訪談背景：浙江睿熙科技有限公司（以下簡稱“睿熙科技”）創始于2017年，是一家全球技術領先的垂直腔面發射激光器（VCSEL）供應商，公司產品定位高端市場，依托國際一流的光電芯片設計與品質管控能力，產品覆蓋消費電子、車載、數據通信三大領域。麥姆斯咨詢一直關注睿熙科技的成長歷程，曾分別在2018年公司創業伊始、2020年完成2億元A+輪融資之際對睿熙科技進行過專訪。近些年，隨著激光雷達（LiDAR）、智能座艙、車內光通訊等智能汽車應用的蓬勃興起，VCSEL作為核心光源器件即將迎來第二波傳感應用的市場需求浪潮。睿熙科技憑借全球稀缺的下一代多結高功率車規級VCSEL芯片技術，正順勢而為積極布局智能汽車市場。在此背景下，麥姆斯咨詢再次采訪了睿熙科技首席執行官（CEO）James Liu博士，揭秘睿熙科技的智能汽車領域VCSEL產品矩陣和市場規劃。
麥姆斯咨詢：James Liu博士，感謝您再次接受麥姆斯咨詢的專訪！自2020年專訪至今已過3年時間，其中也經歷過疫情的考驗，睿熙科技在此期間取得了哪些值得關注的里程碑事件？抓住了哪些市場機遇？
James Liu：過去3年來，睿熙科技在VCSEL的三大落地關鍵領域（車載、數據通信、消費電子）完成了芯片開發及下一代芯片技術儲備，VCSEL模組產品開發落地取得了較大進展。
在車載應用方面，睿熙科技憑借領先的多結外延設計技術，已完成全場景的車規級VCSEL產品矩陣布局與技術儲備。其中，駕駛員和乘客監控系統（DMS/OMS）模組產品已于2022年通過AEC-Q102車規認證，正進入國產替代落地過程；同時，車規級激光雷達VCSEL芯片已與國內頭部車企、激光雷達廠商以及車路協同方案領導廠商達成戰略合作，將從2024年開始，逐步釋放技術積累帶來的營收貢獻。
在數據通信方面，睿熙科技基于6英寸晶圓工藝的數據通信VCSEL產品在國內處于第一梯隊。其中，25G數據通信芯片已經開始量產，56G PAM4數據通信芯片已經完成內部測試，并通過業界多家客戶的測試，性能處于業界領先水平，計劃今年開始批量出貨。112G-PAM4數據通信芯片進入研發流片階段。過去幾年，公司重點投入6英寸晶圓工藝調優與量產良率提升，在未來市場滲透率提升期將具有極大的成本優勢。同時，公司與客戶的前瞻研發團隊，正在光電集成的CPO光引擎產品及多波長通信產品領域合作，共同定義下一代產品形態。
在消費電子方面，睿熙科技已完成多品類多結VCSEL產品矩陣的部署，在產品性能、可靠性、成本、技術支持與服務等方面，均取得行業龍頭客戶的認可。其中，近距離傳感VCSEL模組、結構光VCSEL模組、3D飛行時間（ToF）VCSEL芯片已與行業頭部客戶達成量產合作，目前正在穩定出貨中。
麥姆斯咨詢：請您談談消費電子、車載、數據通信三大應用領域的VCSEL市場現狀，市場需求端分別出現了哪些變化，對VCSEL提出了哪些新要求？
James Liu：就市場現狀而言，VCSEL行業前5大廠商壟斷了93%的市場份額，而國外雙寡頭就壟斷了80%的市場份額（Lumentum占據42%，II-VI占據37%），產業鏈正在加速垂直整合。展望未來，在全球范圍內VCSEL市場未來5年復合年均增長率（CAGR）排名前三的細分領域將包括車載（97%）、數據通信（22%）和移動消費（16%），其中，車載應用有望成為最大的細分市場。在發展更為迅速的的中國市場，我們根據市場現狀及趨勢判斷，未來5年，這三大細分市場的總規模有望從10億元增長至50億元，CAGR達到40%以上，市場空間巨大。具體來說：
