给高Q值的石英加上电路，二者产生谐振，再用震荡电路给这个频率进行放大，所产生的频率就是电子系统的脉搏，也就是晶振，按照是否加震荡电路来区分，晶振也分为无源晶振和有源晶振，其中无源晶振占据了市场约90%的份额。石英晶振原理及实物图如下：

之前写时钟芯片的文章里提到过，从1920年把石英作为振动源开始，石英晶振发展了近100年，属于相当成熟的行业，日本台湾是第一梯队，占据高端市场，国内占据低端市场，还有点产能过剩，全球龙头是台湾晶技（TXC），国内主要玩家是泰晶科技和惠伦晶体。本来是岁月静好，不料这几年国内芯片技术突飞猛进，随着芯片级封装技术、高集成集成电路设计、精密晶体切割技术的深度应用，晶振向着小型化、低功耗、高性价比方向发展，一些新的创业团队开始冒出来，要使用全新的技术，对石英晶体这个传统行业进行全方位改造和颠覆了。

我们知道晶体厚度与振动频率成反比，工作频率越高，要求晶片越薄，机械强度越差，加工越困难，使用中也易损坏，像泰晶这样的传统巨头已经开始使用芯片加工工艺，用光刻的技术来做精细化的是石英晶振。

然而还有更进一步的，使用先进的MEMS技术（MEMS意为Micro-Electro-Mechanical System，即微机电系统），用硅材料代替石英做谐振器，配合ASIC芯片对输出频率调理。由硅谐振器+AIEC芯片，把二者封装在一起，就组成了一个全硅MEMS振荡器。下图为SiTime的全硅MEMS振荡器：

相对于石英晶振来说，全硅MEMS振荡器抗震动性和抗冲击力更强，石英片很薄之后会变得易碎，在强震动和强冲击力的工况下容易损坏，全硅MEMS振荡器就很耐震，抗冲击能力能达到50000G，抗震动能力能达到60G。其次全硅MEMS振荡器的成本更低，石英晶振有点定制化的感觉，一定的厚度对应一定的频率，全硅MEMS振荡器的谐振器，通过ASIC芯片调理后能在某个频率段任意调节，对于客户来说，测了一个频率，就相当于适用的整个频率段都测了，再加上半导体制造技术效率高，在对于成本比较敏感的消费电子领域，全硅MEMS振荡器优势尽显。除此之外，全硅MEMS振荡器还有功耗更低，面积更小，温度特性更稳定等特点，二者详细对比图如下：

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话说回来，这个全硅MEMS振荡器这么好，为啥还没大面积替代石英晶振呢，首先是发展比较晚，全硅MEMS振荡器从20世纪60年代开始开发，在2005年才开始量产，相比之下，石英晶振树大根深，质量稳定，应用成熟，市场广泛，新事物要替代旧事物，是要有一个漫长的过程，再加上晶振的市场是一个成熟市场，全球每年大概也就30多亿美金，没啥增长，巨头都去关注增量市场了，存量市场显得比较不性感。

另一个原因就是这MEMS全硅振荡器壁垒比较高，首先是MEMS谐振器的设计和制造壁垒，MEMS谐振器光物理结构都有双端固支梁结构、梳齿型结构、双端自由梁机构、圆盘酒杯结构等，这么多结构设计起来难度不低，要制造出来也需要特殊工艺，各大晶圆线的标准工艺是没办法，一旦用到特殊工艺，首先要晶圆厂配合，又需要团队有专业的工艺人才，对于势单力薄的创业公司来说，要达成这两项难度极高。其次是ASIC芯片，数字和模拟人才都需要，里面的锁相环、分频电路、甚至还有温度补偿电路等，虽然制造起来标准CMOS工艺就可以，但设计难度高，国内很多跟石英晶谐振器搭配的ASIC芯片还是从日本买的。想想看，辛辛苦苦跨过了MEMS谐振器的工艺壁垒和ASIC的设计壁垒，再研究封装技术，把这两个东西合封在一起，搞完之后发现市场好像并没有很大，可能会有得不偿失之感。

说到市场规模，前面提到石英晶振全球规模约30多亿美金，假设是40亿美金，其中全硅MEMS振荡器渗透率差不多是5%，也就是2亿美金，咱们中国消耗了大部分的晶振，假设中国市场占比60%，那中国MEMS振荡器市场规模就是1.4亿美金，换算成人民币，约10亿人民币，也就是说中国的MEMS振荡器市场规模差不多是10亿人民币，现存盘子还比较小，不过随着MEMS振荡器对石英振荡器的替代率逐渐增高，算是一个增量市场，权威数据显示CAGR差不多有26.5%，数据如下：

在全硅MEMS振荡器这个有限的小市场里，由于其较高的壁垒，导致玩家比较少，全球龙头是SiTime，2003年底成立，依托的是德国BOSH公司30年验证的MEMS时脉技术，2019年底纳斯达克上市，目前占据着全球约90%以上的MEMS振荡器市场。翻看它的财务报表，每年营收也差不多是1个多亿美金（顶峰时有2亿多美金），去年不知为啥还爆亏了8000万美金，即使是细分龙头的隐形冠军，相比TI、NXP等大块头来说，也是不太起眼的。SiTime历年营收数据如下：

国内芯片市场这两年是创业热潮，各个细分赛道基本都有团队在参与竞争，在MEMS振荡器这个领域也不例外，不过由于前述的较高壁垒，相比别的赛道来说，玩家还比较少，目前走的比较快的是深圳麦斯塔，从资本市场拿了很多钱，2023年已经发布了两款产品，也在珠海投资建设封装线，领头人雷总为前IDT销售。除了麦斯塔之外，还有2个团队在进行相关的布局，一家是某MEMS大厂的工艺团队背景出身，一家是IDT背景，在开发一种更新的技术，据说直接省掉了谐振器，通过LC振荡器，在电路层直接产生震荡源，该技术一旦量产，将再次大幅降低晶振成本。

赛道壁垒高、蛋糕小，但是还是有勇士在前赴后继万里冲，我对这些团队抱以崇高敬意，真心希望目前的几个团队都能成功，MEMS振荡器国产化值得期待。