9/05/2023，光纖在線訊，華芯半導(dǎo)體成立于2015年，致力于尖端化合物半導(dǎo)體光電子芯片及其應(yīng)用產(chǎn)品的研究、開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)。公司擁有國(guó)際先進(jìn)的外延金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備、芯片工藝設(shè)備和封裝設(shè)備等，主要產(chǎn)品為高亮度LED、藍(lán)綠光半導(dǎo)體激光管、垂直腔面發(fā)射(VCSEL)光子芯片以及高亮度半導(dǎo)體激光芯片等。

光纖在線一直密切關(guān)注華芯半導(dǎo)體的發(fā)展，八年來(lái)華芯半導(dǎo)體可謂成果豐碩，先后突破了25G VCSEL，56G PAM4 VCSEL芯片及陣列產(chǎn)品，并廣泛應(yīng)用于25G、100G、200G、400G、800G光模塊產(chǎn)品，率先突破大客戶的批量供應(yīng)；此外，于近日在珠海建立晶圓代工廠，將光通信產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)再拓展到光傳感、激光雷達(dá)等領(lǐng)域。隨著新一輪生成式人工智能應(yīng)用的普及，推通數(shù)通光互聯(lián)產(chǎn)品迎來(lái)新一輪的增長(zhǎng)期。近日，光纖在線有幸與華芯半導(dǎo)體的技術(shù)總監(jiān)堯舜博士有了一次深入的交流。


光纖在線Ria：華芯半導(dǎo)體是國(guó)內(nèi)唯一一家以IDM模式實(shí)現(xiàn)光通信VCSEL大規(guī)模出貨的芯片制造商。作為高精密的芯片制造工藝，團(tuán)隊(duì)本身就是一個(gè)非常重要的壁壘，華芯半導(dǎo)體的團(tuán)隊(duì)情況如何？

堯博士：是的，對(duì)于華芯半導(dǎo)體這樣一個(gè)IDM模式制造高端光通信芯片的企業(yè)而言，企業(yè)經(jīng)營(yíng)團(tuán)隊(duì)要求非常高。就技術(shù)團(tuán)隊(duì)而言，華芯經(jīng)過(guò)8年的引進(jìn)、吸收、積累、沉淀、磨合，形成了一個(gè)“頂天立地”的技術(shù)團(tuán)隊(duì)。所謂頂天，我們團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)、外延、芯片制程、可靠性分析等構(gòu)成高速VCSEL關(guān)鍵環(huán)節(jié)方面都由國(guó)際最頂尖的標(biāo)桿企業(yè)一線工作經(jīng)驗(yàn)超過(guò)20年以上的資深專家親自現(xiàn)場(chǎng)操刀。他們親歷了從1G、10G、25G、56G PAM4、112G PAM4的技術(shù)演變，對(duì)每一次技術(shù)升級(jí)的know how了如指掌。同時(shí)，我們還有來(lái)自國(guó)際最頂尖的砷化鎵代工廠的量產(chǎn)團(tuán)隊(duì)。他們的特點(diǎn)是，在技術(shù)磨合期過(guò)了以后，可以將量產(chǎn)做到最完美�？梢院敛豢鋸埖恼f(shuō)，華芯在高速VCSEL芯片的各個(gè)制造環(huán)節(jié)達(dá)到了頂天的水平。