車載市場方面，智能電動汽車將催生包含DMS/OMS、艙外激光雷達、車載光通信、車路協同等新需求。其中，伴隨隱私安全等標準提升與座艙內監控、交互方式的增加，VCSEL的滲透率將逐漸提升，替代原有LED的補光方案。這要求VCSEL能在滿足車規認證的條件下工作，并在成本方面接近LED。對于艙外激光雷達，考慮到主機廠對激光雷達的降本需求，以VCSEL代替傳統EEL的方案也將越來越多地被應用。特別是在補盲激光雷達領域，全固態激光雷達采用VCSEL作為發光源已成為行業共識，這要求VCSEL能夠在滿足光功率密度的情況下，在可靠性、發散角、二維（2D）可尋址驅動控制等方面能夠更好的匹配客戶需求。在車載光通信領域，歐盟也正在出臺法規，制定下一代車內通信標準，以光纖為傳輸介質的近距離高速通信將漸漸為VCSEL上車提供更多的舞臺。面對車規級應用，滿足車內通信的可靠性需求也對VCSEL芯片提出更高要求。另外，車路協同激光雷達開始逐步量產，預期其市場容量是車載用量的兩倍，主要以中距離的Flash固態激光雷達產品為主，VCSEL應用方案也在逐步進入頭部客戶的視野，同樣在光功率密度、可靠性、發散角等方面對VCSEL提出了更高要求。
數據通信市場方面，伴隨人工智能（AI）算力需求增加以及LPO封裝模式帶來的功耗降低，未來近距離400Gbps、800Gbps通信所需要的高速率VCSEL芯片（56G-PAM4、112G-PAM4）需求前景巨大。此類應用，除了需要保持高速率下的性能優勢，對于產品性價比、可靠性方面也有高要求。
消費類市場方面，3D傳感應用場景將在手機端之外的領域不斷擴展，需要VCSEL供應商根據客戶的需求靈活定制產品。由于消費市場的需求數量巨大，對于VCSEL產品的一致性、可靠性以及成本控制提出了更高的要求。
麥姆斯咨詢：請您介紹一下睿熙科技針對上述三大應用領域提供的VCSEL產品矩陣，另外能否介紹一些典型客戶及案例？
James Liu：我們已經完成了上述三大應用領域的全面產品布局，睿熙科技定位提供高品質VCSEL，與行業龍頭客戶進行深度合作。
睿熙科技高品質VCSEL產品矩陣
（1）車載領域：布局全場景的車規級VCSEL產品矩陣，包含智能座艙DMS/OMS產品、半固態與全固態的激光雷達產品以及車內高速通訊產品（未來）。目前，國內前10的激光雷達企業中已有7家與我們建立合作。睿熙科技目前已獲得頭部激光雷達廠商定點，爭取獲得第一供應商地位。對于某頭部客戶，憑借新一代“重構多結”技術芯片綜合性能（光功率密度達到3000-5000W/mm2，發散角為15-17°，具有優異高溫特性）及可靠性優勢，公司已獲得獨家定制且成為第一供應商。
（2）數據通信領域：睿熙科技的數據通信VCSEL產品在國內處于第一梯隊，憑借團隊在此領域的深厚積累，具有成為國內數據通信No. 1的極高潛力。目前25G芯片產品已通過國內20多家主流模組廠商的性能測試。新一代PAM4產品開發方面，56G PAM4數據通信產品，模組級別重要指標TDECQ < 1dB（行標 < 4dB）& ER = 4dB（行標需 > 3dB），與世界頂級供應商性能相近，預計2023年內實現量產；112G PAM4數據通信產品也是2023年的重要迭代項目，目前，初版產品正投產驗證中。
