為什么說(shuō)不能用投集成電路的邏輯來(lái)投光芯片

近兩年來(lái)，半導(dǎo)體投資已成為投資圈的一大熱點(diǎn)，從大的領(lǐng)域來(lái)分，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)可以分為集成電路（約占80%）、光芯片（約占10%）、分立器件（約占6%）和非光傳感芯片（約占4%）四個(gè)領(lǐng)域。在這四個(gè)領(lǐng)域里，光芯片是近兩年來(lái)增速最快的領(lǐng)域（如下圖所示，因疫情影響，可能整體增速會(huì)有所調(diào)整）；同時(shí)也是目前國(guó)產(chǎn)化率相對(duì)來(lái)說(shuō)最低的領(lǐng)域之一。光芯片投資，是當(dāng)下半導(dǎo)體投資的非常重要方向。

數(shù)據(jù)來(lái)源：WSTS December 2019 Update

國(guó)內(nèi)有很多在集成電路及相關(guān)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域有著非常豐富經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)投資機(jī)構(gòu)，而由于光芯片在中國(guó)起步較晚，近五年左右才開(kāi)始陸續(xù)有一批優(yōu)秀的海歸人才回國(guó)創(chuàng)立光芯片公司。對(duì)光芯片的投資，大家基本是參照集成電路投資的經(jīng)驗(yàn)，摸索前行。

德聯(lián)資本在光芯片領(lǐng)域的探索，其實(shí)也是伴隨著這批優(yōu)秀的創(chuàng)業(yè)公司的成長(zhǎng)而來(lái)的。目前我們已投的三家光芯片分別是：激光發(fā)射端的檸檬光子（主要產(chǎn)品VCSEL、EEL、HCSEL）、光電調(diào)制端的極刻光核（基于鈮酸鋰薄膜的高速電光調(diào)制芯片）、光探測(cè)器端的飛芯光電（車載、手機(jī)用激光雷達(dá)探測(cè)芯片）。

結(jié)合這幾年的經(jīng)驗(yàn)，我們覺(jué)得光芯片的投資與集成電路的投資還是有非常顯著的差別的，以下做一些粗淺分析，供大家探討交流。

對(duì)工藝的高度依賴和上游代工的非標(biāo)準(zhǔn)化

光芯片對(duì)工藝的高度依賴和上游代工的非標(biāo)準(zhǔn)化，是與集成電路設(shè)計(jì)最大的差別。通常我們會(huì)關(guān)注芯片的設(shè)計(jì)、制造、市場(chǎng)等方面，集成電路投資通常從市場(chǎng)端出發(fā)，分析細(xì)分賽道的市場(chǎng)空間、客戶屬性、競(jìng)爭(zhēng)格局、產(chǎn)業(yè)規(guī)律等，同時(shí)關(guān)注設(shè)計(jì)部分，包括團(tuán)隊(duì)的背景、產(chǎn)品的定義、技術(shù)的儲(chǔ)備、以及量產(chǎn)的驗(yàn)證等，在這些點(diǎn)上光芯片和集成電路的投資邏輯是一致的。

區(qū)別在于，光芯片上游代工的非標(biāo)準(zhǔn)化。市場(chǎng)上雖然有IQE、聯(lián)亞、全新等外延廠商，也有穩(wěn)懋、宏捷等晶圓代工的供應(yīng)商，但由于光芯片本身結(jié)構(gòu)多樣且復(fù)雜，制造工藝的know-how非常多，且對(duì)工藝的要求側(cè)重點(diǎn)也各不相同，從而導(dǎo)致各類產(chǎn)品在制造模式上的巨大差異。對(duì)創(chuàng)業(yè)公司而言，選擇委外代工、聯(lián)合開(kāi)發(fā)還是自建產(chǎn)線，路徑不同，差異顯著。

舉例來(lái)說(shuō)，VCSEL的多層外延結(jié)構(gòu)使得其對(duì)外延要求很高，但光刻環(huán)節(jié)則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化；EEL芯片層數(shù)較少，性能體現(xiàn)在光刻環(huán)節(jié)、光柵的刻蝕以及端面的鍍膜上。而EEL應(yīng)用到光通訊或大功率上，又有所區(qū)別，通信用DFB要求極窄的波長(zhǎng)或者波長(zhǎng)穩(wěn)定性，那制造光柵所選用的全息、EBL或者納米壓印環(huán)節(jié)是至關(guān)重要的；大功率泵浦源用EEL，在腔面鍍膜方面又有著關(guān)鍵的工藝機(jī)密。如果對(duì)于硅光（包括一些改性的硅基底）而言，或者在一些新型材料（如鈮酸鋰薄膜）上制造光波導(dǎo)，就更需要一些特殊工藝的探索。這些工藝上的非標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)際上給中早期光芯片公司的投資帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，投資人需要從技術(shù)原理、芯片結(jié)構(gòu)以及工藝流程出發(fā)，深入了解從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造的關(guān)鍵技術(shù)門(mén)檻和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

