采用的高通超声波屏下指纹识别方案，三星以外的安卓阵营如：华为，荣耀，小米，OPPO，VIVO，魅族，一加等，则全部采用光学屏下指纹识别方案。



指纹传感器主流正在由电容式转向屏下光学式发展，指纹传感器发展方向的主要动能是市场对IP68级手机防水解决方案的需求。2017年以前主要的解决方案是电容式指纹识别传感器，2017到2020年屏下光学方案随着全面屏手机市占率的提高逐渐增长，未来全屏式屏下光学传感器将成为发展方向。



2019年随着旗舰机纷纷采用全面屏，屏下指纹识别全面取代传统电容式指纹识别。2019年屏下指纹识别传感器出货达到2亿，相比2018年的2500万个增长了7倍。2019年屏下指纹芯片2亿的出货量中，光学屏下指纹识别技术占比约77.5%，出货1.55亿部，主要品牌有汇顶科技、神盾、思立微；超声波屏下指纹识别技术占比约12.5%，出货0.45亿部，由高通独家垄断，独家供给三星，光学屏下指纹识别成为中坚力量。根据CINNOResearch研究，2020年屏下指纹识别出货量预计在2.73亿左右，同比上升36.5%，同比增速受疫情影响。预计随着疫情的影响逐步消失，屏下指纹识别将回到快速增长的轨道上，预计2019-2022年复合增长率达到64%。



综上，光学屏下指纹识别已成为行业主流，未来随全面屏淘汰电容式指纹识别，预计2019-2022年复合增长率达到64%，未来前景可期。



2、车载摄像头和雷达传感器技术创新活跃，市场规模增长迅速



随5G的逐步落地及人工智能的蓬勃发展，自动驾驶正渐行渐近；从无自动化到自动驾驶，各类驾驶辅助技术的渗透率正在快速攀升。目前，全球自动驾驶技术研发尚处早期，量产车大多集中于L1-L2阶段，但ADAS的渗透将持续进行，同时带动摄像和车载雷达传感器的持续活跃。当前，结合摄像头、超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达从而形成良好的优势互补，融合传感器的方案已成为主流的选择。



车载摄像头按视野覆盖位臵可分为前视、环视（侧视+后视）及内视摄像头，其中前视摄像头最为关键。前视摄像头又有单目摄像头、双目摄像头，乃至多目摄像头等不同的解决方案。虽然双目或多目摄像头具有更高的测距精度和更广的视角，但由于其成本较高以及对精度和计算芯片的高要求，使得其仍未能大规模量产。目前，以Mobileye领衔的单目摄像头解决方案是市场的主流。根据Yole数据，2019年全球车载摄像头市场规模为112亿美元，中国市场规模为47亿元，随着ADAS和自动驾驶的逐步深入，单车所需搭载摄像头的数量不断增加，预计未来几年车载摄像头市场规模将获得较快增长，预计到2025年全球车载摄像头市场规模将达到270亿美元，中国车载摄像头市场规模有望突破230亿元。



随着自动驾驶技术的兴起，车载摄像头、毫米波雷达、激光雷达等新兴高成长领域市场空间广阔、创新活跃，其中涌现了一大批中国创业公司。这些新兴领域中，技术路线百家争鸣、技术标准尚未被国外大厂垄断。同时，在国内良好的创业环境、海内外优秀人才加盟、近年电子产业链积累等因素的共同作用下，中国企业有望突围。



超声波雷达国内厂商成功局部突围，国产替代前景可期。超声波雷达的发展已经相当成熟，国内厂商与国外巨头相比技术差距并不大。然而，国内超声波雷达厂商虽多，大部分却未能进入前装市场。一方面，国内厂商的产品在稳定性和可靠性方面还有待进一步打磨，另一方面整车厂的Tier1供应商较为稳定、进入验证周期漫长。凭借着高性价比的产品、快速及时的服务，国内的同致电子、豪恩、奥迪威的UPA产品，已成功突围进入国内各大车厂。



车规级摄像头模组海外大厂主导，零部件已有国产突破。考虑到安全性及复杂的驾驶环境，车规级摄像头在耐高温、抗震、防磁和稳定性等四方面有着严苛的性能要求。车载摄像头模组均价超500元，而类似配臵的手机摄像头均价不足百元。目前，车载摄像模组市场主要被海外大厂瓜分，包括日本的松下、富士通天、索尼，欧洲的法雷奥、大陆等，几乎都是全球前列的Tier1供应商。国内手机摄像头产业链厂商舜宇光学、欧菲光、晶方科技等正积极发展车载摄像头模组业务。



毫米波雷达技术壁垒高，国内处于追赶状态。毫米波雷达硬件部分主要由射频前端MMIC、高频PCB和信号处理系统组成，每一部分均有较高的技术壁垒，国内较为落后、处于追赶状态；后端算法方面，国内现有技术同样具有局限性，且国外算法受专利保护、价格高昂，其专利授权费约占总成本的50%。全球毫米波雷达市场由Tier1供应商主导，目前已有一批由高校或产业界的科研人员所创立的毫米波雷达创业公司，未来国内有望实现追赶。



激光雷达市场兴起，成本待降低。激光雷达在L3级自动驾驶中开始导入，并由于其高精度、实时3D点云建模的特点将成为L3-L5中最为关键的传感器。目前，大部分车载激光雷达还仅用于试验原型车上，国内的激光雷达厂商拥有不俗的技术实力，在各路技术路线混战的行业背景下机会巨大。



车联网和自动驾驶是未来物联网的重要核心环节，虽然当下距离实现自动驾驶尚远，但随产业和技术进一步发展，车载摄像头和雷达传感器技术创新活跃，未来有望实现产业化发展。






四、总结



未来在物联网产业的推动下，智能手机、车联网、智能硬件等技术的发展以及它们与家居生活的互联互通，都将为人们打开全新的空间与崭新的用户体验感，这些都是传感器应用的热点领域。在工业领域，智能化工厂、数字化工厂同样需要海量的智能设备，大数据的应用、远程监控等方式的普及应用也都对设备的数据采集和传输提出了新的要求。“物联天下，传感先行”，随着物联网的深入发展，作为物联网的基础和核心的传感器行业将率先受益，引领产业发展。