感器指一种装置或元件,能侦测、测量并回应周遭环境的物理、化学或生物讯号,并将之转换为可处理、显示或传输的电子讯号。另一方面,执行器指接收控制讯号的装置,能依据控制系统的指令驱动机械元件执行物理操作,例如产生力或运动。在智能系统的感知 — 决策 — 执行 — 反馈循环中,传感器及执行器是连接实体与数字世界的核心互动元件。
传感器负责归集环境或运作数据,并将之转换为可分析的讯号,作为系统决策依据。随后,执行器将执行决策指令,产生机械或物理反应。执行结果经反馈机制持续监测,实现系统的自我调节与优化。传感器及执行器共同构成动态闭环机制,为自动驾驶汽车、智能家居及智能终端等应用场景提供自动化、精密控制及自适应智能的技术支撑。
传感器可依据其工作原理分类,该等原理决定了传感器如何侦测物理量,并将之转换为可测量的讯号。主要类别包括机械式、电磁式、电化学式、光学式及热感应式传感器。同样地,执行器亦可依其工作原理分类,该等原理定义了执行器如何将各类能量转化为机械运动或物理输出。主要类型包含电磁式、静电式、压电式、热力式,以及液压或气动执行器。
传感器及执行器市场的价值链分析
传感器及执行器是众多高科技领域的核心组成,供应链结构複杂且精密,具备电子及资讯制造业的典型产业链特徵。具体而言,传感器及执行器行业的价值链有三个关键环节。上游环节包含原材料供应商、电子元件供应商以及软件和IP核心供应商。中游环节是产业链的主体,透过设计、制造、封装及测试将上游原材料转化为具体产品。该领域业者业务模式多元,主要分为IDM、无晶圆厂及晶圆代工厂三类。传感器及执行器价值最终于下游环节实现,服务各种产业应用。
上游:基础材料及核心元件
上游业者的核心价值是构筑传感器及执行器行业的技术骨干。该等业者提供的基础材料、电路及内置算法能决定产品的性能、精准度及智能程度。该等业者以材料科学、芯片设计及软件架构方面的创新,实现了更高灵敏度、更低功耗及更强系统整合力,从而创造显著价值,主导了整个行业价值链的竞争节奏。
中游:元件制造商、模组生产商及系统整合商
在中游环节,元件制造商作为产业核心技术供应商,负责以不同的营商模式(IDM、无晶圆厂与晶圆代工厂)研发与制造关键传感芯片及执行芯片。IDM企业透过整合设计与制造,严格控制性能、成本及供应链稳定性,确保产品具备极度可靠。
无晶圆厂企业专注于芯片架构、讯号处理演算法及混合讯号创新,在提升精密度、效能与微型化的同时,仰赖晶圆代工厂进行晶圆生产。晶圆代工厂则提供标准化或特殊制程,为广大客户群交付品质卓越的传感或执行芯片。除了离散芯片生产之外,中游产业已演变为多层次协作生态系统,涵盖元件制造商、模组生产商与系统整合商。元件厂商提供高效能传感与执行元件;
模组生产商将该等元件整合至电路、封装、校准逻辑与通讯接口,形成可随时嵌入的功能单元;系统整合商则将多个模组组装成客制化解决方案,应用于汽车、工业、智能家居及消费电子领域。这三层结构共同构成紧密相连的价值链,此架构不仅缩短下游客户的产品推出市面的时间,更将其角色从零件供应商拓展为全栈传感与执行智能的赋能者。
最为重要的,是中游参与者正逐步超越硬件交付范畴。元件制造商与模组生产商现已提供嵌入式韧体、讯号调变演算法、自我诊断功能,甚至云端连线的配置或监测工具,此趋势显示产业正从纯元件供应商转型为整合硬件、软件与全生命週期服务的解决方案供应商。
下游:终端应用
传感器及执行器行业的下游环节涵盖多元应用场景,包括汽车、智能家居、智能终端、工业制造、医疗电子及网络通讯。透过加入传感及执行技术,该等领域能实现即时监测、控制和智能互动。
全球与中国传感器及执行器市场规模
传感器作为现代资讯体系的基本构成单元,是现实世界与数码世界间至关重要的接口。无论在汽车、智能家居、智能终端、工业制造、网路通讯或医疗电子领域,传感器皆能实现环境感知、数据採集与状态监察,这些功能直接决定终端用户系统的精准度、智能层级与运作的稳定性。同时,执行器则扮演核心机制,将电子讯号转化为实际行动。
不论是驱动动作、调节、振动、气流、剂量控制或其他机械反应形式,执行器皆将感测结果转化为具体的系统行为。其响应表现、精准度与耐用能力大大影响下游应用中的自动化、互动与控制的效能表现。传感器与执行器共同构成感知 — 决策 — 行动的整合闭环系统,成为全球智能产品与联网基础设施发展的基石。
全球与中国的传感器市场持续增长,规模分别由2020年的约1,891亿美元及人民币2,929亿元扩大至2024年的2,371亿美元及人民币3,983亿元,複合年增长率分别约为5.8%及8.0%。于同期,全球与中国的执行器市场规模,亦分别由2,621亿美元及人民币3,945亿元增长至3,205亿美元及人民币4,991亿元,複合年增长率分别约5.2%及6.1%。