（3）消費電子領域：例如3D結構光、3D ToF等應用的多款VCSEL產品正在與國內一線廠商合作，睿熙科技是國內第一家在線下支付領域量產結構光VCSEL芯片的供應商。2D線結構光VCSEL產品業界領先，是掃地機器人龍頭企業的第一供應商。在智能手機近距離傳感應用方面，公司目前已成為某國內頭部屏下傳感方案商“psensor項目”的首選供應商。另外，公司開發的多結VCSEL具有目前業界最佳的光斑質量，正與國內外多家龍頭方案公司就dToF應用開展獨家訂制，并已開始批量出貨。
麥姆斯咨詢：相比邊發射激光器（EEL），為什么說VCSEL是下一代全固態激光雷達光源的理想之選？
James Liu：VCSEL在光功率密度方面已經高達3000~5000W/m2等級，與EEL相比，在實際使用中已經沒有明顯劣勢。同時，VCSEL產品不論是在未來2D可尋址的芯片整合（更容易）、整機封裝（更容易）、工藝難度（更低），還是在價格成本（更低）方面，都顯著優于EEL，更有利于下一代全固態激光雷達光源的落地實現。
麥姆斯咨詢：多結高功率VCSEL芯片是實現高性能全固態中遠程激光雷達的底層關鍵元器件，隨著汽車激光雷達市場的需求增長，成為全球VCSEL領先廠商的重點布局產品。請問睿熙科技的多結高功率VCSEL芯片有哪何優勢和特點？另外布局了哪些核心專利？
James Liu：睿熙科技的多結高功率VCSEL芯片，具有高功率密度激光輸出、小發散角的優勢，同時保有高可靠性優勢。
睿熙科技的多結高功率VCSEL外延設計，不同于國內其他廠商的設計技術路線。睿熙科技的技術路線，采用單氧化層設計，更接近于國外VCSEL大廠Lumentum。相對來說，重構多結的外延設計，內部技術確實有很多訣竅（know-how），睿熙科技也是從2021年開始切換技術路線，并在近2年的持續迭代中，成功開發出與世界一流大廠相近的重構多結外延設計，并通過客戶驗證，能夠承受激光雷達更高的功率密度輸出。
由于材料應力的變化及氧化工藝過程中產生的晶體缺陷，激光雷達VCSEL芯片較容易發生產品失效的位置是水氧化層。國內其他廠商大多采用多層水氧化層設計方案以實現多結高功率VCSEL。睿熙科技設計的“單層”水氧化層設計方案，更能有效降低激光雷達產品發生失效的機率，同時更能夠在不損失光功率情況下，保持低發散角的優勢。
此外，睿熙科技的重構多結外延設計，大幅簡化了生產步驟，提高了產品良率，從而有效降低代工廠及后續制程工廠的生產成本。這對于全固態中遠程激光雷達產品落地，更是一大優勢。
針對睿熙科技的重構多結外延設計，在外延設計有效控制“單層”水氧化層外延設計、有效降低發散角，以及制程代工廠降低VCSEL失效機率等多方面，我司都已有相關的專利布局。
麥姆斯咨詢：多結高功率VCSEL在制造方面有哪些難點或挑戰？睿熙科技在供應鏈管控和保質降本方面做了哪些工作？
James Liu：多結高功率VCSEL的技術難點之一在于外延及工藝的掌控性與穩定性。多層水氧化層多結外延在成長階段，如何有效且精準控制各個水氧化層的厚度及外延質量是一大“關卡”。同時，除了水氧化工藝本身的控制性及均勻性之外，前步刻蝕工藝的深度也會直接影響水氧化結果，進而影響光電性能，縮小工藝之間的容錯性窗口。上述兩大難點將大幅降低芯片量產良率，進而增加生產成本。
