2023年芯动联科研究报告:MEMS惯性传感器龙头,国产替代空间广阔

1 公司简介:高性能 MEMS 惯性传感器龙头

1.1 基本概况:高端 MEMS 惯性传感器龙头企业

公司成立于 2012 年,是国内高性能 MEMS 惯性传感器龙头企业。公司的主要产 品为高端 MEMS 惯性传感器,包括 MEMS 陀螺仪和 MEMS 加速度计。陀螺仪方 面,公司于 2015 年研制出第一代 MEMS 陀螺仪,2017 年实现第二代陀螺仪的量 产,2019 年实现第三代高性能陀螺仪的量产。加速度计方面,公司于 2018 年实 现高性能加速度计的量产,随后产品开始大量导入客户。公司于 2023 年在科创板 上市,同时推出了新的高精度压力传感器产品。公司产品主要下游为高端工业、 无人系统和高可靠领域,创新性地解决了 MEMS 惯性传感器领域的技术难点和 应用难题,成为下游客户重点项目推进中的主要配套产品供应商。

高性能 MEMS 惯性传感器供应商,产品应用范围广阔。公司产品主要为高性能 的 MEMS 加速度计和 MEMS 陀螺仪,按用途可以分为惯性导航、平台稳定、姿 态感知和状态监测。按下游主要应用于飞机、汽车、船、机器人、卫星、动中通、 雷达、高铁等设备上。

1.2 股东与管理层:股权结构稳定,管理层具备丰富产业经验

公司的实际控制人为金晓冬。前三大股东为 MEMSLink、北方电子院、北京芯动, 分别持有公司 23.43%、23.20%、15.64%的股份,金晓冬通过直接持股以及持股 MEMSLink、北京芯动以及宣佩琦与其一致行动合计实际支配公司股份表决权为 43.94%。

三十多年集成电路从业经验,带领团队披荆斩棘。公司董事长邢昆山自 1988 年就 进入集成电路行业,在行业内深耕三十多年,同时公司的多位董事及核心技术人 员均在集成电路行业内从业十年以上,是一支非常具有经验的团队。

1.3 经营分析:营收高速增长,费用率保持稳定

营业收入与归母净利润高速增长。营收端,2019-2022 年公司营业收入从 0.80 亿 元增长至 2.27 亿元,每年收入同比增速在 35%以上。利润端,2019-2022 年公司 归母净利润从 0.38 亿元增长至 1.17 亿元,每年归母净利润同比增长也保持在 35% 以上。公司营收和归母净利润实现连续高速增长,主要是由于公司高性能 MEMS 惯性传感器产品性能逐渐受到更多下游厂商认可,公司实现产品销售量每年大幅 增加所致。

产品结构上,MEMS 陀螺仪为公司贡献绝大部分营收。分产品结构来看,公司营 业收入由 MEMS 陀螺仪、MEMS 加速度计、惯性传感单元 IMU 和技术服务四块 业务贡献,其中 MEMS 陀螺仪贡献大部分营收且份额较为稳定,2020 年到 2022 年分别占营收的 77.7%、80.1%、80.6%。公司 MEMS 加速度计为第二大产品,其 中 2020-2021 这两年营收较为稳定,而 2022 年营收出现下滑,主要是由于该年度 加速度计厂商延迟采购所致,预计 2023 年加速度计营收有望恢复增长。此外,公 司惯性传感单元 IMU 和技术服务营收也逐步起量,在公司营收中占比逐渐提升。

公司毛利率维持高位,净利率稳定上升。从毛利端看,公司综合毛利率维持在 85% 以上,处于行业中非常高的位置,主要原因为公司产品已达国际先进水平,能够 按照国际大厂定价,具有较大自主定价权。分产品看,公司陀螺仪和技术服务毛 利率较为稳定,且均维持在 85%以上。而公司加速度计和惯性测量单元 IMU 毛利 率在 2019-2021 年呈现下滑趋势,其中 IMU 从 96.0%下滑到 79.7%,并在 2022 年 持续下滑至 76.7%。加速度计毛利率由 91.0%下滑到 2021 年 76.8%,并在 2022 年企稳,小幅增长至 78.7%。下滑的主要原因为公司的 IMU 和加速度计大幅起量 导致产品单价呈阶梯式下降,同时公司也向客户给予了一定的优惠措施所致。净 利率端,公司净利率整体呈现稳定上升趋势,2019-2022 年从 47.5%上升至 51.4%。

