一顆VCSEL芯片，打開中國半導體新局面

本文授權(quán)轉(zhuǎn)載自公眾號“半導體行業(yè)觀察”，ID：icbank，作者：李壽鵬

在全球重要玩家圍繞如AI芯片和存儲芯片等傳統(tǒng)硅芯片展開激烈爭奪的同時，有一種別具一格的半導體已經(jīng)在過去幾十年中悄然成為了科技生活不可或缺的重要角色，那就是化合物半導體。其中，砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）等就是該類型半導體的典型代表。

因為具有特定的禁帶寬度和能帶結(jié)構(gòu)等半導體性質(zhì)，這些化合物半導體材料被應(yīng)用到如LED、手機射頻通信PA以及各種功率器件中。近年來，隨著AI和智能汽車的崛起，又一種基于化合物半導體打造的，被稱為VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：垂直共振腔表面放射激光器）的芯片，獲得的關(guān)注度大增，國內(nèi)如老鷹半導體等廠商已紛紛切入這個賽道。

值得一提的是，從LED到VCSEL等化合物半導體芯片的演進過程中，暗藏著中國半導體崛起的另一條隱秘曲線。

智能時代，VCSEL走向臺前

在與半導體行業(yè)觀察交流的時候，老鷹半導體創(chuàng)始人邊迪斐表示，自上世紀90年代末至今，科技行業(yè)已經(jīng)發(fā)生了多輪變遷，縱觀這些科技大浪潮背后，有一個共同的特征，那就是硬件要先行，才有隨之而來的商業(yè)化；在此期間，科技行業(yè)還呈現(xiàn)出另一個特征，那就是我們已經(jīng)從以前的信息時代轉(zhuǎn)向智能時代。

所謂信息時代，在筆者看來，是指自上世紀末開始，在英特爾等芯片廠商的和各大通信企業(yè)推動下崛起的互聯(lián)網(wǎng)顛覆了人類過去幾千年獲取信息的方式，該時代所提供的信息豐富程度也是前所未見。

進入近年，智能汽車的崛起，加上ChatGPT走紅引爆的人工智能熱潮，讓科技發(fā)展進入了一個新維度，一個以人工智能為特征的智能時代正在快速向我們走來，這就讓過去三十年一直在與“光”打交道的邊迪斐有了新的思考。

邊迪斐指出，在智能時代，算力 + 感知 = 算法 + 場景、參數(shù)提取，形成新的商業(yè)機會。“算力的本質(zhì)就是計算、存儲、傳輸。其中，計算和存儲都是大資本，甚至是國家去做的事情，普通的創(chuàng)業(yè)者沒有太多的機會。于是，留給我們的就只有傳輸。”邊迪斐接著說。

“基于這些判斷，我們創(chuàng)立了老鷹半導體，選中VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）這條賽道——一項兼顧感知和傳輸，具備更長戰(zhàn)略縱深優(yōu)勢的技術(shù)。”邊迪斐告訴半導體行業(yè)觀察。

所謂VCSEL，是一種基于半導體的激光二極管。與傳統(tǒng)的邊發(fā)射激光器不同，VCSEL垂直發(fā)射激光束。從制造上看，VCSEL是在芯片的上下兩面鍍光學膜，形成諧振腔，由于光學諧振腔與襯底垂直，能夠?qū)崿F(xiàn)垂直于芯片表面發(fā)射激光。據(jù)介紹，該項技術(shù)有低閾值電流、穩(wěn)定單波長工作、可高頻調(diào)制、容易二維集成、沒有腔面閾值損傷、制造成本低等優(yōu)點。

其實在前些年，VCSEL一直不溫不火，但自蘋果2017年在iPhone X中引入了使用VCSEL的Face ID后，該技術(shù)一炮而紅。

資料顯示，數(shù)據(jù)通信是最早開始集成VCSEL的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，這主要是因為其低功耗的特點以及相比EEL更具價格優(yōu)勢，VCSEL在短距離數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域占據(jù)了優(yōu)勢地位。后來，受數(shù)據(jù)中心發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，VCSEL市場和產(chǎn)量在2000年代蓬勃發(fā)展，隨后穩(wěn)步增長。