芯片國(guó)產(chǎn)化的另外一個(gè)最重要的問(wèn)題是，引進(jìn)的境外先進(jìn)的技術(shù)如何高效、切實(shí)的落地生根？華芯團(tuán)隊(duì)中有多位在國(guó)內(nèi)頂尖科研機(jī)構(gòu)從事VCSEL開(kāi)發(fā)超過(guò)20年的博士。他們既有VCSEL的理論基礎(chǔ)，又有制造經(jīng)驗(yàn)，有效地承接了國(guó)外專家的頂尖技術(shù)和量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，并將他們與華芯一線實(shí)操工程師有機(jī)聯(lián)系在了一起，成為了技術(shù)團(tuán)隊(duì)金子塔中不可或缺的中堅(jiān)力量。另外，華芯還特別重視本土工程師的培養(yǎng)。華芯花了8年時(shí)間，從無(wú)到有培養(yǎng)了一個(gè)本土化工程師和技術(shù)員團(tuán)隊(duì)，為國(guó)產(chǎn)化芯片的穩(wěn)定量產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐和立足點(diǎn)，使華芯的技術(shù)既能夠“頂天”到最高速率的VCSEL開(kāi)發(fā)，又能夠真正做到全國(guó)產(chǎn)化的穩(wěn)定量產(chǎn)。正是在這個(gè)多年逐漸形成的“頂天立地”的技術(shù)團(tuán)隊(duì)密切協(xié)作之下，華芯從1G開(kāi)始，歷經(jīng)10G，一步一個(gè)腳印，最終在博采眾家之長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了與華芯設(shè)備高度關(guān)聯(lián)的外延、芯片制程與可靠性測(cè)試技術(shù)，真正量產(chǎn)了全國(guó)產(chǎn)的25G 和56G PAM4 VCSEL芯片，甚至在某些關(guān)鍵指標(biāo)良率達(dá)到幾乎百分之百，超過(guò)國(guó)際同行。同時(shí)，華芯還為國(guó)內(nèi)眾多同行貢獻(xiàn)了眾多本土工程師。國(guó)內(nèi)應(yīng)該有三分之一以上的VCSEL公司有華芯的工程技術(shù)人員支撐著這些公司砥礪前行。

光纖在線Ria：您如何看待生成式人工智能對(duì)VCSEL市場(chǎng)的影響？需求，性能。

堯博士：如果我們把時(shí)間拉長(zhǎng)了來(lái)看， 即使放在整個(gè)光通信行業(yè)的發(fā)展歷史來(lái)看， AIGC不一定具備顛覆性，但作為一個(gè)現(xiàn)象級(jí)的存在，它帶來(lái)的技術(shù)變革對(duì)AIGC相關(guān)的數(shù)字產(chǎn)業(yè)生態(tài)的影響是深遠(yuǎn)的，包括光通信在內(nèi)。作為AIGC產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)中最上游的算力基礎(chǔ)、算力設(shè)施和數(shù)據(jù)服務(wù)，算力層是AIGC發(fā)展不可忽略的資源引擎。海量的訓(xùn)推算力需求讓本就供需不平衡的當(dāng)下的算力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)面對(duì)海量的訓(xùn)推算力需求時(shí)凸顯出這種供需上的不平衡。因AIGC對(duì)底層算力的訓(xùn)練和推理需求而爆發(fā)的數(shù)據(jù)洪流，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)以及安全管理的處理效能提出了更高的要求。
VCSEL技術(shù)作為光通信行業(yè)上游激光器的一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，將會(huì)直接受益于AIGC應(yīng)用帶來(lái)的對(duì)高速高質(zhì)的光連接的海量需求。我們也注意到，AIGC話題從去年年底出現(xiàn)，乃至到今天依然持續(xù)霸榜，成為業(yè)內(nèi)關(guān)注焦點(diǎn)。LC也連續(xù)更新了它對(duì)高速光模塊，尤其是400G/800G乃至1.6T模塊需求在接下來(lái)的預(yù)期。 我們對(duì)VCSEL技術(shù)在這一輪AI驅(qū)動(dòng)帶來(lái)的爆發(fā)式增長(zhǎng)感到樂(lè)觀，并為此做好了準(zhǔn)備。

光纖在線Ria:華芯近日在珠海設(shè)立了6英寸的晶圓代工，旨在進(jìn)入激光雷達(dá)，傳感市場(chǎng)，但像激光雷達(dá)市場(chǎng)往往需求車(chē)規(guī)級(jí)認(rèn)證，您認(rèn)為會(huì)存在存在哪些難點(diǎn)和挑戰(zhàn)？
堯博士：華芯半導(dǎo)體目前的芯片是工業(yè)級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的應(yīng)用，其對(duì)性能和可靠性的要求遠(yuǎn)非消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品的可比擬的。我們第一個(gè)客戶從開(kāi)始驗(yàn)證到批量出貨共花了三年時(shí)間，期間所有的測(cè)試和驗(yàn)廠都是一次性過(guò)的。這是國(guó)內(nèi)光通信VCSEL首次完整走完整個(gè)流程，且實(shí)現(xiàn)大批量出貨。目前，我們的芯片已經(jīng)通過(guò)國(guó)內(nèi)幾乎所有光通信設(shè)備商的驗(yàn)證、幾乎所有的互聯(lián)網(wǎng)終端客戶的驗(yàn)證、大部分國(guó)內(nèi)排名全球TOP10的光模塊廠商的驗(yàn)證。而且，以上所有驗(yàn)證測(cè)試都是一次性通過(guò)的。這應(yīng)該是國(guó)內(nèi)絕無(wú)僅有的。華芯半導(dǎo)體之所以能夠一次性通過(guò)這些頭部客戶的驗(yàn)證，是因?yàn)樵趪?guó)內(nèi)外專家的指導(dǎo)下，華芯半導(dǎo)體建立了一個(gè)嚴(yán)格、表里如一的質(zhì)量體系。華芯半導(dǎo)體非常歡迎客戶驗(yàn)廠。我們把每一次客戶驗(yàn)廠都當(dāng)作華芯質(zhì)量體系的學(xué)習(xí)提升的過(guò)程。華芯建立了有自己特色的公司質(zhì)量文化。