公司下游高可靠领域占比较高。公司下游可分为高端工业、高可靠和无人系统, 其中高可靠领域占公司营收最大。其中 2022 年高端工业占据 15%份额,高可靠占 据 75%份额,无人系统占据 10%份额。从变动趋势来看,高可靠系统占比较为稳 定,无人系统收入占比降低,高端工业占比在逐渐上升。从下游毛利端看,高端 工业和高可靠领域毛利率较为稳定,而无人系统领域毛利呈现下滑趋势,这是由 于无人系统出货量基数较小,随着出货量增长平均价格下降,导致毛利率下滑。

陀螺仪产品迅速放量,加速度计产品销量有所下滑。从公司产品价格端来看, MEMS 陀螺仪均价呈现下降趋势,主要原因在于公司基础型陀螺仪大幅放量,陀 螺仪总出货量从 2019 年 1.3 万件增长至 2022 年 6.7 万件,而基础型陀螺仪采用阶 梯式成本定价法,随着出货量增加,价格也会逐渐下降。公司 MEMS 加速度计均 价保持稳定,但出货量有所下滑,由 2021 年 1.30 万件下滑到 2022 年 0.98 万件, 主要是由于 2022 年下游厂商对加速度计的采购延期所致。

公司控费能力优秀,费用率水平长期保持稳定。得益于优秀的管理能力,公司四 费水平长期保持稳定状态。销售费用率角度,2019-2022 年公司销售费用率小幅度 下降,从 2.26%下降至 1.75%,主要由于公司产品多为高端产品,且下游客户较 为集中,规模效应得到体现。研发端,公司研发费用率呈现稳定上升趋势,主要 由于公司需要保证每年的研发投入以维持公司高端产品的行业地位。管理费用基 本保持稳定,体现公司优秀控费水平。

2 行业分析:MEMS 惯性传感器应用广泛,市场空 间长坡厚雪

2.1 行业基础:MEMS 传感器是机器的“五官”

MEMS 传感器 相 当 于 人 的 “ 五官”。 MEMS 全 称 为 “ 微 机 电 系 统 ” (Micro-Electro-Mechanical System),是由微传感器、微执行器、信号处理和控制 电路、通信接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。MEMS 是一种能与 自然界交流的器件,通过感知自然界存在的化学、电学、机械、热学、辐射、磁 场六个能量域的环境参数,并以此输出响应的电信号。其中 MEMS 器件又分为 MEMS 传感器和 MEMS 执行器。MEMS 传感器相当于人的五官,MEMS 执行器 相当于人的四肢。传感器是将环境信号转换为电信号,执行器是将电信号转换为 机械运动,二者相辅相成。

政府出台多项政策支持 MEMS 传感器发展。电子元器件是支撑信息技术产业发 展的基石,也是保障产业链供应安全稳定的关键。国家相继出台了一系列法律法 规、规划纲要及产业鼓励政策促进行业快速发展。尤其是对于 MEMS 传感器而言, 十四五规划已将 MEMS 传感器作为突破的重点方向。

基于 MEMS 传感器的应用场景广阔,从下游看,基于陀螺仪、加速度计和压力 传感器的产品增速快。 根据 Yole 的资料,MEMS 传感器广泛应用在各种不同的 下游领域,有消费级的智能手机、智能手表、ARVR、汽车电子等,也有工业级 的工业机器人、医疗器械,也有导航级的航空航天设备、卫星姿轨设备等。其中 MEMS 传感器中,基于陀螺仪、加速度计和压力传感器的产品迭代速度最快。

MEMS 传感器长坡厚雪,惯性传感器是其价值量最大的一环。根据 Yole 数据, 2021 年全球 MEMS 行业市场规模达到 135.95 亿美元,预计 2027 年将达到 222.53 亿美元,总体呈现稳定成长趋势。从 2021 年全球 MEMS 传感器结构中来看,惯 性传感器价值量最大,其中加速度计、IMU 和陀螺仪分别占据 8.97%、13.46%和2.75%的市场空间。