相對而言，睿熙科技的重構多結外延設計可有效控制并降低外延及工藝生產成本，與代工廠間是互利互惠的結果，同時也能有效降低激光雷達產品發生失效的機率，更能夠保持住低發散角的優勢（不損失光功率情況下）。
麥姆斯咨詢：下一代全固態激光雷達提出了1D/2D可尋址分區掃描需求，睿熙科技在1D/2D可尋址VCSEL陣列方面有哪些布局？
James Liu：1D可尋址方案主要核心是分區點亮，每個區域對應場景中的某一條橫、豎區域。睿熙科技已有成熟的供應鏈準備，現階段同時有幾款1D可尋址產品開發。值得一提的是，針對每區間距100微米以下的VCSEL芯片設計，睿熙科技也有相對應的技術開發可符合客戶需求，只是在后端模塊封裝階段，對于走線、焊盤、打線、驅動布置等仍然有技術難點需要克服。
2D可尋址主要是在兩個方向上做分區，以電尋址掃描的方式實現全場景覆蓋和掃描。根據設計又可分為“全隨機”及“偽隨機”可尋址。“全隨機”是每區獨立走線、獨立焊盤，所以可獨立控制，但也因此，隨著分區數量增加，對應焊盤數量也增加，將大幅增加芯片面積及成本。而“偽隨機”的設計則可大幅減少焊盤數量，如下圖中顯示的是8×8的64區示意圖，“偽隨機”只需有16個焊盤及驅動即可，并不像1D可尋址或全隨機設計，64個分區就要匹配64個通路。此外，“偽隨機”2D芯片會將所有的陽極和陰極都放在同一個平面上，方便驅動連接，增加靈活性，缺點是工藝制程較多，且需要搭配外延設計，在掃描應用上也略較“全隨機”受限。
不論“全隨機”或“偽隨機”2D可尋址，睿熙科技也都有相對應的外延及工藝技術，可針對客戶需求訂制開發，并且對于“偽隨機”2D可尋址通道間漏電導致串擾問題的改善以及減少邊緣區域與中心區域因阻值造成光電性能差異部分，都已經有相關的專利布局。
“全隨機”2D可尋址示意圖
“偽隨機”2D可尋址示意圖，只需要16路驅動（8路陽極和8路陰極）即可實現64區可尋址掃描
麥姆斯咨詢：VCSEL進入智能汽車供應鏈需要面對很高的車規認證“門檻”，睿熙科技在這方面有何進展？如何確保車載VCSEL產品的品質和可靠性？
James Liu：睿熙科技車載OMS/DMS應用的VCSEL投射器產品，激光雷達半固態/固態1D可尋址多款VCSEL芯片已通過車規AEC-Q102認證。目前，睿熙科技在每一款新產品的研發設計、樣品驗證、試生產直到量產導入過程中，都進行了高標準的功能性能、可靠性、模擬壽命以及售后失效模式的監測驗證管控，以保證每一顆睿熙科技VCSEL芯片的高質量與高可靠性。例如，我們針對一款ToF VCSEL芯片進行了長達半年的Wafer Quality壽命測試監控，模擬芯片全生命周期使用后的PCE指標和光功率，結果指標始終保持在±2%的波動范圍內。我們還針對三款VCSEL芯片（包括車載應用芯片）進行了長達1000H的高溫性能測試，光功率的衰減率保持在0.8％以內，在5000H的高溫性能測試后，芯片光功率的衰減率還能保持在6.7%以內，達到了世界領先水平。
一款ToF VCSEL芯片長達半年的Wafer?Quality壽命測試監控
三款VCSEL芯片的1000H高溫性能測試
麥姆斯咨詢：VCSEL產業IDM模式的門檻較高（需要大量資金投入），睿熙科技最初采用的是Fabless模式，現在逐步發展并探索構建了具有芯片設計、制造、封測與品控核心壁壘的“虛擬IDM”模式。“虛擬IDM”有何優勢和意義？