展望未来,对智能感知与精密运动控制日益增长的需求,推动向更高性能、更微型化且具备软件增强功能的传感器与执行器转型的趋势。预期全球与中国的传感器及执行器市场均将维持稳定增长,由2024年至2029年的複合年增长率分别约达4.8%与6.2%,预计至2029年规模将分别达约7,036亿美元及人民币12,096亿元。
智能家居领域的传感器及执行器市场
全球及中国智能家居市场正呈现强劲增长,此趋势由物联网连接技术日益进步,以及消费者对便利、安全与能源效率的需求所驱动所致。在此趋势下,传感器与执行器是任何智能家居系统不可或缺的核心模组,透过建立监测、决策与控制的闭环循环,实现关键自动化功能。传感器作为数据採集单元,持续测量环境参数如动作、温度、湿度与光照强度。
该等数据传输至中央处理单元后,经分析输入数据并判定适当的系统反应。执行器随即依据指令执行物理动作,从而改变实体环境状态。此整合机制将独立装置转化为协调运作的自动化家居环境,使两者成为智能家居基础架构的关键构成要素。
最为重要的,智能家居产品所採用的执行器通常归类为微型执行器。相较于汽车与工业制造领域常需高功率、强大力量及在恶劣环境下的执行器,智能家居专用执行器更注重微型化、低耗能及对微小动作的精准控制。此类执行器能实现精细且高度可控的动作,例如气流调节、微振动回馈、阀门切换、镜头移位或细微机械反应,从而支援静音运作、能源效率,并能无缝整合至小型消费性装置内。
这些特性对于整合至紧凑型电池供电消费装置至关重要,因其静音运作、空间效率与精准定位控制正是用户的核心需求。于2024年,全球智能家居产品的传感器和智能家居产品的执行器的市场规模分别约230亿美元及459亿美元。中国市场规模同样显著,同年份相对应的市场规模分别约达人民币449亿元及人民币865亿元。
随著智能功能持续融入住宅环境,以及物联网的连通性、能源效率及以用户为主的自动化技术发展,于2029年,全球与中国供给智能家居产品的传感器与执行器市场规模预计达到约879亿美元与人民币1,956亿元,2024至2029年间预估複合年增长率分别约为5.0%与8.3%。智能家居传感器与执行器模组供应商具备坚实基础,可望拓展至具实体形态的AI代理市场。
市场规模蓬勃发展,预计将从2024年的约人民币287亿元,增长至2029年的人民币1,782亿元,期内的複合年增长率高达44.1%。彼等在开发与生产微型化、低耗能且具成本效益的元件方面的经验能感知环境数据并执行物理动作。核心技术如精密运动控制、环境感知及与中央处理单元的无缝整合,均具备高度可转移性。凭藉在消费应用领域建立的稳健供应链与量产能力,该等供应商能有效调整现有模组以满足具身智能系统的进阶需求,从而实现向新兴领域的自然且战略性的业务多元的佈局。
汽车领域的传感器及执行器市场
传感器及执行器是现代车辆的基础元件,赋予由动力系统管理、车辆安全到乘客舒适度等核心功能。压力、温度与流量传感器实现引擎及煞车系统的精准控制,而位置与加速传感测器则监测车辆动态的即时状况。外部配置的超音波传感器、摄影机、激光雷达与毫米波雷达则提供全面环境感知能力,为先进驾驶辅助系统(ADAS)提供关键数据,支援物体辨识与碰撞避免功能。
2024年,全球汽车专用传感器和汽车专用执行器市场规模分别达到约457亿美元与406亿美元,反映2020至2024年间的複合年增长率约6.2%与4.1%。同年中国汽车专用传感器和汽车专用执行器市场规模分别达到约人民币895亿元与867亿元,2020至2024年间相应的複合年增长率分别约为11.0%与5.8%。
全球及中国汽车市场已出现重大转变,目前增长主要由新能源车分部所带动。2020至2024年间,全球新能源车销量以复合年增长率约53.2%扩张,中国市场更以複合年增长率约75.2%领先,充分显示该分部作为行业扩张核心引擎的地位。随著电动化浪潮、软件界定车体结构及先进驾驶辅助系统日渐普及,车载传感与执行系统对数量、精准度及智能的需求飙升,预期新能源车的持续加快普及将会成为未来需求的核心驱动力。
相较传统车辆,新能源汽车需配置更多传感点位、更为精密的热管理系统及更频繁的机械反应机制,为高性能传感器与执行器创造持续且结构性的成长契机。据此预测,至2029年全球与中国的汽车业专用传感器及执行器的市场规模,将分别达到约1,089亿美元与人民币2,477亿元。在汽车使用的各类传感器中,超音波传感器担当高度专业且不可或缺的角色。
