一颗VCSEL芯片，打开中国半导体新局面

本文授权转载自公众号“半导体行业观察”，ID：icbank，作者：李寿鹏

在全球重要玩家围绕如AI芯片和存储芯片等传统硅芯片展开激烈争夺的同时，有一种别具一格的半导体已经在过去几十年中悄然成为了科技生活不可或缺的重要角色，那就是化合物半导体。其中，砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等就是该类型半导体的典型代表。

因为具有特定的禁带宽度和能带结构等半导体性质，这些化合物半导体材料被应用到如LED、手机射频通信PA以及各种功率器件中。近年来，随着AI和智能汽车的崛起，又一种基于化合物半导体打造的，被称为VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：垂直共振腔表面放射激光器）的芯片，获得的关注度大增，国内如老鹰半导体等厂商已纷纷切入这个赛道。

值得一提的是，从LED到VCSEL等化合物半导体芯片的演进过程中，暗藏着中国半导体崛起的另一条隐秘曲线。

智能时代，VCSEL走向台前

在与半导体行业观察交流的时候，老鹰半导体创始人边迪斐表示，自上世纪90年代末至今，科技行业已经发生了多轮变迁，纵观这些科技大浪潮背后，有一个共同的特征，那就是硬件要先行，才有随之而来的商业化；在此期间，科技行业还呈现出另一个特征，那就是我们已经从以前的信息时代转向智能时代。

所谓信息时代，在笔者看来，是指自上世纪末开始，在英特尔等芯片厂商的和各大通信企业推动下崛起的互联网颠覆了人类过去几千年获取信息的方式，该时代所提供的信息丰富程度也是前所未见。

进入近年，智能汽车的崛起，加上ChatGPT走红引爆的人工智能热潮，让科技发展进入了一个新维度，一个以人工智能为特征的智能时代正在快速向我们走来，这就让过去三十年一直在与“光”打交道的边迪斐有了新的思考。

边迪斐指出，在智能时代，算力 + 感知 = 算法 + 场景、参数提取，形成新的商业机会。“算力的本质就是计算、存储、传输。其中，计算和存储都是大资本，甚至是国家去做的事情，普通的创业者没有太多的机会。于是，留给我们的就只有传输。”边迪斐接着说。

“基于这些判断，我们创立了老鹰半导体，选中VCSEL（垂直腔面发射激光器）这条赛道——一项兼顾感知和传输，具备更长战略纵深优势的技术。”边迪斐告诉半导体行业观察。

所谓VCSEL，是一种基于半导体的激光二极管。与传统的边发射激光器不同，VCSEL垂直发射激光束。从制造上看，VCSEL是在芯片的上下两面镀光学膜，形成谐振腔，由于光学谐振腔与衬底垂直，能够实现垂直于芯片表面发射激光。据介绍，该项技术有低阈值电流、稳定单波长工作、可高频调制、容易二维集成、没有腔面阈值损伤、制造成本低等优点。

其实在前些年，VCSEL一直不温不火，但自苹果2017年在iPhone X中引入了使用VCSEL的Face ID后，该技术一炮而红。

资料显示，数据通信是最早开始集成VCSEL的工业应用领域，这主要是因为其低功耗的特点以及相比EEL更具价格优势，VCSEL在短距离数据通信领域占据了优势地位。后来，受数据中心发展和互联网的普及，VCSEL市场和产量在2000年代蓬勃发展，随后稳步增长。

到了2014年，也就是距VCSEL技术首次应用于数据通信领域近20年后，它开始进入智能手机市场，但此时主要应用于接近传感以及与自动对焦功能的传感器相结合。随后，如上所述，Face ID的亮相，让VCSEL终于吸引了关注。进入最近几年，人工智能和智能汽车的崛起，引爆了光模块和激光雷达的需求，作为这两类产品的幕后英雄，VCSEL正式走向台前。

据Yole预测，VCSEL市场预计到 2028 年将达到 14 亿美元。届时无论是数据中心、智能汽车或者是具身智能，都将带动VCSEL应用的巨大需求。可以预见，一个属于VCSEL的时代正在到来。

从模仿跟随到并驾齐驱

我们不得不承认，和很多芯片一样，VCSEL在过去其实也都是被海外巨头垄断。如Broadcom、 Lumentum和Coherent等企业就是这个领域的龙头。但和过去不一样的是，当前VCSEL的主要应用场景——光模块和激光雷达，都是由中国厂商主导，甚至连终端用户（数据中心和智能汽车），中国厂商在全球也独占鳌头。

在这种情况下，打造本土的VCSEL供应势在必行。边迪斐也认为，中国半导体现在是时候从模仿跟随走向并驾齐驱。

“历经过去多年的努力，中国产业已经实现了从电气化/内燃机时代的被动跟随，到信息化时代的奋起直追。现在到了智能化时代，中国硬科技人有了达成‘原创使命’的契机。”边迪斐表示。作为一个二次创业者，他展现出了充足的信心和决心，也有了足够的底气。