到了2014年，也就是距VCSEL技術(shù)首次應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域近20年后，它開始進入智能手機市場，但此時主要應(yīng)用于接近傳感以及與自動對焦功能的傳感器相結(jié)合。隨后，如上所述，F(xiàn)ace ID的亮相，讓VCSEL終于吸引了關(guān)注。進入最近幾年，人工智能和智能汽車的崛起，引爆了光模塊和激光雷達的需求，作為這兩類產(chǎn)品的幕后英雄，VCSEL正式走向臺前。

據(jù)Yole預(yù)測，VCSEL市場預(yù)計到 2028 年將達到 14 億美元。屆時無論是數(shù)據(jù)中心、智能汽車或者是具身智能，都將帶動VCSEL應(yīng)用的巨大需求。可以預(yù)見，一個屬于VCSEL的時代正在到來。

從模仿跟隨到并駕齊驅(qū)

我們不得不承認，和很多芯片一樣，VCSEL在過去其實也都是被海外巨頭壟斷。如Broadcom、 Lumentum和Coherent等企業(yè)就是這個領(lǐng)域的龍頭。但和過去不一樣的是，當前VCSEL的主要應(yīng)用場景——光模塊和激光雷達，都是由中國廠商主導，甚至連終端用戶（數(shù)據(jù)中心和智能汽車），中國廠商在全球也獨占鰲頭。

在這種情況下，打造本土的VCSEL供應(yīng)勢在必行。邊迪斐也認為，中國半導體現(xiàn)在是時候從模仿跟隨走向并駕齊驅(qū)。

“歷經(jīng)過去多年的努力，中國產(chǎn)業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了從電氣化/內(nèi)燃機時代的被動跟隨，到信息化時代的奮起直追。現(xiàn)在到了智能化時代，中國硬科技人有了達成‘原創(chuàng)使命’的契機。”邊迪斐表示。作為一個二次創(chuàng)業(yè)者，他展現(xiàn)出了充足的信心和決心，也有了足夠的底氣。

如他所說，20年前他參與成立華燦光電做LED的時候，整個產(chǎn)業(yè)是由日亞、Cree、首爾半導體和Osram等海外巨頭把持。但諸如華燦光電等中國LED廠商的異軍突起，改變了這個格局，顛覆了中國乃至全球的照明產(chǎn)業(yè)。

基于這些積累和當下的機遇，擁有多年LED行業(yè)經(jīng)驗的邊迪斐帶領(lǐng)老鷹半導體的創(chuàng)業(yè)團隊，踏上了新征程。

從某種意義上看，LED其實和VCSEL是一脈相承的。一方面因為這兩類產(chǎn)品都是光源，且兩個領(lǐng)域的巨頭也有重疊之處。在筆者看來，還有部分原因是兩者使用相同材料的襯底——砷化鎵。這就讓前者的經(jīng)驗，有機會被應(yīng)用到后者的開發(fā)中去。

但我們也必須承認，VCSEL還是一個擁有很高門檻的行業(yè)。例如打造IDM式工廠，就會嚇退很多有意進入這個賽道的人。國金證券在報告中說，全球范圍內(nèi)光芯片廠商無一例外都是采用 IDM 模式，這主要是因為光電子器件遵循特色工藝的特性，即器件價值的提升不完全依靠制程的提升，激光器芯片需通過工藝平臺實現(xiàn)光器件的特色功能，更注重工藝的成熟和穩(wěn)定。

邊迪斐也強調(diào)：“做VCSEL IDM是一件非常難的事。”他進一步指出，“中國企業(yè)還沒有大規(guī)模商業(yè)化，關(guān)鍵是中國還沒形成完整的生態(tài)。”

依托25年經(jīng)驗的國際化團隊，老鷹半導體在浙江建設(shè)國產(chǎn)VCSEL產(chǎn)能與光芯片創(chuàng)新中心。公司也采用IDM模式，建成車規(guī)級實驗室及6英寸砷化鎵全流程智能化產(chǎn)線，打造下一代光互連技術(shù)產(chǎn)業(yè)平臺，加速創(chuàng)新成果產(chǎn)業(yè)化。

“我們現(xiàn)在在有些方向上其實已經(jīng)超越外商，只是在綜合實力上仍有差距。但在一些非常垂直的方向上，我覺得已經(jīng)開始有獨創(chuàng)性的東西了。”邊迪斐表示。他預(yù)估，在某些關(guān)鍵參數(shù)上，老鷹半導體還有個一年左右能追上國際領(lǐng)先水平。

