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介紹與主題分析 據麥姆斯咨詢報道，近期，Roger H. Grace開辦了主題為“MEMS和傳感器的市場營銷：是矛盾修飾法還是真正機遇？”的系列教程。本次介紹其中一章，主題為：是將“S”（指Solution，解決方案）重新引入MEMS，以及剖析這樣做將面臨的挑戰。 考慮到本系列教程關注的主題是：市場營銷角度的“矛盾修飾法”。而本章“微機電系統（MEMS）”主題自身實際上就是一種矛盾修飾法或用詞不當，從以下觀點可以看出： 1. 據羿戓設計所了解，，MEMS很多情況下就是提供單一功能的獨特器件，并不是一個系統。 2. MEMS可以并經常實現機械性能相關的功能，同時人們還意識到MEMS可以實現其他跨領域功能，包括電化學、光電、微流控和執行器、以及不只是傳感器的結構元件等。 由此我們認為，這兩點就體現出MEMS本身的矛盾修飾法。 大約38年前，Roger H. Grace在加州圣何塞（San Jose， California）的Foxboro ICT公司擔任市場經理時，加入了MEMS協會，那時他們將這些器件稱為“集成電路傳感器”（integrated circuit sensors）。而幾年后，Roger H. Grace成為一名顧問和Nova Sensor創始團隊成員時，這些器件就被改稱作“微型機械傳感器”（micro-machined sensors）。 Nova Sensor成功地將自己定位為MEMS技術的領軍者。而MEMS的縮寫是Kaigman（Ken）Gabriel于25年前在馬薩諸塞州科德角（Cape Cod， Massachusetts）的IEEE技術會議上創造的，這個名稱沿用至今。 為了更多了解MEMS如今的現狀，我們對來自各地的同行進行了采訪。 從約20名受訪者的不同回答中，得到關注和證實最多的問題就是：目前傳感器/MEMS營銷缺乏系統或解決方案。很明顯，為了獲得最優成功，傳感器/MEMS供應商不僅需要提供器件/元件，還需要提供最能滿足客戶需求的、可為產品增加價值的系統或解決方案。 Kensall Wise教授是MEMS的先驅之一，他于上世紀90年代在密歇根大學（University of Michigan）創建了無線集成微系統（WIMS）中心。Kensall Wise教授及研究人員的目標是為包括氣相色譜光學儀器（gas chromatography optical instruments）在內的各類應用開發和集成基于傳感器解決方案的各種元件。他們在低功耗CMOS和能量收集功能的開發研究曾獲得美國國家科學基金會（NSF）工程研究中心（ERC）10年的專項資助。 密歇根大學的WIMS中心如今已更名為“無線集成微型傳感器和系統（WIMS2）”。目前，該中心擁有40名教職工、124名研究員，同時已孵化了15家企業，發表了1796篇出版物，并獲得了86項專利。在Roger H. Grace被邀請去巴西馬瑙斯（Manaus Brazil）的會議進行主題演講后，Roger H. Grace自己就成為此概念（指MEMS）的早期采納者，也因此有幸在德國開姆尼茨（Chemnitz Germany）與弗勞恩霍夫協會電子納米系統研究所（Fraunhofer ENAS）所長Thomas Gessner教授會面并討論此概念。Thomas Gessner的智能系統集成（Smart Systems Integration）方法對Roger H. Grace來說很有意義，自那以后Roger H. Grace便成為Thomas Gessner的弟子，并從2000年初開始積極地改進此概念。Roger H. Grace在組委會工作，并且定期會在歐洲會議上提交論文，該會議舉辦時間為每年春季，舉辦地點為歐洲的不同地方，會議名稱保持一致。此外，早在2008年，Roger H. Grace就撰寫了關于該主題的第一批文章。Roger H. Grace將此概念命名為基于MEMS的系統解決方案（MBSS），正是由此開始，迫使設計工程師思考芯片以外的事情，并傾聽客戶的聲音。 Roger H. Grace認為，Gessner教授和Wise教授是真正有遠見卓識的人，也是系統集成概念的傳播者，如下圖所示，詳細說明了此概念。 基于MEMS傳感器的系統解決方案（MEMS Sensors-Based System Solutions）是建立在強大的系統工程原理的基礎上的，由MEMS前端部分（傳感器/執行器/結構）、信號處理、電源/電源管理、通信、封裝/互連等功能組成 基于MEMS傳感器的系統解決方案（MEMS Sensors-Based System Solutions）是建立在強大的系統工程原理的基礎上的，由MEMS前端部分（傳感器/執行器/結構）、信號處理、電源/電源管理、通信、封裝/互連等功能組成 Roger H. Grace對MBSS的定義包括以下功能性元件： - MEMS前端部分（傳感器/執行器/結構）； - 信號處理； - 電源/電源管理； - 通信系統（有線或無線）； - 封裝/集成和互連（最重要）。 由于最后一項通常占總成本的65%，因此這是創建成功解決方案至關重要的一點。以上均由強大的系統工程主體來支持。 采用此類系統的情況有： - 特別是在有巨大價格壓力的成熟/商品市場中，為供應商提供高度差異化的產品，可在市場中取得競爭優勢。 - 解決了許多客戶內部系統工程資源有限的問題，并要求供應商提供完整解決方案，以解決最小化接口問題�？蓪⑵淇醋鞴蛡蜓b修承包商而不是單個管道工、木工、電工等工人來重構你的房子。 - 供應商希望為其產品提供更高的價值，并有希望提高利潤空間。 然而，如果解決方案供應商想要成功，必須有豐富的資源幫助系統工程師構建解決方案，同時在銷售前端還要有一個非常強大且有能力的應用工程團隊可與客戶進行恰當溝通。遺憾的是，由于許多傳感器/MEMS公司并沒有足夠的資源來讓他們完成上述過程，僅這些要求已將他們淘汰出局。 以Roger H. Grace的想法，大部分傳感器/MEMS制造商已在無系統方法中開始通過提供信號調理和補償ASIC來彌補自身的弱點。ASIC中的功能包括模擬/數字信號轉換、濾波、放大、以及含專有算法在內的嵌入式處理。 可以肯定的是，如今銷售中包括ASIC在內的大多數傳感器主要被用作異構電路元件。包括美新半導體（MEMSIC）和早期亞德諾半導體（ADI）在內的幾家公司在加速度計設計時曾采用單片集成電路的方法。ADI在許多年前已放棄此方法，而現在他們加速計中使用的是分立的ASIC。 關于“將‘S’（解決方案）引入傳感器/MEMS”的討論 以下是針對該主題20位受訪者中一些令人印象深刻的回答： Rob O’Reilly（ADI）認為，“隨著傳感器/MEMS供應商開始提升產業鏈，系統和物聯網解決方案的營銷方法需要適應不斷改變的環境。贏得‘入口’不再流行，與潛在客戶的最初談話變得更加復雜。相關討論已超越簡單的傳感器/MEMS，擴展到包括電源管理、邊緣計算、網關、微控制器、無線傳輸、云計算及連接等領域。在對現有客戶和潛在客戶初始系統/物聯網的探討中，系統工作知識更多是一種需求。隨著工具、云合作伙伴、傳感器群集及應用的擴展，營銷正變成一種團體項目。隨著市場的擴張，營銷方式也必須擴展，才能跟上在數字世界中傳感器/MEMS應用的多元化、嚴峻性、復雜性和持續的挑戰。是的，這將是一個嶄新的世界�！� Juan Figueroa（NSF）認為，“在研究向NSF（美國國家科學基金會）SBIR（小型商業創新研究項目）提交的提案時，我發現了2002年至2007年期間提案重點的主要轉變：從MEMS元件到系統和應用解決方案的轉變。MEMS似乎已演變成了傳感器，而MEMS幾乎已從提交的建議書中消失了。