2.2 惯性传感器包含陀螺仪,加速度计和惯性测量单元 IMU

2.2.1 陀螺仪:高性能 MEMS 陀螺仪逐渐代替两光陀螺仪部分应用

陀螺仪用于测量物体的角速度和旋转角度。MEMS 陀螺仪由一个 MEMS 芯片 和一个 ASIC 芯片集成到一起,MEMS 芯片用于感知物体运动变化同时输出电 容信号,ASIC 芯片能够将电容信号转化成电信号。其工作原理是利用科里奥 利力。根据博世给出的技术原理图可以看出 MEMS 陀螺仪中有一块可以横向或 径向位移的梳状结构,可以不停地来回做径向运动或者震荡。由于 MEMS 陀螺 仪在旋转的过程中,梳状结构会受到科里奥利力的影响从而发生径向运动,旋 转的速度越快,径向运动位移也就越大。因此在径向安装电容板,通过电容变 化来测量物体的旋转速度,再通过对旋转速度积分即可得到旋转的角度。

MEMS 陀螺仪的应用场景:在消费电子领域独立的 MEMS 陀螺仪主要用于拍照防抖、屏幕锁屏、定位导航、体感游戏等功能;在汽车电子领域 MEMS 陀螺 仪主要用于对车辆位置、行车轨迹进行监测,也可以对车辆姿态进行管理。在高 可靠领域,陀螺仪可用于微小卫星姿态控制、航姿备份系统等领域。 独立的陀螺仪逐渐向惯性测量单元IMU转变。根据Yole的数据,全球低端MEMS 陀螺仪的市场呈现逐年萎缩态势,主要由于 IMU 集成了多种惯性传感器如 MEMS 陀螺仪和 MEMS 加速度计,因此其在功能、功耗、尺寸和信号处理上更 有优势,独立的低端 MEMS 陀螺仪在消费电子和汽车电子市场中逐渐被 IMU 所替代。根据 Yole 的数据,2021 年全球 MEMS 陀螺仪市场空间为 3.74 亿美元, 预计 2027 年将下滑至 3.41 亿美元。根据芯谋研究的数据,我国 MEMS 陀螺仪 市场空间于 2021-2023 年出现回暖,增速高于全球,主要系下游复苏所致。但由 于其仍受到 IMU 挤压,市场空间将趋于稳定,预计 2027 年达到 9.1 亿元。

市面上主流的陀螺仪有 MEMS 陀螺仪、激光陀螺仪和光纤陀螺仪。激光陀螺和 光纤陀螺的特点是反应时间短、动态范围大、可靠性高、环境适应性强、易维护、 寿命长。依据其优秀的特性,光学陀螺技术在陆、海、空、天等多个军用领域中 得到批量应用,但其存在体积大、成本高以及难以批量生产的特点。而 MEMS 陀 螺仪具有体积小、重量轻、环境适应性强、价格低、易于大批量生产等特点,率 先在汽车和消费电子领域得到了大量应用。随着性能的进一步提高,MEMS 陀螺 仪应用也被拓展到了工业、航空航天等领域,使得惯性系统应用领域大为扩展。

高性能 MEMS 陀螺仪有望逐步替代激光陀螺仪和光纤陀螺仪的部分市场应用。 消费类、汽车、高端工业、无人系统高可靠等领域中对精度要求较低的应用场景 主要应用 MEMS 陀螺仪。无人系统、高端工业、高可靠等领域中对精度要求较 高的应用场景,主要应用两光陀螺,但目前随着高性能 MEMS 陀螺仪精度提升, 其在部分战术级应用场景已经可以替代两光陀螺,并逐渐渗透至导航级应用场景。 从下游领域来看,高可靠领域中卫星姿态控制,航姿备份系统等是高性能陀螺仪 的主要下游市场。高精度 MEMS 陀螺仪在工业、商用航空航天、商用船舶导航以 及武器装备领域的渗透率存在较大提升空间。