如他所说，20年前他参与成立华灿光电做LED的时候，整个产业是由日亚、Cree、首尔半导体和Osram等海外巨头把持。但诸如华灿光电等中国LED厂商的异军突起，改变了这个格局，颠覆了中国乃至全球的照明产业。

基于这些积累和当下的机遇，拥有多年LED行业经验的边迪斐带领老鹰半导体的创业团队，踏上了新征程。

从某种意义上看，LED其实和VCSEL是一脉相承的。一方面因为这两类产品都是光源，且两个领域的巨头也有重叠之处。在笔者看来，还有部分原因是两者使用相同材料的衬底——砷化镓。这就让前者的经验，有机会被应用到后者的开发中去。

但我们也必须承认，VCSEL还是一个拥有很高门槛的行业。例如打造IDM式工厂，就会吓退很多有意进入这个赛道的人。国金证券在报告中说，全球范围内光芯片厂商无一例外都是采用 IDM 模式，这主要是因为光电子器件遵循特色工艺的特性，即器件价值的提升不完全依靠制程的提升，激光器芯片需通过工艺平台实现光器件的特色功能，更注重工艺的成熟和稳定。

边迪斐也强调：“做VCSEL IDM是一件非常难的事。”他进一步指出，“中国企业还没有大规模商业化，关键是中国还没形成完整的生态。”

依托25年经验的国际化团队，老鹰半导体在浙江建设国产VCSEL产能与光芯片创新中心。公司也采用IDM模式，建成车规级实验室及6英寸砷化镓全流程智能化产线，打造下一代光互连技术产业平台，加速创新成果产业化。

“我们现在在有些方向上其实已经超越外商，只是在综合实力上仍有差距。但在一些非常垂直的方向上，我觉得已经开始有独创性的东西了。”边迪斐表示。他预估，在某些关键参数上，老鹰半导体还有个一年左右能追上国际领先水平。

正是这些布局和进展，让老鹰半导体有了穿越周期的底气。

AI基建“春秋战国期”，坚定前行

毫无疑问，现在是属于AI基建的时代。过去几年间英伟达从数千亿美元市值直奔五万亿，足以证明这个市场的魅力。IDC在此前的一个报告中也预测，到2029 年，服务器和存储基础设施的总支出将高达7580 亿美元。

如大家所熟知，在这波浪潮背后，最大的赢家之一无疑是类似英伟达和AMD这样的算力厂商。除此以外，以传输为代表的“运力”也在当中扮演了重要的角色，博通在过去这些年的一路高歌正是这个说法的最好注解。统计数据显示，过去五年，博通的市值狂飙了900%，今年至今，公司市值也大涨75%。能获得这样的成就，主要归功于他们在互联与交换上面的杰出表现。

如果审视整个终端的变化，我们能看到这种趋势与模型变得越来越大、算力需求飙升，但单芯片性能却增长过慢等产业发展现状有关。于是，除了大力发展芯片以外，产业围绕着Scale Up、Scale Out和超节点有了很多的讨论。类似光模块、LPO、CPO以及谷歌OCS等概念频发，行业对于怎么互联也有更多的探索。

边迪斐也直言，当前的 AI 基建市场，变化太快，外界的“泡沫论”和“内卷论”也不断，作为一个产业链的重要供应商，如何在这个局势下保持清醒的判断，就成为他这个掌舵者的重要责任。尤其是在变化如此之快的时代，就必须有清晰的认知和坚定的执行。

边迪斐认为，从整个产业的规模和容量上看，是没有泡沫的，产业才刚刚开始的。“公司运营需要同时做好技术研究和市场研究，两者之间必须形成耦合关系，才能高效地判断和验证技术路线。”边迪斐指出。

正是这种积极的心态，帮助老鹰半导体在波动中保持定力，公司在2022年至2025年间领衔承担了100G VCSEL国家重点研发计划，让中国具备了从原创技术到产能的完整突破，解决了卡脖子难题，实现了国内首家100G VCSEL量产，并获得了来自光模块和激光雷达客户的认可，这足以证明老鹰半导体团队的先见之明和实力。

得益于自有的IDM模式工厂，老鹰半导体不但能因应需求，在不依赖海外技术的前提下完成对产业变化的快速产能响应；面对技术的需求和变更，公司的这些产线也能为产品开发提供强力的支持。

面对未来无论是人工智能、机器人还是智能汽车等应用对系统工程创新和规模化的要求，老鹰半导体正在提前投入下一代传输、感知技术的研发。

未来，半导体不再是各家芯片独立研发，而是多厂商协同设计，这是非常明显的趋势。这是一个大生态，需要联合不同的玩家。

在与半导体行业观察交流过程中，边迪斐多次强调，老鹰半导体希望能在“光互连”和“光感知”这个市场里成为一个重要的角色。在笔者看来，这不仅是边迪斐个人的目标，更是老鹰半导体作为中国硬科技力量的代表，为中国企业在智能化时代抢夺原创发言权，让全球知道中国芯片这一次不再是追随者，进而打开了中国半导体的新局面。

“这是我们这一代人的使命”，边迪斐铿锵有力地说。

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