国产VCSEL领头羊纵慧芯光：砥砺五载结硕果，扬帆起航新征程
2023-07-20 15:52:53   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

微访谈：纵慧芯光联合创始人、总经理陈晓迟博士

访谈背景：常州纵慧芯光半导体科技有限公司（中文简称“纵慧芯光”，英文简称：Vertilite）成立于2015年，是一家创新型光电半导体企业，致力于为全球客户提供高功率及高频率垂直腔面发射激光器（VCSEL）解决方案，专注于研发和生产VCSEL芯片及模组等产品。麦姆斯咨询一直密切关注纵慧芯光的发展动态，曾在2018年6月对纵慧芯光联合创始人、总经理陈晓迟博士进行过专访。五年来，纵慧芯光先后获得华为、小米、比亚迪、大疆创新、禾赛科技、速腾聚创等多领域领导厂商总额达数亿元的投资，已经从一点“芯光”茁壮成长为国产VCSEL头部供应商，完善的高品质产品线覆盖了消费电子、汽车电子、光通讯等领域。近期，随着苹果Vision Pro引爆基于3D传感的增强现实/虚拟现实（AR/VR）应用，激光雷达（LiDAR）赋能新能源汽车的自动驾驶应用，以及生成式人工智能推动基于光通讯的数据中心需求，这些有望实现VCSEL市场的下一轮高增长，在此背景下，麦姆斯咨询再次与纵慧芯光陈晓迟博士进行了深入交流。

麦姆斯咨询：陈博士，您好！距离上一次对您专访正好过去五年时间，纵慧芯光在此期间有哪些可喜的里程碑可与大家分享？

陈晓迟：很高兴再次接受麦姆斯咨询的专访，我把纵慧芯光这五年的工作成果给大家做下汇报。

在资金方面，我们非常感谢股东们的支持，纵慧芯光在这五年里完成了多轮融资，融资总额已经达到8亿元人民币。公司当前的现金储备达4亿元人民币。纵慧芯光现金流非常充足，让我们能够从容应对外部环境的变化。

产线建设方面，我们于2018年建设了自有外延和封测产线，这对纵慧芯光产品竞争力提供了强有力的支撑。截至目前，纵慧芯光的6寸外延片累计生产超过9000片。

纵慧芯光外延车间

VCSEL产业链

在智能手机、扫地机等消费电子市场端，纵慧芯光连续多年稳定出货量国内第一，累计出货超过9000万颗。在汽车电子市场端，纵慧芯光是业内第一家完成VCSEL芯片车规认证的企业，并且于2021年实现了前装驾驶员监控系统（DMS）应用VCSEL芯片的量产。在Yole发布的2022年全球前10家头部激光雷达（LiDAR）公司中，其中有6家在和纵慧芯光定制开发汽车激光雷达用VCSEL芯片，并有两家开始了量产交付。纵慧芯光也成为亚洲首家、全球前二实现汽车前装激光雷达用VCSEL芯片批量交付的公司。截至目前，纵慧芯光在汽车电子市场已经有4款VCSEL产品完成开发认证，并在持续批量交付中。

2022年汽车激光雷达市场排名（来源：Yole）

光通讯市场方面，纵慧芯光从2019年就开始了光通讯VCSEL产品的开发。光通讯产品属于数据传输的基础设施，具有其特殊性，光通讯产品对稳定性和可靠性要求较高，如果出现批次问题，影响将非常大。所以，纵慧芯光对于光通讯产品开发的理念是“稳健推进”。我们目前已完成4x25G和4x50G PAM4 VCSEL产品的技术和可靠性开发，当前处于产品化阶段。100G PAM4产品也正处于研发阶段。