衡量 MEMS 陀螺仪的技术指标主要有零偏稳定性、零偏重复性、角度随机游走 和标度因数精度等。其中零偏稳定性表示陀螺仪在一个工作周期内,当输入角速 率为零时,陀螺仪输出值围绕其均值的离散程度;零偏重复性表示多次通电过程 中,陀螺仪零偏相对其均值的离散程度。对于陀螺仪而言,其零偏稳定性和零偏 重复性越小越好。根据陀螺仪的核心性能参数情况,一般将陀螺仪分为战略级、 导航级、战术级、消费级。其中,消费级的应用主要是消费电子和辅助驾驶;战 术级的应用主要有航姿系统、无人平台;导航级的应用主要有海陆空导航与自动 驾驶;战略级应用主要是自主导航和军事应用。公司 MEMS 陀螺仪产品覆盖消费级、战术级和导航级,是国内稀缺的高端 MEMS 惯性传感器供应商。

高性能 MEMS 陀螺仪有望乘卫星互联网东风,切入低轨卫星姿轨系统。目前低 轨道卫星空间轨位和频谱资源日益紧张,各国纷纷部署星座计划,以星链 Starlink 为代表的星座已经申报 4 万多颗卫星。我国星网,G60 星链以及民企共计划发射 2 万余颗卫星。目前我国卫星互联网建设面临建设成本高的问题,而卫星平台成 本结构中姿控系统占比最高,约为 40%。目前卫星中常用的陀螺仪包括半球谐振 陀螺仪、液浮陀螺仪和光纤陀螺仪等,我们认为 MEMS 陀螺仪有望凭借高性能、 高可靠、低成本和批量化的优势,切入低轨卫星的姿轨系统中,实现对传统陀螺 仪的替代,以满足卫星的批量化,低成本化制造。随着我国卫星互联网的持续推 进,高性能 MEMS 陀螺仪有望实现市场空间的快速扩张。

2.2.2 加速度计:应用最广泛的惯性传感器

MEMS 加速度计是用于测量物体加速度的惯性传感器。加速度计通常由质量块、 阻尼器、弹性元件、电容极板和 ASIC 芯片等部分组成。根据感测原理,MEMS加速度计可分为压阻式、电容式以及热式等多种类型。由于电容式 MEMS 加速度 计具有高灵敏度、高精度、低温度敏感的特点,其在市场中占据主导地位,芯动 联科的 MEMS 加速度计产品均通过电容感测实现测量。电容式 MEMS 加速度计 是将质量块和可动极板一体制造成梳状结构,并与固定极板形成距离可变的平行 电容板结构。当被测量物体运动状态变化带动芯片内质量块移动时,会带动可动 极板移动,使得可动极板和固定极板间的距离改变,导致两极板间电容值随之改 变。此时,ASIC 芯片再将电容值的变化转化成电学信号,运算得到加速度物理量。

加速度计被广泛用于下游各大领域。用于安全气囊控制的碰撞感测是加速度计在 汽车上最大的应用。在此应用中,加速度计联系测量汽车的加速度,当判断汽车 加速度超过碰撞阈值后,安全气囊便会引爆。在汽车应用中,加速度计还可以用 于辅助汽车进行倾斜检测、振动监测等。此外加速度计还广泛用于消费电子、工 业等应用。

全球以及中国加速度计市场规模持续增长。相较于 MEMS 陀螺仪,独立的 MEMS加速度计的下游应用更为广泛,根据 Yole 数据,2021 年全球加速度计市场规模达 到 12.19 亿美元,预计 2027 年增长至 16.41 亿美元,2021-2027 年 CAGR 为=5.1%。 根据芯谋研究的数据,2022 年我国 MEMS 加速度传感器市场规模达到 26.5 亿元, 预计 2027 年上升至 41.1 亿元,2022-2027 年 CAGR 为=9.2%。

MEMS 加速度计的产品性能可由零偏稳定性、零偏重复性、线速度随机游走和标 度因数精度衡量。其中,零偏稳定性和零偏重复性测量原理与陀螺仪一致,线速 度随机游走反映加速度计输出的加速度随时间积累的不确定性,标度因数精度表 征加速度计由于温度变化、非线性、重复性等影响因素。线速度随机游走和标度 因数精度越小表示加速度计性能越好。从下游领域来看,公司加速度计产品同样 能涵盖消费级、战术级和导航级三个级别的应用。

高性能 MEMS 加速度计将逐渐替代传统石英加速度计和机械加速度计。传统的 机械摆式加速度计及高精度石英谐振加速度计主要应用于战略级和导航级领域, 如航天、航海陆地巡航等。但由于其体积大、价格高导致其大规模量产能力有限,也制约平台小型化,低成本化发展。而 MEMS 加速度计和石英加速度计可用于战 术级和导航级加速度计,主要用于航空、长航时无人系统及高端工业领域。公司 高性能 MEMS 加速度计的核心性能指标可达到导航级精度水平,以 35 系列加速 度计为例,其零偏稳定性为 20μg,标度因数精度低于 500ppm,已经满足导航级 加速度计的要求。公司高性能 MEMS 加速度计有望替代目前传统石英摆式加速度 计和传统机械加速度计,实现低成本、批量化生产。

2.2.3 惯性测量单元 IMU:陀螺仪和加速度计的组合,惯性导航的必要组件

惯性测量单元 IMU 是由陀螺仪、加速度计组成的传感单元。IMU 产品具有高集 成的特点,其将三轴陀螺仪和三轴加速度计集成在一起,能够同时测量三个自由 度的角速率和线加速度;通过对角速率和线加速度按时间积分以及叠加运算,可 以动态确定自身位置变化,从而确定自身移动轨迹以实现导航功能。而 IMU 可以 简单分为低、中、高三种精度,分别对应消费电子产品、汽车类产品和宇航级产 品。消费电子类 IMU 通常应用于手机、智能穿戴中,价值为千元以下;汽车类产 品中考虑到自动驾驶对高精度的要求,其价格在千元到万元级别;而宇航级 IMU 常用在导弹,航天等对精度要求极高的领域,价格也几十万不等。公司基于高性能 MEMS 陀螺仪和加速度计上的优势,主要布局中高精度 IMU 产品。

全球及中国 IMU 市场稳定成长。根据 Yole 数据,2021 年全球 IMU 市场规模达 到 18.3 亿美元,预计 2027 年达到 27.92 亿美元。根据芯谋研究数据,2022 年我 国 IMU 市场规模达到 43.1 亿元,预计 2027 年将达到 75.5 亿元。对比市场成长速 度,中国增速明显要快于全球。

高性能 MEMS IMU 主要在无人机系统和高端工业得到广泛使用。MEMS 产品在 高端工业领域应用较广,市场较大,其在高可靠领域的核心壁垒为需要根据产品 最终应用领域设计、生产出对应性能的产品。根据 Yole 的数据,2021 年全球高端 工业领域中 MEMS 产品的市场规模为 22.34 亿美元,预计到 2027 将达到 33.40 亿 美元,2021-2027 年 CAGR 为 7.00%。MEMS 产品在无人系统领域也有广泛的应 用场景及市场空间,其在高端工业领域的核心壁垒在于产品能在复杂、多变的环 境中持续保持高精度感知和传递外部环境变化。根据 Yole 数据,2021 年全球无人 系统领域中 MEMS 产品的市场规模为 40.26 亿美元,预计到 2027 年将达到 64.21 亿美元,2021-2027 年 CAGR 为 8.09%。

公司与自动驾驶厂家合作,未来有望切入自动驾驶市场。2022 年公司惯性测量单 元 IMU 营收占比较低,公司正在积极投入研发战术级和导航级的 IMU 产品,其 汽车级功能安全 6 轴 MEMS IMU 适用于高精度的自动驾驶汽车。根据公司问询 回复函,公司与某知名智能电动汽车厂商展开深度合作,汽车 IMU 正在送样中, 预计 2024 年 3 月份 SOP 上线量产主要两个品牌年用量在 10 万套以上,预计 2025 年可以产生千万元及以上的收入。同时公司与某无人驾驶厂商合作,向其供应高 性能 IMU,目前已经完成项目定点及小批量产品交付,预计 2025 年可产生近千 万元收入。

