传感器成为大国博弈的“咽喉”：探头才是核电子学的命脉

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核电子学中打交道最多的就是探测器、前端电子学和数据采集系统。换句话说，多数工程师的饭碗就是传感器后端那一段—一但越是做后端，越知道前端那一粒传感器意味着什么。没有它，再好的算法也只是空中楼阁；有了它，一座大科学装置才能睁开眼睛看世界。尤政院士这篇发表在《Instrumentation》2024年第4期的特邀评论时讲：尤政院士：为何专注于开发高端传感器技术至关重要。读罢掩卷，想聊聊几句不那么客气的实话。传感器从来不是配角，它是信息时代的“第一性原理”尤政院士开宗明义就点透了一件事：传感器是物理世界与数字世界之间的桥梁，是信息获取的源头。这句话听着朴素，但分量极重。在核电子学的语境里，我们太清楚这意味着什么—一从地下数干米的钻井测温，到天上飞了十几年的空间科学卫星，再到LIGO那种能捕捉到引力波的超级装置，整个现代科学大厦的地基，就是那一枚枚不起眼的传感器。文章里有一组数字让我印象深刻，也值得每一位搞科研、搞工程的同行反复琢磨：历史上72%的诺贝尔物理学奖、81%的化学奖、95%的生理学或医学奖，都借助了尖端传感器与仪器才得以完成；更有38项诺奖直接颁给了新原理科学仪器的发明者。这不是简单的统计游戏，这是人类文明探索边界的真实刻度。2017年诺贝尔物理学奖授予引力波探测，背后的功臣之一就是Nanometrics的Trillium 240宽带地震仪——它负责把地面最微小的振动测出来，再反馈回去抵消掉，从而让LIGO那4公里长的干涉臂能“听清”13亿光年外两个黑洞合并的余响。再往前看，日本的神冈实验、超级神冈实验，直到今天中国的江门中微子实验（JUNO），那只20英寸的光电倍增管同样是撑起两项诺奖的“电子之眼”。做传感器的人，本质上是在为整个人类的认知边界凿窗。高端传感器的“卡脖子”，卡在哪里尤政院士把高端传感器定性为“卡脖子”技术，这个判断一点都不夸张，而且我觉得还不够狠—它不是一般的卡脖子，是卡在我们产业体系最隐秘、最容易被忽视的那根血管上。为什么这么说？文章从三个维度做了剖析，我结合自己的观察再往下挖一层。第一层是原理、材料、器件的底层创新。高端传感器不是简单把几个元件拼起来，它牵扯的是物理学、化学、微电子、机械、材料等多学科的深度融合。MEMS（微机电系统）工艺就是其中最典型的代表一一它把机械结构与电子电路在微米尺度上集成在一起，既要有半导体的精密加工能力，又要有机械结构的自由度和可靠性。这一层一旦受制于人，上面所有的系统设计都是沙滩上的城堡。笛一层皂跨受利的资木与持术双宓佳屋性 这一占文音说得很古制 但空际情况近比纸面严惨 MFMS倍感器的制造，光刻、刻蚀、薄膜沉积、键合、封装测试，每一道工序都需要专用设备和长期工艺积累。国内MEMS产品平均研制周期长达14年以上，这个数字不是吓唬人，是真的要靠一代代工程师拿经验和失败堆出来的。第三层是应用场景的极度碎片化。光压力传感器就有上千种解决方案，水、交通、工业、航天、医疗各有各的脾气。这种碎片化导致产业难以形成像CPU那样的高度集中，也就更难出现一家独大的国产龙头。做传感器的人常犯一个错误：以为自己做出一款芯片就万事大吉，殊不知真正的门槛在后面—一千行百业的适配、标定、可靠性验证、长期供货能力，每一项都能拖死一个初创团队。80%这个数字，刺痛了谁文章里有一段话我必须原原本本摘出来：“Emerson, Siemens, Bosch, STMicroelectronics, and Honeywell occupy about 60% of the Chinese sensor market share. Approximately 80% of sensors in China are imported, particularly in the high-end sensor market.翻译成大白话：中国传感器市场里，六成的份额被五家外企拿走；而在高端传感器领域，大约八成依赖进口。这不是某一份行业报告的估算，而是摆在桌面上的事实。我这些年跑过不少大科学装置和工业现场，见过太多“看起来国产化率很高、实际上核心敏感元件全是进口”的案例。一台看似完全国产的医疗影像设备，里面的光电探测器可能来自日本；一套号称自主设计的工业控制系统，压力变送器的核心MEMS芯片可能是博世的；就连我们引以为傲的高铁，CRH380AL每辆车上装了1000多个传感器，平均每40个零件就配一个——这些传感器里有多少是真正自主可控的，大家心里都有数。更扎心的是产业链上游的差距。MEMS设计仿真软件基本被海外垄断，光刻、刻蚀、沉积、键合、测试设备大多来自欧美日，6英寸和8英寸硅晶圆的高端供应仍然握在日本信越、胜高等巨头手里。国内MEMS本土晶圆年产能大约只有11.2万片，而全球产能是390万片——这个数量级的落差，不是喊几句“国产替代”就能追平的。那些被低估的“乘数效应”尤政院士用三个比喻勾画了高端传感器的战略价值——“先行官”“倍增器”“胜负手”，我个人觉得还可以再加一个词：放大器。在科学仪器领域，它是先行官。没有高端传感器，就没有X射线衍射仪、CT、超分辨荧光显微镜、电子显微镜、质谱仪、扫描隧道显微镜这些“科学之眼”。在国民经济主战场，它是倍增器。文章举了智能手机的例子：传统手机本来只是通信工具，集成图像传感器、陀螺仪、加速度计、接近传感器、环境光传感器、磁力计、电容传感器、温湿度传感器、气压传感器之后，才变成了今天的智能终端。Statista的数据告诉我们，2022年全球传感器市场规模已达2512.9亿美元，中国占了3096.9亿人民币，2019到2022年复合增长率12.26%——但这只是冰山一角。传感器带动的上下游产业链产值，大约是传感器本身的6倍。

