行稳致远，打造激光雷达中国“心”

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访谈背景:浙江睿熙科技有限公司(以下简称睿熙科技)创始于2017年,是一家全球技术领先的VCSEL(垂直腔面发射激光器)供应商,睿熙科技凭借其国际一流的光电芯片设计与品质管控能力获得了由工信部赛迪顾问颁发的2022-2023中国半导体市场【最具成长力企业奖】,同时睿熙的新一代多结高功率车规级VCSEL芯片产品也凭借优异的性能斩获2022-2023中国汽车电子市场【最佳产品奖】。为此,我们在2023上海慕尼黑光博会展期间专程采访了睿熙科技的战略市场负责人陈睿,陈睿向我们介绍了睿熙科技在VCSEL技术上的创新和在汽车市场的应用;同时也向我们揭秘了睿熙科技快速成长的关键因素。

问:首先我们要恭喜睿熙科技荣获了由工信部赛迪顾问颁发的2022-2023中国半导体市场【最具成长力企业奖】以及新一代多结高功率车规级VCSEL芯片获得2022-2023中国汽车电子市场【最佳产品奖】,请问睿熙科技的VCSEL芯片产品在汽车领域已经取得哪些里程碑式发展?

陈睿:在过去的三年里,睿熙科技在车载、数据通信以及消费电子三大领域都完成了芯片研发以及下一代芯片技术的储备。尤其在车载应用领域,睿熙科技凭借在消费领域、光通信领域的技术积淀、以及业界领先的新一代多结外延设计技术,完成全场景的车规级VCSEL产品矩阵布局与技术储备。

谈及里程碑发展,睿熙的创始团队早期在美国某头部公司就完成全球首款车规级VCSEL激光雷达光芯片的开发,自2021年起,睿熙启动新一代车规级高功率密度多结外延技术研发,并成功应用于智能座舱与激光雷达产品。其中,驾驶员和乘客监控系统(DMS/OMS)模组产品在2022年通过了AEC-Q102车规认证,正进入国产替代落地过程。睿熙车规级激光雷达VCSEL芯片已与国内头部车企、激光雷达厂商以及车路协同方案领导厂商达成战略合作,多款产品获得定点/独供/一供地位,并将从2024年开始,逐步释放技术积累带来的营收贡献。

问:当前睿熙科技在车载领域有哪些产品应用布局?

陈睿:当前睿熙科技在智能座舱以及智能驾驶、车路协同所需的激光雷达完成产品线布局。

在智能座舱方面,车企采用的2D视觉方案并且结合LED补光方案对驾驶员或乘客在车内的状态进行监测,但是现有方案对车内人员的隐私安全性、舒适性(红暴现象)、手势识别精度以及抗环境光干扰方面都存在不足,而VCSEL点状立体的3D影像可淡化处理隐私信息,且具有高精度,不受环境光影响的特点,伴随隐私安全等标准提升与座舱内监控、交互方式的增加,VCSEL的渗透率将逐渐提升,替代原有LED的补光方案。睿熙在此领域已布局多款DMS/OMS模组匹配不同客户的定制化需求。

对于舱外激光雷达,考虑到主机厂对激光雷达的降本需求,以VCSEL代替传统EEL的方案也将越来越多地被应用。特别是在补盲激光雷达领域,全固态激光雷达采用VCSEL作为发光源已成为行业共识,这要求VCSEL能够在满足光功率密度的情况下,在可靠性、发散角、二维(2D)可寻址驱动控制等方面能够更好地匹配客户需求。睿熙在此领域也已凭借领先的外延设计能力完成了高功率密度的混合固态、1D可寻址、2D可寻址VCSEL产品布局。

另外,车路协同激光雷达开始逐步量产,预期其市场容量是车载用量的两倍,主要以中距离的Flash固态激光雷达产品为主,VCSEL应用方案也在逐步进入头部客户的视野,睿熙也已在此领域有与业界龙头客户开展产品预研开发。

问:您上面介绍了睿熙科技在车载领域目前的应用布局,请问睿熙科技未来在车载领域上将会有哪些应用布局?