華芯在珠海設(shè)立6英寸晶圓代工線，根據(jù)國(guó)內(nèi)外供應(yīng)鏈的現(xiàn)狀，只做代工產(chǎn)品。而且，市場(chǎng)有代工的產(chǎn)品，華芯泰州公司就不再涉足，比如激光雷達(dá)、傳感等。當(dāng)然，通過(guò)車(chē)規(guī)級(jí)認(rèn)證將會(huì)面臨著很多難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，畢竟產(chǎn)品所面對(duì)的應(yīng)用場(chǎng)景不一樣。華芯珠海公司將傳承華芯泰州公司的質(zhì)量文化，以體系建設(shè)為先導(dǎo)，全面推進(jìn)公司的文化建設(shè)。我相信，有了華芯泰州光通信認(rèn)證的基礎(chǔ)，只要保持和華芯泰州公司一致的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，華芯珠海公司通過(guò)車(chē)規(guī)級(jí)認(rèn)證只是時(shí)間的問(wèn)題。

光纖在線Ria：您之前提到過(guò)，越高性能的VCSEL可靠性難度也增加，華芯半導(dǎo)體素來(lái)以可靠性為重點(diǎn)突破，又是怎么克服這樣的困難？（或者說(shuō)華芯半導(dǎo)體可靠性控制的獨(dú)特優(yōu)勢(shì) ）

堯博士：的確是這樣的，就目前而言，業(yè)界商用化的高速光通VCSEL都是采用氧化限制層型VCSEL結(jié)構(gòu)。在這個(gè)結(jié)構(gòu)框架下，從10G到25G NRZ再到后邊的56G PAM4、112G PAM4，每一次速率的提升都伴隨著芯片量子阱內(nèi)建應(yīng)力和電流密度的提高，同時(shí)采用越來(lái)越復(fù)雜的結(jié)構(gòu)或工藝優(yōu)化調(diào)整芯片中氧化層相關(guān)的寄生參數(shù)。換句話說(shuō)，為了獲得速率的提升，一方面我們利用電和應(yīng)力等手段不斷增加對(duì)半導(dǎo)體材料的性能壓榨，同時(shí)又在利用光刻、氧化等工藝手段對(duì)半導(dǎo)體晶體材料內(nèi)部進(jìn)行越來(lái)越復(fù)雜的手術(shù)�？梢哉f(shuō)，在同等制造能力（包括外延水平、芯片制程能力）情況下，隨著芯片速率的增加，芯片可靠性難度的增加可以說(shuō)是“肉眼可見(jiàn)的”。

正是基于這個(gè)認(rèn)識(shí)，華芯與全球其它為數(shù)不多在高速VCSEL芯片制造獲得成功的芯片大廠一樣，堅(jiān)持采用IDM模式開(kāi)發(fā)和制造光通VCSEL芯片。芯片性能和可靠性首先取決于外延結(jié)構(gòu)和質(zhì)量。掌握了外延這一化合物半導(dǎo)體芯片的核心技術(shù)并不斷優(yōu)化以獲得高質(zhì)量的半導(dǎo)體芯片材料和高性能的芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為后續(xù)成品高速VCSEL芯片制造提供了充滿活力的、健康的身板。接下來(lái)芯片制程技術(shù)的優(yōu)化及與外延工藝的匹配則是如何完美體現(xiàn)成品芯片性能不可或缺的一步。得益于IDM模式，我們清楚我們自己設(shè)計(jì)、制造的外延材料內(nèi)部每一個(gè)細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，進(jìn)而利用光刻、氧化等半導(dǎo)體工藝手段對(duì)其進(jìn)行微觀精細(xì)改造，最大程度上在激活半導(dǎo)體材料內(nèi)部機(jī)能的同時(shí)又保證了其“身體健康”，讓我們的芯片性能和可靠性同時(shí)達(dá)標(biāo)。