James Liu：VCSEL產業IDM模式的門檻較高，全流程的芯片設計和制造對于國內企業來說仍舊是一筆巨大的支出，因此，國內有IDM模式的企業甚少，更遑論IDM模式的模擬芯片企業。隨著IDM、Foundry、Fabless三大模式的發展，睿熙科技從中探索出新的芯片制造模式。
因為傳統IDM投資成本高、工藝調優難，虛擬IDM（Virtual IDM）現成為睿熙科技采取的新模式，且具有輕資產、響應快，帶來高品質的優點，三種主要模式的對比圖如下：
虛擬IDM模式的優勢
睿熙科技不僅專注于芯片設計環節，還擁有自主的工藝平臺與工藝技術。雖然產線本身不屬于我們，但我們可基于代工廠的產線資源進行晶圓制造工藝專利的開發與優化，代工廠再按照其制造工藝進行生產。這讓虛擬IDM有能力拓展高端產品，與相對低毛利的Fabless實現差異化競爭。由于睿熙科技相較于其他Fabless供應商，擁有較強的工藝制造/設計工藝流程的能力，同時可以進一步建議代工廠開發先進制程，這讓睿熙科技能夠采取虛擬IDM模式，有更大的底氣。
由于睿熙科技能夠采取虛擬IDM模式，國際市場供需鏈將不受影響，很好地避免了成本花費 (人力資源/固定成本花費)，更有利于讓睿熙科技與代工廠成為互利共生的合作伙伴。
麥姆斯咨詢：我們關注到睿熙科技不僅僅做VCSEL芯片，還沿著“光芯片→光模組→光引擎”路徑發展，不斷提升產品價值和服務能力，您可以介紹幾個典型案例嗎？
James Liu：在消費電子領域，睿熙科技有眾多VCSEL產品通過模組出貨，直接供給終端客戶。比如掃地機器人的2D線結構光方案與3D iToF方案，目前睿熙科技均使用自主開發的VCSEL芯片搭配自有工藝的光學模組出貨，分別成為兩大頭部客戶的第一大供應商。此外，在汽車智能座艙領域，睿熙科技在2022年就有車載OMS/DMS模組產品通過AEC-Q102的車規級認證，預計2023年量產上車。
在光引擎方面（光芯片+電芯片集成），睿熙科技自建電路設計團隊，與國內頭部模組廠商共同開發光引擎（例如手機移動端用3D ToF收發模組、車載端激光雷達用VCSEL芯片與驅動電路集成方案），未來睿熙科技將與合作伙伴一道，進一步發揮光芯片與電芯片的集成化優勢，為客戶提供創新價值。
麥姆斯咨詢：在集成化應用方面，睿熙科技布局了哪些關鍵技術和專利？例如集成光學技術。
James Liu：睿熙科技同時也持續積累倒裝（背出光）及微透鏡技術。
背出光倒裝VCSEL芯片將陽極和陰極制作于同一面，具有較佳的集成能力，并可降低因打線所引發的寄生電感，同時提供良好的散熱能力而獲得更高的光電性能。睿熙科技已有背出光樣品，工藝技術基本定型，處于性能持續迭代優化階段，未來依據市場及客戶需求，可隨時切入產品開發應用。
微透鏡內部樣品為正出光VCSEL芯片整合微透鏡方案，已驗證VCSEL出光發散角可控，但因正出光發光孔面積有限，無法有效大范圍調控光束，預期需要在背出光VCSEL芯片上才有較大的應用空間。微透鏡技術將與VCSEL工藝一同在代工廠制作，不但可有效控制良率，還可省去對應光學器件的成本，并降低整體模塊的體積。
整體來說，睿熙科技的集成技術路線先以倒裝技術為主，后續將再經過技術積累及光學仿真切入微透鏡技術。背出光搭配可尋址等復合技術整合已經有相關的專利布局。
麥姆斯咨詢：目前，國內從VCSEL設計到GaAs外延及晶圓制造，再到模組/系統應用等各個產業鏈環節日臻成熟。您如何看待現在的國內VCSEL生態環境及競爭格局？睿熙科技如何確保領先優勢？