以上是从公司运营和产业布局的角度，把纵慧芯光近五年的进展向大家做下汇报。

麦姆斯咨询：VCSEL属于专业知识和制造经验双密集型行业，人才队伍本身就是重要的壁垒之一，纵慧芯光目前的团队建设情况如何？

陈晓迟：纵慧芯光目前拥有170名员工，其中有22名博士，公司超过一半的人员为技术研发人才。在全球VCSEL行业，纵慧芯光的团队规模和人才储备均处于第一梯队。在这五年时间里，纵慧芯光的团队非常稳定，核心员工保留率95%以上。我相信只有稳定的团队，才能做稳定的产品，为客户带来稳定的服务，实现战略上继续深耕消费电子、汽车电子，打磨光通讯产品的目标。

纵慧芯光团队积极创新，获得国内外超百项专利授权。为了更好地服务客户，理解客户的应用场景，我们不仅有强大的芯片研发和可靠性分析团队，还建立了专业的光学设计、电学驱动和系统控制团队，生产了多款短脉冲评估板，脉宽能做到小于1ns，还有全固态1D远场线扫描投射模组等。目的就是为了更好地帮助客户把VCSEL芯片使用好。

麦姆斯咨询：在消费电子领域，五年前VCSEL凭借iPhone X的3D传感应用逐渐兴起成为行业热点。现在，VCSEL已经在智能手机、AR/VR、无人机、扫地机等主流产品中获得广泛应用。纵慧芯光在消费电子领域的出货量如何？可否介绍一些典型客户及案例？

陈晓迟：纵慧芯光从2015年12月份成立，用了3年的时间对初代VCSEL产品进行开发，2017年开始市场推广工作，2018年产品正式导入终端客户，2019年开始大批量交付。截至目前，外延片产出超过9000片，超过国内其他VCSEL厂商之和，芯片的累计出货量超过9000万颗。

2020年全球VCSEL市场占有率排名（来源：Yole）

纵慧芯光与多个行业的头部客户保持着深度的战略合作。例如，手机应用方面，纵慧芯光持续与多家品牌客户保持独供状态，相关应用有人脸识别（Face ID）、激光对焦、接近传感以及多点直接飞行时间（dToF）传感等。在安卓（Android）手机Face ID等领域，纵慧芯光的市占率超过了80%。

无人机应用，纵慧芯光与某头部品牌保持VCSEL独家供应，该应用使用ToF技术，辅助无人机在多种场景如陆地、建筑物、水面等实现定高和避障。

AR/VR应用，纵慧芯光与全球头部AR头显设备公司、国内头部VR头显设备公司保持VCSEL独家合作，帮助客户实现深度信息获取，SLAM信息构建。目前，纵慧芯光还作为VCSEL独家供应商与欧洲某头部半导体客户合作开发下一代dToF产品，该产品将采用SiP封装方式，大大增加客户使用的便利性，可以应用于手机、AR/VR等产品，现在已经开始批量交付，预期在2024年开始大规模量产。

现在，国内扫地机年产量约900万台，纵慧芯光与头部前三家公司均保持长期合作，其中有两家纵慧芯光作为绝对主力供应商在批量供货。VCSEL在扫地机上面主要用于线激光器避障、ToF面阵避障、dToF SLAM建图等，随着这些方案的渗透率逐年提升，我们预计到2024年这些方案使用VCSEL的颗数总量会在300万颗以上。当前，纵慧芯光在这些应用方向的市场上，VCSEL产品的市占率达到了70%。

海外客户扩展方面，纵慧芯光也有不少斩获，欧洲和日韩的国际半导体生产商，消费电子头部公司，以及汽车供应链内多家Tier 1公司，都已经开展合作，部分完成小批量量产，相信在2023年底会开始形成较大的销售贡献。

麦姆斯咨询：在光通讯领域，纵慧芯光又有哪些VCSEL产品布局和突破？您如何看待生成式人工智能对该领域的市场影响？

陈晓迟：光通讯产品作为数据中心数据传输的基础设施，对于可靠性和批次一致性要求非常高。纵慧芯光从2019年就开始开发光通讯芯片，一直坚持产品做到100% Ready后才会正式发布。4x25G SR4和50G PAM4产品目前在产品化验证中，也在10家战略客户处得到性能认可。100G PAM4产品正处于研发阶段，目前已有样品在内部进行测试。