初創(chuàng)公司在前期制定相應(yīng)戰(zhàn)略時(shí)，需要考慮是選擇Fabless模式、還是IDM模式、或者介于兩者之間的模式（部分環(huán)節(jié)代工+部分環(huán)節(jié)自建產(chǎn)線）。哪些環(huán)節(jié)必須自建產(chǎn)線，哪些環(huán)節(jié)可以使用標(biāo)準(zhǔn)化代工，哪些環(huán)節(jié)更適合與上游代工廠聯(lián)合開(kāi)發(fā)，有很多種選擇方案。而初創(chuàng)公司在資金的充足度、市場(chǎng)推廣的不確定性、工藝人員的招聘、下游大客戶對(duì)自建產(chǎn)線穩(wěn)定性和工藝爬坡的認(rèn)可度等方面，其實(shí)都有很大挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)對(duì)創(chuàng)始人來(lái)說(shuō)，需要充分的經(jīng)驗(yàn)和足夠高的視角；對(duì)投資人來(lái)說(shuō)，也提出了極高的要求。投資人需要基于對(duì)該芯片的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、工作原理的充分認(rèn)知，再結(jié)合產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景、客戶痛點(diǎn)、以及競(jìng)爭(zhēng)格局的分析，從而找到初創(chuàng)公司的機(jī)會(huì)點(diǎn)，判斷團(tuán)隊(duì)是否具備足夠的產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，以及團(tuán)隊(duì)在各方面條件相對(duì)受限的前提下，提出的戰(zhàn)略步驟是否真正合理。

市場(chǎng)上也有少部分創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)為迎合投資人刻意去做一些在產(chǎn)線設(shè)備布局方面的規(guī)劃。比如有些投資人就認(rèn)為，光芯片企業(yè)必須去建MOCVD外延環(huán)節(jié)，建的比不建的靠譜；一聽(tīng)到外延、光刻在外面代工，光學(xué)封裝自己做，就覺(jué)得技術(shù)含量可能不高等，這類簡(jiǎn)單的判斷都是值得商榷的。

所以說(shuō)，光芯片的投資，要從產(chǎn)品的工作原理、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和工藝瓶頸，著手進(jìn)行分析，這就和集成電路標(biāo)準(zhǔn)化代工的模式形成了巨大的差異。

細(xì)分領(lǐng)域市場(chǎng)有限，橫向拓展受技術(shù)跨度和工藝要求的制約明顯

目前市場(chǎng)上比較熱的幾個(gè)光芯片的應(yīng)用場(chǎng)景包括：應(yīng)用于消費(fèi)電子的傳感VCSEL、HCSEL；應(yīng)用于通信的VCSEL、DFB、EML、硅光芯片、鈮酸鋰薄膜芯片等；應(yīng)用于工業(yè)加工或泵浦的大功率EEL、HCSEL。對(duì)這些細(xì)分領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，每個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景市場(chǎng)空間都相對(duì)有限，很難找到像集成電路中模擬或存儲(chǔ)芯片那么大的市場(chǎng)空間。

這些芯片的設(shè)計(jì)和制造都有極高門(mén)檻，相互跨越存在很大挑戰(zhàn)，大功率EEL芯片、傳感光芯片、以及通信用光芯片之間存在很多設(shè)計(jì)和工藝方面的差別，且各自的工藝難點(diǎn)不同，需要的核心技術(shù)人員、關(guān)鍵設(shè)備也都存在很大的差異，即使對(duì)VCSEL而言，做通信與做傳感也是不一樣的技術(shù)挑戰(zhàn)。這些光芯片有些重在外延，有些重在光刻，有些重在光柵制備，有些甚至重在鍍膜封裝等，對(duì)大部分初創(chuàng)公司而言，中短期內(nèi)是很難在多個(gè)方向進(jìn)行橫向拓展的。除非創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)本身就在這幾個(gè)領(lǐng)域的國(guó)外龍頭公司都有過(guò)非常豐富的經(jīng)驗(yàn)積累，如檸檬光子，兩位創(chuàng)始人在大功率EEL、傳感VCSEL和新一代的HCSEL領(lǐng)域都有直接的產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)。需要強(qiáng)調(diào)的是，這種產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)一定是包括設(shè)計(jì)和工藝在內(nèi)的一線量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

放眼全球，目前做光芯片的公司還沒(méi)有像集成電路那樣的巨無(wú)霸，龍頭企業(yè)Lumentum 2019財(cái)年的營(yíng)收也僅為15億美元左右。對(duì)初創(chuàng)公司而言，想做到像Lumentum那樣橫跨大功率、通信、傳感三大領(lǐng)域也是極難的，當(dāng)然Lumentum也是在長(zhