2018年全球MEMS麥克風出貨將逾50億顆大關 | 智能音響推動

2015年全球微機電系統麥克風出貨量首次超越駐極體電容麥克風(Electret Condenser Microphone; ECM), 預料2018年將突破50億顆. DIGITIMES Research觀察, 具語音對話功能的智能音響漸受市場重視, 因麥克風為聲控指令中樞的關鍵零件, 使智能音響可望成MEMS麥克風重要新興應用, 且為提升收音品質, 含MEMS麥克風, 微型揚聲器在內的音頻零組件亦將扮演重要角色. 以智能型手機為主的手機市場系MEMS麥克風最大應用, 其後為筆記型電腦(Notebook; NB), 平板電腦等應用, 而耳機組, 醫療, 車用電子, 數位攝錄影機, 物聯網亦為MEMS麥克風應用領域.

含MEMS麥克風, 音頻IC, 微型揚聲器在內的音頻零組件於智能型手機, NB等電子產品扮演關鍵功能, 其中, MEMS麥克風一般由MEMS裸晶(Die)與特殊應用IC封裝而成, 音頻IC則涵蓋音頻放大器(Amplifier), 音頻編解碼器(Codec)等晶片.

在供應鏈方面, 樓氏電子(Knowles Electronics), 歌爾聲學(GoerTek), 瑞聲科技(AAC Technologies)為2016年全球MEMS麥克風前三大廠, 此三家業者主要由Sony或英飛淩(Infineon)代工生產, 而意法半導體(STMicroelectronics), 博世(Bosch), TDK, Omron等整合元件製造商(Integrated Device Manufacturer; IDM)亦為MEMS麥克風供應業者, 相關音頻產業供應鏈業者家數眾多.

至2017年第3季為止, 包括亞馬遜(Amazon), Google, 蘋果(Apple), Sony, Bose, Harman等業者均積極搶進智能音響及其相關語音助理領域, 因具備語音對話功能的智能音響於北美銷售甚佳, 漸受市場重視.

DIGITIMES Research觀察, 為強化智能音響收音品質, 不僅需提升MEMS麥克風性能, 更要搭配聲源定位, 抑制噪音, 消除迴音等聲音處理系統, 以及手機∕系統業者所累積的音頻技術, 使得與音頻相關軟, 硬體將於智能音響市場居重要地位.

2018年全球MEMS麥克風出貨可望突破50億顆 手機為最大應用

MEMS麥克風較ECM具備尺寸小, 耗電低, 耐高溫, 高抗震等優勢, 觀察全球麥克風技術別出貨量變化, 2015年MEMS麥克風以38億顆左右, 首次超越ECM的34億顆.

2016年全球MEMS麥克風持續成長至44億顆左右, 反觀ECM則持平在33.5億顆左右, 2018年MEMS麥克風出貨可望突破50億顆, 與ECM差距將逐年拉大.

2013~2018年全球麥克風技術別出貨量變化及預測

資料來源: DIGITIMES Research整理, 2017/10在用途方面, 以智能型手機為主的手機市場系MEMS麥克風最大應用, 其後為NB, 平板電腦, 而個人數位助理(Personal Digital Assistant, PDA), 數位攝錄影機等消費性電子產品亦廣泛搭載MEMS麥克風.

為因應駕駛車輛時無法操作電子產品, 車用資訊娛樂系統(Infotainment Systems)多採用MEMS麥克風, 而物聯網設備更需MEMS麥克風達成聲控功能, 其他如耳機組, 醫療等領域亦皆為MEMS麥克風應用市場.

MEMS麥克風主要應用

資料來源: DIGITIMES Research整理, 2017/10

MEMS麥克風為音頻產業關鍵零件 前三大廠皆采委外代工模式

2016年全球MEMS與ECM合計的麥克風市場約18億美元, 含音頻放大器, 音頻編解碼器, 數位訊號處理器(Digital Signal Processor; DSP)等晶片在內的音頻IC市場約45億美元, 而直徑小於2吋的微型揚聲器市場約87億美元, 總計相關音頻市場規模約150億美元.

觀察音頻產業供應鏈, 在MEMS麥克風方面, 2016年前三大廠樓氏電子, 歌爾聲學, 瑞聲科技於全球MEMS麥克風市場出貨量佔有率合計約7成, 樓氏電子主要由Sony代工生產, 歌爾聲學與瑞聲科技則主要委託英飛淩代工, 樓氏電子雖起步較早, 然逐漸面臨另兩家大陸業者急起直追等挑戰.

除上述3家業者外, 屬IDM的意法半導體, 博世, TDK, Omron均同時生產MEMS裸晶與麥克風, 其中, 博世與TDK分別於2009年及2017年收購美國MEMS麥克風廠Akustica, 美國MEMS慣性感測器∕麥克風供應商InvenSense.