陈睿:目前车载通信是以固态金属(主要为铜线)作信息传输介质,随着数据传输量增大,固态介质传输速率会逐步无法满足要求,比如一颗800万像素的摄像头,在信号未经压缩下,数据传输带宽超过2Gbps,算上安全冗余,6颗高清摄像头方案未经压缩的带宽需求就达到12Gbps,加上现有4D毫米波雷达、以及激光雷达的车载传感器矩阵会给目前传感器端与自动驾驶域 (“端”-“域”)之间的通信带宽带来很大压力,这就需要有更高吞吐传输介质来替代,而车载光互连是以光纤为传输介质的近距离高速通信,其为VCSEL的应用提供了更多的舞台,睿熙科技正在积极针对车规级车载通信的应用研发可靠性更高、传输效率更高的VCSEL芯片。

问:请您简单介绍一下多结高功率VCSEL芯片技术,有哪些技术创新点和优势?

陈睿:睿熙的多结高功率VCSEL芯片,具有高功率密度激光输出、小发散角的技术优势,同时保有高可靠性(热控制能力)的优势。

睿熙科技的多结高功率VCSEL外延设计,不同于国内其他厂商的设计技术路线。睿熙科技的技术路线,采用单氧化层设计,接近于国外VCSEL大厂L家。重构多结的外延设计,内部技术确实有很多诀窍(know-how),睿熙科技也是从2021年开始切换技术路线,并在近2年的持续迭代中,成功开发出与世界一流大厂相近的重构多结外延设计,并通过客户验证,能够承受激光雷达更高的功率密度输出。

此外,睿熙科技通过创新的新一代重构多结外延设计,大幅简化了生产步骤,提高了产品良率,从而有效降低代工厂及后续制程工厂的生产成本,并且为实现更高功率密度的VCSEL激光器提供了更稳定可行的实现路径。这对于全固态远程激光雷达产品落地,更是一大优势。同步地,针对睿熙科技的重构多结外延设计,在外延设计有效控制“单层”水氧化层外延设计、在不损失光功率情况下,有效降低发散角,以及制程代工厂降低VCSEL失效机率等多方面,睿熙科技都已有相关的专利布局。

问:睿熙新一代多结高功率VCSEL芯片什么时候量产上市使用?

陈睿:目前,国内头部的激光雷达企业中已有7家与睿熙建立合作。首款搭载新一代高功率VCSEL芯片的产品将在2024年问世,睿熙VCSEL芯片也将作为第一颗国产激光雷达的心脏(VCSEL半导体激光器)进入终端产品。与此同时,即将采用新一代多结技术的VCSEL芯片也将以智能座舱DMS/OMS模组产品形态,在2023年的第四季度小批量服务下游客户。

问:随着汽车市场的不断发展,您认为未来对VCSEL 还会有哪些新的需求和挑战,睿熙科技有什么应对策略吗?

陈睿:未来VCSEL芯片在汽车市场至少会遇到三类挑战。

一、车规级要求。VCSEL在车载领域的很多场景是消费级领域的延伸,比如智能座舱感知是从手机的人脸和手势识别进行迭代,车外激光雷达是从消费级扫地机器人避障、测距进行三维迭代,而鉴于汽车产品的强安全属性,在车规级要求方面对VCSEL芯片供应商提出更高性能、更高可靠性的要求。

针对车规级芯片,睿熙在成立之初就继承核心团队在美国20多年运营生产VCSEL Fab的管理经验,从成立第一天就在国内构建非常完整的可靠性实验室,并不断扩充升级设备。历经6年,睿熙已构建起国内稀缺的,能同时对车载、数通、消费三大类产品线进行可靠性测试的实验室。特别地,目前包含70%的AEC-Q102车规级测试均可在杭州实验室自主完成,而且针对车载激光雷达、车载光网络所需的超高速测试系统,睿熙也设立专门团队,进行自主研发和搭建,并申请核心专利进行保护。

二、极致成本控制。个人认为制造业的核心,在于前期做加法,以性能冗余提供超值客户体验,后期做减法,减熵降本提升社会资源利用效率。

睿熙团队主导的光芯片产品曾在光通信领域超百家的VCSEL供应商中脱颖而出,成为第一大光芯片供应商,靠的就是极致的可靠性与成本持续改善能力。这里涉及的设计与生产工艺know-how,例如降低6英寸晶圆破片率,提升良率,管控自有MES系统信息化能力等,都是睿熙团队在产业界积累20多年的经验释放。在这方面,睿熙有近30人的设计、工艺、产线IT团队始终在此领域耕耘,并相信在未来发展中也能帮助睿熙走得更远、更稳健。