James Liu：近年來，國內VCSEL生態取得了可喜的進展，除了VCSEL設計廠商外，國內也有多家VCSEL關聯企業在GaAs平臺的6英寸晶圓材料、外延生長、芯片代工等產業鏈上下游布局發展。但從行業聚集度來看，VCSEL產業鏈上游仍主要由海外/中國臺灣廠商主導，中游基本被海外大廠壟斷。從產業終局的角度來看，國內VCSEL廠商也會形成金字塔梯隊，而在金字塔頂端的VCSEL廠商不會超過3家。正如1990年代，美國光通信泡沫時代VCSEL廠商有100多家，而最終僅剩金字塔頂尖的3家。這場競爭的入場券是產品性能，而最終的決勝因素在于芯片包括可靠性在內的品質與成本控制。
睿熙科技擁有車載、數據通信、消費三大應用領域的完整芯片設計能力與量產落地經驗，目前是全球范圍內真正意義上唯一一家覆蓋手機/XR、智能汽車、AI服務器三大高端產品場景的國產VCSEL供應商，并且與這三大領域的龍頭客戶都有深度合作。睿熙科技的核心競爭優勢體現在以下3方面：
首先，我們的團隊在VCSEL領域擁有二十多年經驗，積累了深厚的品質和可靠性管控能力，在過去幾年累計千萬級芯片的出貨量中做到了芯片的零失效。
其次，睿熙科技采用獨具優勢的“虛擬IDM”模式，確保客戶獲得高品質產品，以及有競爭力的價格，這對于目前VCSEL市場發展階段是更合適的選擇。VCSEL是偏模擬芯片的概念，對品質控制、迭代要求比較高，睿熙科技憑借“虛擬IDM”模式，能夠全程把控設計、制造、封測、中間制造工藝。我們在代工廠有購置自己的機臺，當地數據會實時上傳，可進一步加快產品迭代與問題溯源。
此外，睿熙科技的供應鏈體系有深厚的基礎，在供應鏈端梯次布局。睿熙科技在中國臺灣有常駐團隊，全球VCSEL領域Top 1/Top 2代工廠由公司創始人兼首席科學家聯系搭建，并保持多年良好的合作關系。考慮到國產替代和自主可控，睿熙科技2020年初開始同國內領先的VCSEL代工伙伴合作，工廠工藝由睿熙科技的臺灣團隊一起協助建立完善，目前已實現了消費電子VCSEL芯片的規模量產。不過，國內對于車載等高端芯片的6英寸VCSEL的大規模代工量產能力大約還需要4-6年時間才能成熟。隨著VCSEL應用的爆發，未來睿熙科技會考慮進一步整合并購芯片關鍵代工環節，完成對部分高端產品線的IDM閉環。
麥姆斯咨詢：最后，請您暢談睿熙科技的下一個目標里程碑或規劃設想。
James Liu：正如我們公司的愿景——“成為全球光芯片行業的領導者”，睿熙科技的下一個里程碑是在國產芯片滲透率不到1%的高端VCSEL芯片領域（如車載VCSEL芯片、112G-PAM4 VCSEL芯片、手機用高端dToF VCSEL芯片等）獲得超過10%的份額，并且逐漸將VCSEL設計能力、工藝能力轉移到國內，逐步構建起高價值VCSEL模組的制造能力。
我們認為VCSEL行業與10多年前的LED行業、光伏電池行業非常相似，大規模的需求爆發正在醞釀之中，產業正在從歐美向亞洲（中國）加速轉移。目前高端國產VCSEL芯片的份額不到1%，在十年后，或許國產VCSEL的滲透率能超過80%。所以在通過“虛擬IDM”模式磨合了車載、數通、消費的高端VCSEL設計能力與工藝能力之后，睿熙科技將進一步布局制造能力，與同行一道，為中國高端光芯片的崛起及全球一流光電人才的培育貢獻力量。