華芯半導(dǎo)體自有完備的外延和芯片產(chǎn)線，以IDM模式制造高速光通VCSEL芯片，既解決了性能和可靠性雙達(dá)標(biāo)這一困擾了國(guó)內(nèi)行業(yè)多年的難題 ，又從制造角度實(shí)現(xiàn)了真正的國(guó)產(chǎn)化，解決了“卡脖子”問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)這一質(zhì)的飛躍，關(guān)鍵在于技術(shù)基礎(chǔ)的積累和踏踏實(shí)實(shí)的制造工藝窗口確認(rèn)、穩(wěn)定和擴(kuò)大。有別于硅基半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，化合物半導(dǎo)體光電子芯片沒(méi)有固定的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)線，特色工藝和自制設(shè)備、定制設(shè)備占比較大，因此無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的copy全套工藝來(lái)獲得制造成功。這也是盡管華芯專家團(tuán)隊(duì)具備全套的經(jīng)驗(yàn)和技能，仍然與其它VCSEL標(biāo)桿性世界大廠一樣，帶著華芯本土國(guó)隊(duì)老老實(shí)實(shí)從1G、10G開(kāi)始從頭做起的原因。從最簡(jiǎn)單的產(chǎn)品開(kāi)始摸索獲得產(chǎn)線配置的工藝邊界和極限，并在此基礎(chǔ)上建立并穩(wěn)定自己的外延、芯片及輔助產(chǎn)線相關(guān)工藝，站穩(wěn)低速平臺(tái)后，逐漸加入新的技術(shù)元素，完成從低速向高速切換跨入25G平臺(tái)，并通過(guò)大規(guī)模的生產(chǎn)和出貨，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線工藝窗口的最大化和穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上才進(jìn)一步向56G及更高速器件發(fā)展。正所謂萬(wàn)丈高樓平地起，華芯用了7年時(shí)間將專家團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)成功轉(zhuǎn)移到產(chǎn)線制造中，完成了從1G到56G PAM4的一步一個(gè)臺(tái)階的攀登，我們?cè)诿總�(gè)臺(tái)階上都刻意停留，夯實(shí)基礎(chǔ)，擴(kuò)大工藝窗口，明確邊界，穩(wěn)定產(chǎn)出，為跨入下一個(gè)臺(tái)階做好了充分的準(zhǔn)備。這也是為什么華芯每一次新一代產(chǎn)品的出現(xiàn)都是水到渠成的原因。其實(shí)很多工作都在上一代產(chǎn)品穩(wěn)定出貨期間就已經(jīng)完成。換個(gè)角度講，如果前一代產(chǎn)品沒(méi)有完成應(yīng)該完成的工作，則不可能出現(xiàn)下一代產(chǎn)品�？梢哉f(shuō)，芯片制造本身是最笨的工作。它沒(méi)有大家喜聞樂(lè)見(jiàn)的彎道超車(chē)、跨越式發(fā)展，因?yàn)橹圃熘械囊磺袛?shù)據(jù)變化都來(lái)源于切實(shí)的制造工藝改變，而不僅僅是設(shè)計(jì)工作中的數(shù)據(jù)修改，只有踏踏實(shí)實(shí)的工藝數(shù)據(jù)積累和踩坑及爬坑過(guò)程。華芯只是在高水平專家的帶領(lǐng)下做到主動(dòng)踩坑準(zhǔn)，摸邊界快，爬坑快，再加上積累時(shí)間長(zhǎng)。這就是我們的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。有一組數(shù)據(jù)可以說(shuō)明其中的艱辛：華芯經(jīng)歷了近萬(wàn)片的流片、多達(dá)幾百個(gè)DOE組合，才完成了現(xiàn)有的工藝迭代，摸索出現(xiàn)有的工藝窗口，確定現(xiàn)有的工藝邊界，從而實(shí)現(xiàn)了在盡最大限度壓榨芯片性能的同時(shí)，將可靠性推到了非常大的冗余邊界，奠定了華芯芯片在國(guó)內(nèi)的好名聲。只有這樣做，我們的工藝窗口才能開(kāi)得更大、更穩(wěn)定，從而在更高的速率上實(shí)現(xiàn)性能與可靠性雙達(dá)標(biāo)的才水到渠成。而這些工作不是委托代工廠可以做到的。