50G PAM4眼图

100G PAM4眼图

生成式人工智能（AI）是基于大模型做的开发，背后就是依托巨大的数据和算力。又因为高性能计算需要更多的GPU之间的并行处理能力、短延时和低功耗需求，例如NVIDIA公司已经在AI的架构中引入了800G VCSEL光模块的需求。据光通信行业市场调研机构Light Counting判断，北美互联网公司开始向100G/400G CLOS以及更先进的800G网络架构演进。目前看，已发布的800G光模块产品，多采用了8x100G的架构，VCSEL单信道速率会从25G/50G过渡到100Gbps。从Light Counting今年3月的预测数据看， 25G、100G、400G和800G光模块市场规模将从2022年的44.50亿美元增长到2027年的72.69亿美元，这5年期间的复合年均增长率（CAGR）为10.31%。随着各种人工智能模型的涌现，Light Counting可能会再次上调预测数据。2023年全球800G光模块总需求预计为120~140万，2024年将达到350~400万。VCSEL作为数据中心中主力光通芯片，将在这一波人工智能化浪潮中发挥更大的作用，市场空间也将得到指数级增大。

麦姆斯咨询：与消费电子和光通讯应用不同，进入汽车供应链需要获得严苛的车规级认证“入场券”。请您介绍一下VCSEL“上车”具体需要哪些车规级认证？分别存在哪些难点和挑战？

陈晓迟：VCSEL作为一款车用新兴器件，在汽车上前装量产，还是最近两年的事情。激光雷达2022年装车量首次突破10万台，2023年将达到45万台，2024年有机会突破100万台。光源选择上，中近距离补盲激光雷达已经几乎全面选择VCSEL。远距离主激光雷达选择VCSEL的比例也越来越高，未来有望达到80%以上。虽然车用VCSEL市场增长快速，但是汽车客户对于新型器件是非常谨慎的，尤其是对待核心的光芯片，这些客户会要求VCSEL厂商具备大批量量产交付的经验，以证明自身具备车规产品量产交付的能力。

纵慧芯光当前交付芯片量已超过9000万颗，并且做到了零现场失效，这种量级的优良交付记录，成为纵慧芯光进入汽车电子市场的敲门砖。所以说想要进入汽车电子市场，如果没有实实在在的交付历史数据会非常困难，这也是为什么纵慧芯光能够成为全球头部车载激光雷达客户唯二的供应商选择。纵慧芯光也是当前国内唯一在量产交付的VCSEL厂商。

纵慧芯光三年前是国内第一家通过车规AEC-Q102产品认证的VCSEL公司，两年前又是国内第一家通过IATF16949汽车产品质量管理体系符合性认证的VCSEL公司。经过两年的车规产品量产出货，今年又成为国内第一家通过IATF16949正式认证（SGS发证）的VCSEL公司，管理体系范围覆盖外延设计和制造、封装、老化测试等。对于VCSEL类产品，交付一颗满足性能要求的产品有很多方式可以做到，但是要保证上百万颗、千万颗产品的批次稳定性和可靠性，满足汽车客户车载的严苛环境，上万小时老化后“零缺陷”要求，是一个非常大的挑战。

通过认证只是第一步工作，真正考验的是将产品做好，稳定性做好。以我们其中一款激光雷达VCSEL产品为例，在给客户量产前，纵慧芯光投入大量资源，自建了短脉冲老化的设备。我们共计有7000余个老化通道，可以进行在-50℃到+200℃，从3mA到50A以上的系统性大规模老化测试。我们按照比客户实际工作更加严苛的测试条件完成了验证。目前针对一款外延结构的芯片，芯片数*老化时间*加速因子的数据超过了一亿小时。某款激光雷达VCSEL芯片的加速寿命，可靠性验证时长超过6000h，如果折合汽车激光雷达实际使用条件寿命将超过100年。正是这样持续高压力的验证，最终才能给客户交付真正零缺陷的产品。

量产激光雷达VCSEL芯片加速老化数据

所以说只有具备大批量验证可靠性，具有大规模量产能力，并且真正大批量量产过的VCSEL厂商才能在汽车电子市场中得到客户认可。

麦姆斯咨询：相比消费电子应用，车载激光雷达需要更远的探测距离，对VCSEL光功率密度、光束质量（发散角）提出了更高的要求，多结高功率VCSEL成为理想的解决方案。纵慧芯光的多结高功率VCSEL芯片有哪些优势和特点？在设计和工艺方面解决了哪些挑战？

陈晓迟：纵慧芯光对于推动VCSEL成为汽车激光雷达理想光源方面为行业做出了独有的贡献。在2020年之前，行业内在功率密度需求的前提下对于VCSEL角度认知是很难做到20°以内。而纵慧芯光通过创新性的技术将角度做到了足够小，可以做到12°以内，可以使激光雷达的远场投射点亮度提高2~3倍，测距能力提升30%以上，为激光雷达系统提供非常好的硬件性能支撑。

这项创新性的工作在设计和工艺方面需要解决很多挑战，比如如何在满足车规级可靠性的要求下，平衡光功率和小角度性能；以及如何确保量产多结产品的的一致性和稳定性等。高功率的VCSEL芯片依托于多结外延技术，纵慧芯光拥有自主外延生产能力，所以在多结VCSEL性能迭代方面具备特别的优势。在当时研发时间比较紧张的时期，我们做到了外延研发24小时值守，快速迭代外延结构，最终成功定型量产多结外延。纵慧芯光的自有外延具备可靠性高、性能好的优势，有别于现在市面上采用外延代工方式的VCSEL厂商。现在市面上采用外延代工生产的VCSEL公司，器件性能几乎趋同，都面临相同的外延问题。

现在，纵慧芯光仍在持续迭代更好性能和可靠性的多结产品，现阶段10结以上的研发产品，已经能够同时达到光功率密度8kW/mm²，百瓦峰值功率条件下PCE>35%。纵慧芯光将会将投入更多资源验证性能和可靠性，将研发技术在产品上落地。

此外，为满足汽车激光雷达技术不断迭代的需求，纵慧芯光正在配合国内国际客户打造多种技术平台，包括偏振VCSEL、背发射VCSEL、集成微透镜、2D可寻址VCSEL等。相信在不久的将来，能看到这些产品的量产落地。

麦姆斯咨询：最后，请您畅谈纵慧芯光的下一个五年计划。

陈晓迟：过去五年，我们见证了VCSEL市场的起起落落。经过这几年的努力，我们有幸在消费电子和汽车电子领域做到了VCSEL行业国内第一。

当下这个时点我认为是我们最好的机遇，因为这个行业已经跨过了Gartner曲线的期望膨胀期，熬过了泡沫破裂谷底期，开始进入稳步爬升复苏期。由于VCSEL的物理发光体积小，一方面导致它有很高的研发和可靠性壁垒，但另一方面，也使得VCSEL在时间、空间和光谱维度都是最好的光源，是机器视觉最理想的智能补光器件，也是大规模高速计算的最优光通讯解决方案之一。

未来五年，纵慧芯光将继续坚定地执行战略，扩大在消费电子领域的优势，加厚在汽车电子领域的壁垒，打磨好光通讯产品并一击命中占领市场，成为一家具备国际竞争力的中国光电半导体芯片厂商。

延伸阅读：

《VCSEL专利态势分析-2022版》

《VCSEL期刊文献检索与分析-2022版》

《传感应用的VCSEL技术及市场-2021版》