我認為這是由于MEMS錯誤的觀點導致的，而使用MEMS這個詞只會使信息更加復雜�！� Janusz Bryzek（eXo Systems)）的觀點是：“如果想要MEMS成功，必須出售從基于傳感器應用獲得的信息，同時還需含有包括數據分析在內的功能并提升產業鏈，即傳感器必須智能化�！� Sandeep AkKaraju（eXoImaging）認為，“與只銷售功能性元件相比，MEMS供應商越來越多地向客戶提供系統和應用解決方案。成功的供應商提供獨特的解決方案，而不是拼價格。價格將取決于所提供解決方案的能力，也就是提供可操作的信息。” Steve Whalley（Whalley Consulting）認為，“大多數傳感器/MEMS目前都被視為商品，而市場營銷人員并沒有成功地最大化其產品價值。他們需要提升產業鏈，并將傳感器中樞/傳感器融合、數據分析和深度學習軟件加入到解決方案中，以達到成功競爭的目的。隨著物聯網產品和其它許多產品中傳感器使用的大幅增長，大數據也隨之產生。我們可以利用這些數據、通過微調傳感器算法和傳感器本身，來改進整個應用解決方案。數據增長速度驚人，或是在某些情況下已經超出預計，工程師們如何能將這些數據轉化為有用的分析并不斷改進產品是個大問題。幸好有機器學習（Machine Learning）、深度學習（Deep Learning）和人工智能（AI）可以在無需傳統編程方法的情況下，在海量數據集中識別出微妙的模式。這個新工具打開了曾經認為無解的新應用。如果您沒有在基于傳感器的解決方案中使用這些技術，您應該考慮這樣做�！� Jim Knutti（Acuity）認為，“重要的是要記住，MEMS技術的真正力量是為物理世界和電子信號處理之間提供橋梁。最近的熱點在MEMS傳感器上。然而，執行器、封裝、能源收集，以及諸如機械放大器、微流控和細胞分選等其它器件結構，均可成為低成本信號處理與物理世界接口的關鍵。一個典型的完整自動系統依賴于收集信息、驅動信號處理來解釋數據、封裝系統、以及響應等所有環節。MEMS技術可以為以上每個步驟提供關鍵接口，并為新系統提供更多機遇�！� Gary Winzele（DunAn Sensing，盾安傳感）說，“在過去的客戶應用、測試和制造方面，很容易依賴于已有的方式。而如今的競爭中，真的需要退后一步，忘記過去，重新開始。最近我們有個客戶要求用壓力傳感器來測量暖通空調系統（HVAC system）中的制冷劑。如果在過去，只需要做的就是滿足詳細的壓力需求，就可以圓滿完成任務。但是我們決定跳出這個框框，嘗試一種不同的方法，一種系統級的方法。我們問自己：為什么要為這個應用測量壓力？當了解該系統需要測量制冷劑的過熱狀態，同時計算也需要知道溫度，并且最理想的是可在同一位置測量壓力時，答案就來了。如果我們的壓力傳感器中帶有溫度傳感器會怎樣呢？這將節省購買溫度傳感器和額外線路的費用，實現節約成本的目的，同時由于位置原因，測量結果也會更加準確。這個設計很好，但現在我們還必須將此器件制造出來并且在價格上有一定的競爭力。再一次，讓我們再退一步，忘記過去是怎么做的。我們還需要簡化設計，以達到實現快速測試并輕松集成到任何客戶應用中的目的。正是如此，我們設計出了盾安（DunAn）的DURAsense Core，它減少了重量，使測試夾具更易裝配（無線程），并且減少了測試時間�，F在，它可經過充分測試和校準，并適應客戶需要的任何一種住宅/連接器配置，并且過熱測量的成本極低�！� Matteo Rinaldi教授（美國東北大學）認為，“物聯網革命的關鍵挑戰是如何在世界范圍內推動并保持互連器件的快速增長，預計到2020年互連器件將從目前的150億顆增長到500億顆再到2000億顆。支持如此龐大的網絡需要傳感器和執行器的尺寸和功耗均需要比當前版本小得多。在沒有相關信息的情況下，即使使用最先進的傳感器監測環境也需要持續不斷地消耗電能。