三、陪伴客户成长的持续迭代能力。在车载领域,伴随智能电动汽车(SBEV)的浪潮,无论在智能座舱、智能驾驶还是车载光网络方面均处于新场景不断涌入,需要持续创新投入的局面。得益于过往积累,睿熙在车载应用的各场景均有布局(智能座舱DMS/OMS, 智能驾驶激光雷达,短距离高吞吐车内光网络)。并且,睿熙一贯主张设计与工艺全自主可控,所有的芯片外延、芯片制程、模组工艺全部为自有团队设计,未采用公版设计,这保证睿熙针对客户的各类需求,均能有灵活、创新、客制化的解决方案。

问:睿熙科技同时还获评了2022-2023中国半导体市场【最具成长力企业奖】,公司成立短短几年时间就取得如此成就,主要得益于什么原因?有哪些具有市场竞争力的特点?

陈睿:我们主要有以下几个优势特点:

一、专注而全面。一方面,睿熙聚焦于VCSEL芯片的设计、工艺以及生产制造。另一方面,睿熙又在车载、数据通信以及消费电子的VCSEL芯片三大领域都具有设计与工艺能力,全面对标国际同类一流企业,做一站式高端VCSEL供应商。

二、专业而稳健。睿熙的技术风格,可用“行稳致远”来概括。核心团队深畊VCSEL行业25年。睿熙的VCSEL芯片团队在全球首批VCSEL专家带领下,对于VCSEL全产业链的材料、设备、设计、外延、制程、封测、可靠性每个环节均有全面的能力,并且保持全球最早量产化100G 四通道VCSEL光芯片、全球最早量产化车规级全固态激光雷达VCSEL光芯片的记录。面对未来的行业需求,睿熙已持续布局下一代的VCSEL关键技术,并与行业创新龙头探索新应用落地的可能性。

在当前电芯片领域因为光刻机、外延设备封锁的情况下受到一定阻滞的大环境下,高端光芯片领域的客户、技术、产业链都在中国有较好布局,拥有清晰业务战略、又厚积薄发的睿熙将会有更大的舞台进行发挥。

问:受多重因素影响,芯片国产化,尤其是高端芯片的国产化成为国内重点投资方向,睿熙科技在这方面有哪些规划和实践?对未来的市场发展有什么看法?

陈睿:睿熙科技在芯片国产化的进程中,对自身的定位是设计并制造国产高端光芯片以打破其他国家在高端光芯片领域的垄断。芯片国产化可以分软实力国产化和硬实力国产化,软实力国产化是指在芯片设计以及工艺平台搭建的国产化,硬实力国产化是以模组、芯片外延、芯片加工进行产业链上下游闭环的国产化。

如上所说的,目前睿熙以25年产业化经验的资深光芯片专家为核心,搭建超30人的芯片设计与芯片制造工艺的团队;在高端光芯片的设计能力和工艺平台搭建能力上已经可以比肩全球top1的企业,已达成睿熙的1.0时代;睿熙目前正在开启的2.0时代,进行模组产业化与芯片产业化,实现高端模组自行生产,从而更好配合汽车领域、消费电子领域的需求;未来,睿熙的3.0时代会逐步地构建芯片制造能力,实现芯片自产化,加速芯片技术迭代,降低芯片制造成本;最终睿熙将和全球TOP1的企业一样同时具备芯片和模组自产能力,实现高端光芯片完全国产化。

对于未来市场,我们认为VCSEL行业与10多年前的LED行业、光伏电池行业非常相似,大规模的需求爆发正在酝酿之中,产业正在从欧美向亚洲(中国)加速转移。目前高端国产VCSEL芯片的份额不到1%,在十年后,或许国产VCSEL的渗透率能超过80%。睿熙科技将进一步布局制造能力,与同行一道,为中国高端光芯片的崛起及全球一流光电人才的培育贡献力量。