2.3 竞争格局:海外龙头垄断,国产替代持续进行

全球 MEMS 惯性传感器市场被海外龙头垄断,CR5 高达 80%以上。根据明皜传 感招股书数据,2021 年全球加速度计 CR5 达到 84%,前五家分别为博世、意法 半导体、村田、恩智浦和亚德诺半导体,其中,芯动联科占据全球加速度计市场 1.6%的市场份额。全球陀螺仪市场2021年CR5达到83%,前五大龙头分别为TDK、 亚德诺半导体、霍尼韦尔、博世和意法半导体,其中芯动联科作为国内高端陀螺 仪龙头,占据约 0.8%市场份额。

我国 MEMS 惯性传感器市场同样被海外龙头垄断。在加速度计方面,2022 年海 外龙头占据约 69%市场份额,国产厂商凭借产品的高性价比逐步实现国产替代, 国产厂商中士兰微占据约 9%市场份额,美新半导体占据 7%市场份额,芯动联科 占据约 5%市场份额,在国内厂商中排名第三。在 IMU 市场中芯动联科占比较少, 为 0.2%,IMU 具备高集成、小型化、低成本的优势,将逐渐渗透进更多的领域, 公司也有望凭借在陀螺仪和加速度计领先的技术优势,切入 IMU 市场打开新的成 长空间。

3 机器人、自动驾驶行业有望带动公司第二成长曲线

3.1 自动驾驶:IMU+GNSS 组合导航方案有望成为自动驾驶汽车标配

IMU 与 GNSS 结合将成为自动驾驶导航的主流方案。自动驾驶的实现依赖导航定 位的精度,目前常见的导航定位方案为 GNSS(全球卫星导航系统)。GNSS 提供 经纬度等绝对位置,系统长期精度高,但其容易受外界干扰、输出频率低、测量 噪声大,尤其是在有建筑或有遮挡的地区 GNSS 定位精度大幅下降。而 IMU 具有 短期精度高,实时性强,输出频率高,受外界干扰小等优点,GNSS 与 IMU 组合 导航能够提供连续无缝、长期和短期精度均较高的完备和可靠的导航参数,是目 前组合导航领域最理想的组合方式。随着 MEMS 惯性传感器小型化、低功耗化、 低成本化,且 MEMS IMU 的精度也进一步改善,因此,IMU 能够与 GNSS 实现 优势互补,从而提高定位的精准度。

IMU+GNSS 组合导航正在加速落地,逐渐成为 L2+车型的标配。车载组合导航的 优势在于:第一,卫星信号好时,GPS 能提供全天候精准的定位服务,在隧道等 无 GPS 信号的地点,IMU 单元同样能提供厘米级别精准的定位;第二,当 GNSS 系统出现故障时,IMU 能够接管定位系统,提高汽车的安全性与可靠性。据佐思 数据库统计,2021 年中国 L2 级自动驾驶乘用车的装配率已突破 20%,部分 L2 级车型通过搭载高精定位和高精地图实现了高速领航自动驾驶。如小鹏 P7、蔚来 EC6、ES6、ES8、广汽埃安 V、埃安 LX、长城 WEY 摩卡等车型可以选装高精定 位模块、一汽红旗 E-HS9、高合 HiPhi X、2021 款理想 ONE、理想 L9 等车型标 配高精定位模块。

ADAS L2+等级在全球及我国都呈现快速渗透的趋势。根据 ICV 的数据,在全球 范围,L0 级别汽车占比大幅下滑,L1 级别汽车呈现先上升后下滑趋势,L2+级别 汽车呈现快速渗透趋势,此外,全球自动驾驶汽车出货量以约 6%的速度扩张。根 据佐思汽研数据,我国也呈现类似的局势,预计 L2+等级汽车渗透率大幅提高。

预计自动驾驶领域 IMU 市场规模于 2027 年将达到 74.2 亿元。基本假设如下:(1) 根据中国汽车工业协会数据,2022 年我国乘用车出货量约为 2356 万台,假设出 货量每年以 6%稳定增长;(2)根据佐思汽研数据,我国 2022 年 L2/L3+渗透率分 别为 34%/0.1%,预计 2025 年达到 45%/5%,据此假设期间 L2 与 L3+渗透率稳定 增长。(3)根据佐思汽研的数据,L2 汽车装配一颗 IMU 的比例为 20%,假设此 后保持在 20%。L3+的汽车将标配 2 颗 IMU,另一颗用于冗余备份。(4)车载 IMU 单价在 1000~2000 元每颗,假设 2022 年单价为 1300 元/颗,并且车载 IMU 单价 持续下降。根据以上假设,车载 IMU 市场规模在 2022 年达到 21.4 亿元,预计 2027 年达到 74.2 亿元。