在国家战略工程里，已就是胜负手。高铁的六大关键领域—一列车监测维护、轨道健康监测、列车安全防护、乘客信息交互、能源管理、综合环境监测—一哪一个离得开传感器？医疗领域里，从血管直径、血流、血压、心内压、体温、位移、速度、振动、力、流量到各种化学量和生物量，上百种生理、化学和生物传感器构成了现代诊疗的“金刚钻”。国防就更不用说了，文章提到乌克兰危机中一个令人警醒的数据：20%的弹药（精确制导武器）造成了80%的毁伤效果。现代战争某种意义上就是传感器的战争—一惯性测量单元、激光传感器、红外传感器、毫米波传感器、光电传感器、雷达，哪一样不是高端传感器的集合体？

距离传感器强国，我们还差几口气文章最后一部分谈到了破局路径，这也是我最想展开讲的地方。尤政院士给出了三条：产教融合、协同创新、示范应用。这九个字说起来容易，做起来每一字都是硬仗。产教融合这一条，戳中了行业的命门。传感器是典型的“懂材料的不懂电路、懂电路的不懂工艺、懂工艺的不懂应用”的交叉领域，培养一个能独当一面的传感器工程师，周期往往以十年计。现在不少高校的微电子专业课程还停留在BSIM模型和标准CMOS流程上，对MEMS的体硅工艺、表面工艺、SOI、阳极键合、硅-硅直接键合这些“手艺活”涉猎有限。学生毕业进了企业，还要重新学一遍，这是巨大的社会资源浪费。我特别认同文章中提到的“科学家＋工程师+企业家”复合型人才体系——未来的传感器领军人物，必须既能写得出推导公式，又能下得了超净间，还能看得懂市场需求。协同创新这一条，针对的是传感器产业“碎片化”的老毛病。文章说得很直白：传感器应用面广、产品分散、市场割裂，单打独斗没有出路。政府、企业、高校、科研院所、用户、金融机构必须形成合力，共建公共研发平台和共性技术。这一点我深有体会——MEMS的工程流片成本极高，一次MPW（多项目晶圆）动辄几十万上百万，中小团队根本玩不起。安徽蚌埠推出的“首轮工程流片券”、深圳龙华区的流片补贴政策，单家企业年度最高补助500万元，这种真金白银的支持，才是产业最需要的“及时雨”。示范应用这一条，解决的是“国产传感器不好用、不敢用、不愿用”的死循环。文章建议依托重大国家战略项目和社会经济需求，以应用带研发。这里我想补充一句：示范应用不能只停留在“能用”层面，必须拉到“敢用、愿用、反复用”的闭环里。国产传感器最大的敌人不是技术差距，而是下游用户的“路径依赖”——习惯了博世、意法的参数手册，换一家国产供应商就要重新做可靠性验证，谁都不愿意冒这个险。打破这个僵局，需要的不只是几家龙头企业的自觉，更需要从标准制定、测试认证到采购倾斜的一整套制度安排。写在最后：给同行们的几句掏心窝话

读完尤政院士这篇文章，我最深的感受不是焦虑，而是一种久违的清醒。过去十几年，我们在AI算法、大模型、云计算这些“上层建筑”上跑得太快，快到有时候忘了回头看看地基有没有夯实。传感器这件事，急不得，也躲不过。它不像一款App可以三个月上线迭代，也不像一块GPU可以靠堆晶体管冲性能—一它需西的日十年加_口的丁步 麻

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但我并不悲观。恰恰相反，我看到了一些真正让人振奋的信号。MEMS工艺平台型企业正在把多品类设计和制造能力往本土搬；量子点光谱传感这类源自诺奖级成果的硬科技，正在从中关村的实验室走向产业化的前线；中国MEMS传感器的国产化率已经从2021年的35%提升到2025年的52%，六维力传感器国产化率达到了55%——这些数字背后，是无数工程师夜以继日的试错和迭代。尤政院士在文章结尾写道：“By leveraging the advantages of the new nationwide system and empowering industries with sensors, new productive forces will emerge, driving industrial clustering and fostering the formation of a complete sensor industry ecosystem.”这段话我读了三遍。所谓“新质生产力”，落到传感器这个行当里，就是一句话：把实验室里的样品，变成产线上的产品，再变成市场上的商品。这条路没有捷径，但有方向——那就是产教融合培养人、公共平台降成本、示范应用磨产品、标准认证树信誉。我们行业的人大多这一辈子都在跟探测器打交道，深知一枚小小的传感器背后藏着多少人的青春。它不喧哗，不抢戏，默默地把物理世界的每一次振动、每一缕光、每一丝温度变化转换成数字世界的0和1。但它值得被看见，值得被尊重，更值得被一代又一代中国工程师用心打磨。尤政院士的文章是一声及时的警钟，而我们要做的，是把这声钟敲得更响，让更多人听见，也让更多人加入进来。以上。

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