韓廠BSE因供應MEMS麥克風給三星電子(Samsung Electronics), 2016年於全球MEMS麥克風出貨量排名第四名, 其他如淩雲邏輯(Cirrus Logic), Vesper亦為MEMS麥克風供應業者.

在音頻放大器方面, 意法半導體與淩雲邏輯為少數同時跨足MEMS裸晶∕麥克風及音頻放大器的業者, 不同於意法半導體擁有晶圓廠, 淩雲邏輯為IC設計公司, 其他如亞德諾(Analog Devices), 恩智浦半導體(NXP Semiconductors), 美信(Maxim Integrated), 德州儀器(Texas Instruments)等廠商可供應音頻放大器.

音頻產業中MEMS裸晶∕麥克風, 音頻放大器主要供應商

資料來源: 各業者, DIGITIMES Research整理, 2017/10

在音頻編解碼器方面, 淩雲邏輯為橫跨MEMS裸晶∕麥克風, 音頻放大器, 音頻編解碼器的IC設計業者, NXP與美信則皆同時跨足音頻放大器與音頻編解碼器領域, 其他如高通(Qualcomm), 羅姆(Rohm), 山葉(Yamaha), 瑞昱等業者亦為音頻編解碼器供應商, 另高通預計2018年完成收購NXP.

值得注意的是, 蘋果採購大量MEMS麥克風用於其智能型手機, 平板電腦, NB等產品, 本身亦跨足音頻放大器, 音頻編解碼器等音頻相關領域.

為提高音頻IC附加價值, 淩雲邏輯, 美信及瑞昱等業者多主攻離散元件, 高價值演演算法領域, 相較之下, 高通, 蘋果等業者則努力將其音頻IC整合於應用處理器(Application Processor; AP).

在微型揚聲器方面, 同時跨足MEMS麥克風與微型揚聲器的業者有樓氏電子, 歌爾聲學, 瑞聲科技等業者, 電聲元件廠商美律實業自2011年起切入蘋果微型揚聲器供應鏈, 其他如日廠Hosiden, 日廠Foster電機(Foster Electric), Transound等業者亦是微型揚聲器供應商.

音頻產業中音頻編解碼器, 微型揚聲器主要供應商及下遊手機∕系統業者

資料來源: 各業者, DIGITIMES Research整理, 2017/10

智能音響可望成為MEMS麥克風新興應用

美商亞馬遜於2014年推出采Alexa智能語音助理的Echo, 至2017年第3季為止, 包括Google, 蘋果, Sony, Bose, Harman等業者均積極搶進智能音響及其相關語音助理領域, 顯見具語音對話功能的智能音響漸受市場重視.

以蘋果於2017年7月所發表智能型音響裝置HomePod為例, 為強化Siri語音助理的辨識精確度, 其內建6個麥克風陣列, 以提升收音品質, 往後隨智能音響性能提升與市場擴大, 將漸成MEMS麥克風新興應用.

除需提升運算能力外, 智能音響亦要求更好的收音品質, 含MEMS麥克風, 音頻IC, 微型揚聲器在內的音頻零組件, 將於強化智能音響收音品質上扮演重要角色.

透過改進訊噪比(Signal to Noise Ratio), 頻率反應(Frequency Response), 聲學過載點(Acoustic Overload Point; AOP)等音訊表現, MEMS麥克風性能將逐步提升, 然對強化智能音響收音品質的效果相對有限.

為進一步提升智能音響效能, 在改進MEMS麥克風性能的同時, 需搭配聲源定位, 抑制噪音, 消除迴音等聲音處理系統, 並結合手機∕系統業者所累積的音頻技術, 將促使MEMS麥克風與揚聲器等音頻零組件加速朝模組化邁進, 以因應更高音訊品質需求.

音頻零件與技術將於強化智能音響收音品質扮演重要角色

資料來源: 美律實業, DIGITIMES Research整理, 2017/10

結語

2017年全球MEMS麥克風出貨量將達48億顆, 2018年可望突破50億顆大關, 進一步拉大其領先ECM的差距, 前三大廠樓氏電子, 歌爾聲學, 瑞聲科技主要委託Sony, 英飛淩等業者代工生產, 而意法半導體, 博世, TDK, Omron等IDM亦為重要業者.

MEMS麥克風應用於智能型手機, NB, 遊戲等領域, 已具備良好陣列穩定性, 低功耗等特性, 且持續提升訊噪比, 然智能音響需更好的收音品質, MEMS麥克風作為聲控指令中樞的關鍵零件, 有必要搭配聲音處理系統及結合音頻技術, 以因應智能語音所需更高階性能.

MEMS麥克風漸從基本功能朝智能語音等更高階性能發展

資料來源: 美律實業, DIGITIMES Research整理, 2017/10

另外, 蘋果雖未生產MEMS麥克風, 但有跨足音頻放大器, 音頻編解碼器等音頻領域, 且致力於與其AP整合, 此與Google, Sony, Bose等智能音響業者不同, 是否有助蘋果提升智能音響性能尚待觀察.

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