其主要应用于短程物体侦测与距离测量,对于低速操控应用(如停车辅助与自动泊车系统)至关重要。在该等情境下,超音波传感器能精准提供障碍物距离回应。儘管摄影机、激光雷达与毫米波雷达在高速或长距离感知方面表现卓越,但超音波感测器凭藉其高成本效益、各类气候条件下的稳健能力,以及极近距离的无可比拟精准度,仍具有难以取代的能力。此外,在现行技术限制下,尚无单一传感器类型能可靠支援全情境自动驾驶。
因此,多传感器融合已成为业界主流方案,透过整合多元数据输入来提升感知精准度与系统稳健性。此複合特性确保其于汽车传感器生态系统中持续担当关键角色。2024年全球与中国汽车专用超音波传感器市场规模分别达约72亿美元及人民币134亿元,2020年至2024年间複合年增长率预估分别为16.0%与17.4%。到2029年,预计全球与中国市场规模将分别达到约113亿美元及人民币226亿元。
智能终端市场领域的传感器及执行器市场
传感器及执行器作为智能终端的核心赋能技术,广泛应用于移动电话、平板电脑、台式电脑、个人电脑及消费电子产品。传感器持续监测装置内部状态与外部环境,归集诸如环境光线(用于自动调节萤幕亮度)、方位角度(实现萤幕旋转)、距离感测(通话时停用触控输入)及生物特徵识别(强化安全性)等关键数据。
执行器则依据这些数据执行物理反应,例如提供触觉回馈的触觉振动马达、透过调整镜头位置实现清晰成像的相机自动对焦执行器,以及为散热管理启动的微型风扇。这种传感与执行的闭环互动,使智能终端不仅是被动的运算工具,更成为具备情境感知能力的自适应系统,从而提升使用便利能力、运作效率与沉浸体验。
2020至2024年间,智能终端市场因疫情导致的供需失衡、宏观经济压力及创新週期延缓而出现波动。展望未来,随著AI驱动的产品升级、应用场景扩展及宏观经济逐步复甦,市场预期将迎来复甦。籨2024年至2029年间,全球与中国智能终端用传感器及执行器市场预计将分别以约2.5%与4.8%的複合年增长率扩张,至2029年规模将达到约719亿美元与人民币1,201亿元。
中国传感器及执行器市场的未来趋势
AI集成智能作为次世代前沿领域:智能传感器及执行器的未来轨迹,取决于内置人工智能的深入程度,换言之,全行业正从提供原始数据转向提供智能决策能力。此演变正循两条主要路径发展:其一为轻量级AI模组落地,藉此实现即时边缘处理,以提升响应速度、安全性及自主性;其二为开发自适应系统,赋能自主校准及预测维护。随著AI集成程度加深,该等元件将发展为认知节点,透过动态学习及优化能力,满足多元应用场景在可靠性及性能维持方面日益增长的需求。
多模态感知及更深度的硬件集成:深度集成已成为传感器及执行器的主要技术方向。该趋势在两个关键维度展开。第一,多模态感知日益普及,透过将多种传感功能集成至单一设备中,实现更广泛的环境感知,同时减少传感器的数量及整体系统成本。第二,传感、算法及控制单元已统合至单一智能模组或芯片,形成小巧闭环的单元,具有更快更可靠的响应能力。该等集成模组尤其适用于智能家居、智能终端及高级机器人等对空间效率和集成度有严格要求的领域。
从标准化元件转向定制化、注重可靠性的解决方案:传感器及执行器行业正在转向,积极与下游制造商共同创建解决方案,以满足汽车电子和智能机器人等领域的特定需求。下游传感器及执行器供应商也从标准化硬件供应商,转变为早初研发的合作伙伴,参与界定产品规格,开发出具专用算法和接口、定制化的安装即用解决方案。行业日益重视垂直合作并以质量为本,长期稳定性及一致性将成为技术成熟度及竞争力的关键衡量标准。为作应对,传感器及执行器供应商正在加强生命週期质量管理,以提升价值链各环节的可靠性及可追溯性。
中国传感器及执行器企业向全球扩张:在中国传感器及执行器行业,企业向海外扩张日渐成为一大未来趋势。就需求角度而言,全球制造业持续向智能化转型,加上新兴市场工业化程度不断提升,对高可靠性智能传感器及高精度执行器的需求持续增长,为中国企业带来结构性机遇。
凭借成熟且完善的电子供应链体系,中国企业在原材料採购、元件定制及生产协调等各阶段建立了产品成本效益、供应链应对能力及定制能力优势。更重要的是,作为全球制造业应用场景最丰富的国家之一,中国为传感器及执行器企业提供了海量真实数据及迭代测试环境。此“场景赋能”经验是与国际对手竞争的核心差异化优势。
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