3.2 机器人:基于 IMU 的多传感器融合方案实现高精度定位与导航

将 IMU 和多传感器融合可以实现 SLAM 方案来为机器人定位和导航。在复杂的 工作环境中,机器人首先需要解决的问题是能够知道周围的环境是怎样,自己所 处的位置。因此,同步定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM) 方案用于解决机器人在未知环境中运行时定位与地图构建的问题,机器人从未知 环境中的未知位置出发,在运动过程中通过反复观测地图特征定位,然后根据自 己的位置进行建图,从而实现同时定位与建图的目标。其中基于视觉与 IMU 融合 的定位方案已经被广泛应用。

机器人同样可使用 IMU+GPS 的方式实现定位与导航。地面机器人系统必须常常 处理“枯燥、肮脏、危险”的工作,即通常用于人工介入成本过高、危险过大或者 效率过低的任务。因此机器人平台的自主工作能力是一项极为重要的特性,即通 过导航系统来监视并控制机器人从一个位置移到下一位置的运动。管理位置和运 动时的精度是实现高效自主工作的关键因素,MEMS陀螺仪可提供反馈检测机制,对优化导航系统性能非常有帮助。Seekur 机器人系统就采用先进 MEMS 器件来改 善导航性能的自主系统。

使用惯性传感器后定位精度明显提高。从 Seekur 的试验中能够看出,当系统中存 在陀螺仪数据反馈时,机器人定位精度大大增加,并且此项实验使用的是早期精 度并没有现在高的陀螺仪,目前陀螺仪在相同成本、尺寸和功率情况下能提供远 远高于此项实验使用的陀螺仪,并且在最新的 Seekur 导航方案中,MEMS 陀螺仪 被替换成了集成度更高的 IMU。

IMU 能够提升工业机器人的定位精度。工业机器人是面向工业领域的多关节机械 手或多自由度的机器人,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种自动执 行工作的机器装置,在机器人实际使用过程中,人们关注的重点是机器人的定位 精度,像在工业中机械零件的精密装配、飞机钻铆中对孔的精确定位、焊接中对 焊缝要求的把握、以及医疗手术中对器械的精准控制等操作都对机器人的精准定 位提出非常高的要求。因此使用惯性测量单元 IMU 成为提高工业机器人定位精度 的方案之一。其中,ABB 公司生产的 IRB2600 型机械臂即使用基于 MEMS 加速 度计和 MEMS 陀螺仪组成的六轴 IMU50 用于精准定位。

中国机器人市场高速增长,IMU 市场空间可期。国内机器人可分为工业机器人和 服务器机器人,根据 iiMedia Research 数据,2021 年中国工业机器人市场规模 达 645.0 亿元,随着“工业 4.0”持续推进,预计 2027 年工业机器人市场规模将 高速成长至 1775.2 亿元。同时,我国服务机器人市场规模在 2021 年达到 584.7 亿元,服务机器人主要包括扫地机器人、做饭机器人、送餐机器人、自动配送车 等,预计 2027 年中国服务机器人市场规模将达到 2915 亿元。而 IMU 作为实现 机器人高精度定位与导航的器件,逐渐成为绝大部分需要定位与导航机器人的标 配。我们认为 IMU 有望充分受益机器人市场的高速成长。

4 MEMS 惯性传感器龙头,研发投入构建坚实壁垒

4.1 技术优势:高端惯性传感器国内龙头

公司是国内极少数布局导航级惯性传感器的公司。从产品布局角度,公司布局了 高端 MEMS 陀螺仪、高端 MEMS 加速度计和惯性单元 IMU,性能等级达到导航级别。国内惯性传感器公司如美泰科技布局产品为 MEMS 加速度计和 IMU,性 能等级为战术级;明皜传感布局产品为 MEMS 加速度计和 IMU,性能等级为工 业级,主要下游为消费电子。公司是国内极少数能布局导航级 MEMS 惯性传感器 的公司,未来有望持续受益于国产替代并渗透进高端应用领域。