一直以來(lái)，光通信VCSEL的產(chǎn)業(yè)鏈很明晰，因?yàn)楣馔ㄐ臯CSEL理論較為成熟，芯片性能設(shè)計(jì)相對(duì)容易，而成功的關(guān)鍵在于制造工藝，以及如何能夠高水平重復(fù)穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)芯片的性能和可靠性雙達(dá)標(biāo)。所以，博通、相干、索尼等國(guó)際光通信大廠都保持著IDM模式，把工藝窂窂把握在自己手上，不交給代工廠。光通信VCSEL已經(jīng)商用20多年了，生態(tài)一直如此。如果代工能夠解決性能和可靠性問(wèn)題，也不會(huì)等到2023年。如果代工廠把這個(gè)問(wèn)題解決了，則博通、相干等公司一定會(huì)退出這個(gè)市場(chǎng)。因?yàn)榇�工廠會(huì)了，全世界都會(huì)了。代工廠不會(huì)只給某個(gè)特定公司代工，所有人都可以去找該代工廠代工，因此，行業(yè)的技術(shù)壁壘也就沒(méi)有了，就像消費(fèi)級(jí)的VCSEL一樣。這是一個(gè)很簡(jiǎn)單的商業(yè)邏輯。


光纖在線Ria：市場(chǎng)方面，當(dāng)前華芯半體25G/56G的VCSEL出貨量如何？112G推出的時(shí)間點(diǎn)會(huì)在什么時(shí)候？
堯博士：截止到2023年8月，華芯25G系列VCSEL累計(jì)出貨600+萬(wàn)通道；去年下半年開(kāi)始56G PAM4系列VCSEL也通過(guò)國(guó)內(nèi)多個(gè)頭部客戶認(rèn)證，目前已出貨超過(guò)了10萬(wàn)通道，并在不斷加速；

112G PAM4 VCSEL是與生成式AI爆發(fā)配套的“明星”。華芯半導(dǎo)體在現(xiàn)有成功大批量量產(chǎn)25G和56G PAM4 VCSEL基礎(chǔ)上，通過(guò)新技術(shù)的引入，實(shí)現(xiàn)了迭代開(kāi)發(fā)。作為國(guó)產(chǎn)IDM芯片制造企業(yè)，我們的特點(diǎn)是新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)方案必須兼顧可靠性和性能雙達(dá)標(biāo)，同時(shí)開(kāi)發(fā)和量產(chǎn)共享同一個(gè)制造平臺(tái)。該特點(diǎn)決定了我們從送樣樣品到量產(chǎn)芯片過(guò)渡非常迅速，不會(huì)出現(xiàn)因?qū)Ω咚賄CSEL結(jié)構(gòu)內(nèi)在機(jī)理和工藝平臺(tái)缺乏足夠認(rèn)識(shí)而造成的近兩年芯片行業(yè)內(nèi)廣泛詬病的，性能樣品通過(guò)后可靠性驗(yàn)證無(wú)法通過(guò)的問(wèn)題，或樣品驗(yàn)證通過(guò)而無(wú)法量產(chǎn)供貨的問(wèn)題。另一方面，經(jīng)過(guò)近幾年的量產(chǎn)出貨，國(guó)內(nèi)頭部客戶對(duì)華芯的全國(guó)產(chǎn)VCSEL芯片逐步建立了信心。這非常不容易。因此，我們對(duì)于新一代樣品的送樣非常慎重。我們希望和之前的25G和56G PAM4 VCSEL芯片一樣，在眾多頭部客戶處可靠性和性能測(cè)試一次性通過(guò)。因此，盡管目前國(guó)內(nèi)多個(gè)大客戶對(duì)我們112G PAM4 VCSEL芯片階段性樣品需求迫切，我們?nèi)匀槐３侄�力，不跟風(fēng)而動(dòng)。我們做法和之前的25G和56G PAM4一樣，送樣的版本即是量產(chǎn)的版本。我們將在市場(chǎng)時(shí)機(jī)均成熟的時(shí)候，我們?cè)僬�式發(fā)布和推出華芯的112G PAM4量產(chǎn)版本芯片樣品。