正是這些布局和進展，讓老鷹半導體有了穿越周期的底氣。

AI基建“春秋戰(zhàn)國期”，堅定前行

毫無疑問，現(xiàn)在是屬于AI基建的時代。過去幾年間英偉達從數(shù)千億美元市值直奔五萬億，足以證明這個市場的魅力。IDC在此前的一個報告中也預(yù)測，到2029 年，服務(wù)器和存儲基礎(chǔ)設(shè)施的總支出將高達7580 億美元。

如大家所熟知，在這波浪潮背后，最大的贏家之一無疑是類似英偉達和AMD這樣的算力廠商。除此以外，以傳輸為代表的“運力”也在當中扮演了重要的角色，博通在過去這些年的一路高歌正是這個說法的最好注解。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，過去五年，博通的市值狂飆了900%，今年至今，公司市值也大漲75%。能獲得這樣的成就，主要歸功于他們在互聯(lián)與交換上面的杰出表現(xiàn)。

如果審視整個終端的變化，我們能看到這種趨勢與模型變得越來越大、算力需求飆升，但單芯片性能卻增長過慢等產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀有關(guān)。于是，除了大力發(fā)展芯片以外，產(chǎn)業(yè)圍繞著Scale Up、Scale Out和超節(jié)點有了很多的討論。類似光模塊、LPO、CPO以及谷歌OCS等概念頻發(fā)，行業(yè)對于怎么互聯(lián)也有更多的探索。

邊迪斐也直言，當前的 AI 基建市場，變化太快，外界的“泡沫論”和“內(nèi)卷論”也不斷，作為一個產(chǎn)業(yè)鏈的重要供應(yīng)商，如何在這個局勢下保持清醒的判斷，就成為他這個掌舵者的重要責任。尤其是在變化如此之快的時代，就必須有清晰的認知和堅定的執(zhí)行。

邊迪斐認為，從整個產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和容量上看，是沒有泡沫的，產(chǎn)業(yè)才剛剛開始的。“公司運營需要同時做好技術(shù)研究和市場研究，兩者之間必須形成耦合關(guān)系，才能高效地判斷和驗證技術(shù)路線。”邊迪斐指出。

正是這種積極的心態(tài)，幫助老鷹半導體在波動中保持定力，公司在2022年至2025年間領(lǐng)銜承擔了100G VCSEL國家重點研發(fā)計劃，讓中國具備了從原創(chuàng)技術(shù)到產(chǎn)能的完整突破，解決了卡脖子難題，實現(xiàn)了國內(nèi)首家100G VCSEL量產(chǎn)，并獲得了來自光模塊和激光雷達客戶的認可，這足以證明老鷹半導體團隊的先見之明和實力。

得益于自有的IDM模式工廠，老鷹半導體不但能因應(yīng)需求，在不依賴海外技術(shù)的前提下完成對產(chǎn)業(yè)變化的快速產(chǎn)能響應(yīng)；面對技術(shù)的需求和變更，公司的這些產(chǎn)線也能為產(chǎn)品開發(fā)提供強力的支持。

面對未來無論是人工智能、機器人還是智能汽車等應(yīng)用對系統(tǒng)工程創(chuàng)新和規(guī)模化的要求，老鷹半導體正在提前投入下一代傳輸、感知技術(shù)的研發(fā)。

未來，半導體不再是各家芯片獨立研發(fā)，而是多廠商協(xié)同設(shè)計，這是非常明顯的趨勢。這是一個大生態(tài)，需要聯(lián)合不同的玩家。

在與半導體行業(yè)觀察交流過程中，邊迪斐多次強調(diào)，老鷹半導體希望能在“光互連”和“光感知”這個市場里成為一個重要的角色。在筆者看來，這不僅是邊迪斐個人的目標，更是老鷹半導體作為中國硬科技力量的代表，為中國企業(yè)在智能化時代搶奪原創(chuàng)發(fā)言權(quán)，讓全球知道中國芯片這一次不再是追隨者，進而打開了中國半導體的新局面。

“這是我們這一代人的使命”，邊迪斐鏗鏘有力地說。

*免責聲明：本文由作者原創(chuàng)。文章內(nèi)容系作者個人觀點，半導體行業(yè)觀察轉(zhuǎn)載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業(yè)觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系半導體行業(yè)觀察。

了不起的中國制造

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