公司高端陀螺仪产品性能已和全球龙头产品性能相当。公司高性能 MEMS 陀螺仪 33 系列的零偏稳定性、标度因数精度、角度随机游走等核心性能指标满足导航级 陀螺仪,与海外龙头 SiliconSensing 的战略级陀螺仪 CRH03 和 Sensonor STIM210 相比,其性能已经在零偏稳定性和标度因数精度上实现超越,而角度随机游走实 现精度相当的水平。

公司加速度计产品技术已达世界先进水平,精度远超国内其他厂家。从各厂家主 流加速度产品技术水平对比来看,公司加速度计产品能和 Honeywell 的加速度计HG4930 的各项技术指标相当,在 标度因数精度 上,公司技术水平远超 ADIADXL357、Colibrys MS1030 和国内厂商美泰科技的 8000D 产品。

4.2 成本优势:高议价能力+客户优势维持高毛利

公司长期保持远超行业平均的高毛利。公司的综合毛利率常年保持在 85%以上, 远超行业平均水平。公司的产品主要应用于高端工业、高可靠和无人系统领域, 该领域的下游客户通常需要经过 2-5 年时间决定是否导入上游核心配套产品,且 一般不会更换核心配套产品供应商,并在其后续的产品升级中与供应商进行持续 合作,因此公司产品订单持续性较强。目前公司的产品已得到国内惯性传感器下 游主流厂商的认可,与高端工业、无人系统及高可靠领域的科研院所和央企集团 建立了良好的合作关系,客户合作较为稳定,公司产品的高毛利率可持续性强。

公司 MEMS 陀螺仪和 MEMS 加速度计核心性能指标已达到国际先进水平。公司主要产品为高性能惯性传感器,市场上高性能惯性传感器的销售价格较高,公司 在定价时参考了国内外市场上性能类似产品的价格,因此销售价格较高,选取公 司与海外龙头产品性能类似的产品进行对比。

公司在下游大客户中多为独供或一供。公司的主要下游客户在导入公司产品前, 部分客户未采购过同类产品,部分客户所使用的多为价格更高、体积和重量更大 的光纤陀螺仪或者从其他厂商采购的陀螺仪。公司的高性能 MEMS 惯性传感器量 产后,因价格和性能的优势,取代了客户原先所用的部分产品及供应商。

4.3 重视研发:新增高端募投产能以维持行业地位

研发投入高速增长,可比公司中研发费用率为最高。公司研发投入持续高增长, 2022 年公司投入研发费用 5575 万元,占营业收入 24.6%。公司研发费用率常年保 持在 20%以上,在同类型可比公司中长居第一,由此可见公司非常重视研发投入。

在研项目多,积极开拓机器人、自动驾驶领域。公司在高可靠、高端工业和无人 系统领域具备深厚的技术基础,在既有的研发经验和产品迭代的基础上,一方面 进一步增加研发投入,拟在高端惯性传感器领域保持领先优势;另一方面积极开 拓新市场,在机器人和自动驾驶领域持续投入,有望在未来切入这两大领域以打 开新的成长曲线。

募投项目用于高性能及工业级惯性传感器的开发。其中在 MEMS 陀螺仪的开放项 目上,沿高性能与工业级两个方向拓展产品系列,一是继续提高 Z 轴陀螺仪的精 度和环境适应能力,满足客户在复杂工作条件下精确测量的需求;二是开发小体 积、低成本 Z 轴陀螺仪和单片 3 轴陀螺仪,凭借公司已有的技术积累和客户资源, 开拓广阔的工业市场;在 MEMS 加速度计上建设内容包括新一代高性能 MEMS 加速度计和工业级三轴加速度计的开发和产业化;在 MEMS 压力传感器项目上, 开发的高精度 MEMS 压力传感器,并预期在航空电子、仪器仪表、工业制造、气 象探测、高铁车辆控制等领域实现广泛应用。在封装测试基地建设项目上,拟投 资建设一条 MEMS 器件封装测试生产线。该生产线能够实现高性能 MEMS 传感 器以及工业级 MEMS 传感器的封装生产,并可实现定制化封装。


(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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