正是持續的功耗限制了傳感器的壽命，并導致部署和維護的高成本。我校團隊最近打破了這種待機時浪費能源的基本范式，發明和演示了一種完全無源的數字化傳感器微系統，該系統可通過只利用物體特定物理特征所包含的能量來探測和區分感興趣的事件。這種新器件的概念為持續的、事件驅動傳感能力的發展鋪平了道路，在這些傳感能力中，物理、電磁和其他傳感器可以保持零功耗休眠狀態，直到被與感興趣事件相關的特定物理特征喚醒。當有用信息出現時，這些零功率傳感器具有幾乎可無限期運行的能力，這種情況對物聯網的繁榮具有開創性影響。將如此大規模微型零功率傳感器部署嵌入環境、城市基礎設施、建筑和房屋中，將使與環境壓力、安全威脅、流動性、交通、室內/室外空氣質量和污染模式的相關信息進行實時采集，從而促進城市、建筑、房屋和交通的智能互聯發展，這將使我們的日常生活更加安全，并可更簡單、有效地提升整體生活質量�！� Mark Laich（Laich Advisory Group）認為，“每家MEMS公司都應該清楚，提供傳感器解決方案的價值遠勝于元件。然而，我們行業所面臨的挑戰是獲得知識產權的賠償，這應該是我們在投資參考設計和其他類型傳感器解決方案中的重要組成部分。正如2017年MEMS和傳感器執行大會上“非正式談話”（the Fireside Chat）中的投資人板塊所指出的那樣，MEMS公司常常犯一個錯誤，即放棄他們本身的系統級知識產權，只是銷售MEMS元件。我們的客戶很樂意支付元件費用從而獲得如此廉價的設計知識。因此，在提供MEMS系統解決方案有助于我們獲得競爭優勢的同時，我們需要為這些解決方案開發更復雜的創收模式，以分攤我們在解決方案知識產權（IP）上的投資，并為我們的股東提供更好的營收。這需要我們的銷售及營銷組織采取一種嚴謹的方式，來打破我們行業以往的傳統做法�！� Rick Russell（Merit Medical）認為，“如專注于系統集成的汽車、醫療和航空航天等領域已建立成熟的體系，因此我對物聯網下一代重大技術的發展市場期待滿滿。然而，從一個行業到另一個行業的集成有著巨大差異。例如，主要由管理委員會推動的醫療行業趨向于方案的長久性，對于創造性解決方案的代價并不太敏感，反而更關注應用領域。與之相反的是，汽車市場則試圖通過集成傳感器和電子元件來降低成本。安全氣囊控制模塊就是一個很好的案例，它不僅包括復雜的安全氣囊電路，還包括用于碰撞檢測、翻轉和車輛穩定性的MEMS傳感器。這便是傳感器融合很棒的樣例。隨著該趨勢的持續發展，我們看到越來越多的公司希望擴大其在電子產品領域的能力。憑借不僅可用于感知能力，還可用于收集和報告數據的傳感器集成到系統中的方式，傳感器將會變得越來越有價值。” 總結與結論 本篇文章試圖闡明與傳感器/MEMS市場營銷相關的矛盾修飾法，及與其系統部分或缺點的相關問題。Roger H. Grace相信：針對以上兩個問題，傳感器/MEMS的工作者們為了克服這些困擾多年的問題，正慢慢地推動傳感器/MEMS的進步。 有趣的是，密歇根大學無線集成微系統（WIMS）中心的Ken Wise教授在2000年就發起了系統集成運動，他和研究人員在那次活動中取得了非凡的成就。同樣的情況也發生在Thomas Gessner教授身上。然而，此前傳感器/MEMS行業并沒有積極地向兩位有遠見科學家的成果看齊。 眾所周知，企業僅僅制造傳感器/MEMS元件，根本無法生存，在行業活動的各種演講中該事實被頻繁提及。企業有必要針對解決方案提升價值鏈并增加功能。麥姆斯咨詢也曾提到，供應商不僅需要提供基于傳感器/MEMS的硬件系統，而且還需要提供如從這些系統收集信息并向客戶銷售等額外服務。 舉例說明，供應商在農業中安裝傳感器/MEMS，并向農民出售灌溉和施肥方面的信息和建議，使農民耕種最大限度地提高產量、減少成本和污染。其實，這就是終極系統解決方案。該案例說明，傳感器/MEMS和解決方案同樣重要。 |
