一顆VCSEL芯片，打開中國半導體新局面

本文來自格隆匯專欄：半導體行業觀察，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在過去幾十年中悄然成爲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構等半導體性質，這些化合物半導體材料被應用到如LED、手機射頻通信PA以及各種功率器件中。近年來，隨着AI和智能汽車的崛起，又一種基於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，獲得的關注度大增，國內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，暗藏着中國半導體崛起的另一條隱祕曲線。

智能時代，VCSEL走向臺前

在與半導體行業觀察交流的時候，老鷹半導體創始人邊迪斐表示，自上世紀90年代末至今，科技行業已經發生了多輪變遷，縱觀這些科技大浪潮背后，有一個共同的特徵，那就是硬件要先行，纔有隨之而來的商業化；在此期間，科技行業還呈現出另一個特徵，那就是我們已經從以前的信息時代轉向智能時代。

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推動下崛起的互聯網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，讓科技發展進入了一個新維度，一個以人工智能為特徵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、參數提取，形成新的商業機會。「算力的本質就是計算、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，普通的創業者沒有太多的機會。於是，留給我們的就只有傳輸。」邊迪斐接着説。

「基於這些判斷，我們創立了老鷹半導體，選中VCSEL（垂直腔面發射激光器）這條賽道——一項兼顧感知和傳輸，具備更長戰略縱深優勢的技術。」邊迪斐告訴半導體行業觀察。

所謂VCSEL，是一種基於半導體的激光二極管。與傳統的邊發射激光器不同，VCSEL垂直發射激光束。從製造上看，VCSEL是在芯片的上下兩面鍍光學膜，形成諧振腔，由於光學諧振腔與襯底垂直，能夠實現垂直於芯片表面發射激光。據介紹，該項技術有低閾值電流、穩定單波長工作、可高頻調製、容易二維集成、沒有腔面閾值損傷、製造成本低等優點。

其實在前些年，VCSEL一直不温不火，但自蘋果2017年在iPhone X中引入了使用VCSEL的Face ID后，該技術一炮而紅。

資料顯示，數據通信是最早開始集成VCSEL的工業應用領域，這主要是因為其低功耗的特點以及相比EEL更具價格優勢，VCSEL在短距離數據通信領域佔據了優勢地位。后來，受數據中心發展和互聯網的普及，VCSEL市場和產量在2000年代蓬勃發展，隨后穩步增長。

到了2014年，也就是距VCSEL技術首次應用於數據通信領域近20年后，它開始進入智能手機市場，但此時主要應用於接近傳感以及與自動對焦功能的傳感器相結合。隨后，如上所述，Face ID的亮相，讓VCSEL終於吸引了關注。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，作為這兩類產品的幕后英雄，VCSEL正式走向臺前。

據Yole預測，VCSEL市場預計到 2028 年將達到 14 億美元。屆時無論是數據中心、智能汽車或者是具身智能，都將帶動VCSEL應用的巨大需求。可以預見，一個屬於VCSEL的時代正在到來。

從模仿跟隨到並駕齊驅

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等企業就是這個領域的龍頭。但和過去不一樣的是，當前VCSEL的主要應用場景——光模塊和激光雷達，都是由中國廠商主導，甚至連終端用户（數據中心和智能汽車），中國廠商在全球也獨佔鰲頭。

在這種情況下，打造本土的VCSEL供應勢在必行。邊迪斐也認為，中國半導體現在是時候從模仿跟隨走向並駕齊驅。

「歷經過去多年的努力，中國產業已經實現了從電氣化/內燃機時代的被動跟隨，到信息化時代的奮起直追。現在到了智能化時代，中國硬科技人有了達成‘原創使命’的契機。」邊迪斐表示。作為一個二次創業者，他展現出了充足的信心和決心，也有了足夠的底氣。

如他所説，20年前他參與成立華燦光電做LED的時候，整個產業是由日亞、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業。

基於這些積累和當下的機遇，擁有多年LED行業經驗的邊迪斐帶領老鷹半導體的創業團隊，踏上了新徵程。

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品都是光源，且兩個領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。這就讓前者的經驗，有機會被應用到后者的開發中去。

但我們也必須承認，VCSEL還是一個擁有很高門檻的行業。例如打造IDM式工廠，就會嚇退很多有意進入這個賽道的人。國金證券在報告中説，全球範圍內光芯片廠商無一例外都是採用 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製程的提升，激光器芯片需通過工藝平臺實現光器件的特色功能，更注重工藝的成熟和穩定。

邊迪斐也強調：「做VCSEL IDM是一件非常難的事。」他進一步指出，「中國企業還沒有大規模商業化，關鍵是中國還沒形成完整的生態。」

依託25年經驗的國際化團隊，老鷹半導體在浙江建設國產VCSEL產能與光芯片創新中心。公司也採用IDM模式，建成車規級實驗室及6英寸砷化鎵全流程智能化產線，打造下一代光互連技術產業平臺，加速創新成果產業化。

「我們現在在有些方向上其實已經超越外商，只是在綜合實力上仍有差距。但在一些非常垂直的方向上，我覺得已經開始有獨創性的東西了。」邊迪斐表示。他預估，在某些關鍵參數上，老鷹半導體還有個一年左右能追上國際領先水平。

正是這些佈局和進展，讓老鷹半導體有了穿越周期的底氣。

AI基建「春秋戰國期」，堅定前行

毫無疑問，現在是屬於AI基建的時代。過去幾年間英偉達從數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測，到2029 年，服務器和存儲基礎設施的總支出將高達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説法的最好註解。統計數據顯示，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，主要歸功於他們在互聯與交換上面的傑出表現。

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業發展現狀有關。於是，除了大力發展芯片以外，產業圍繞着Scale Up、Scale Out和超節點有了很多的討論。類似光模塊、LPO、CPO以及谷歌OCS等概念頻發，行業對於怎麼互聯也有更多的探索。

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「內卷論」也不斷，作為一個產業鏈的重要供應商，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行。

邊迪斐認為，從整個產業的規模和容量上看，是沒有泡沫的，產業纔剛剛開始的。「公司運營需要同時做好技術研究和市場研究，兩者之間必須形成耦合關係，才能高效地判斷和驗證技術路線。」邊迪斐指出。

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

得益於自有的IDM模式工廠，老鷹半導體不但能因應需求，在不依賴海外技術的前提下完成對產業變化的快速產能響應；面對技術的需求和變更，公司的這些產線也能為產品開發提供強力的支持。

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

未來，半導體不再是各家芯片獨立研發，而是多廠商協同設計，這是非常明顯的趨勢。這是一個大生態，需要聯合不同的玩家。

在與半導體行業觀察交流過程中，邊迪斐多次強調，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，為中國企業在智能化時代搶奪原創發言權，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」，邊迪斐鏗鏘有力地説。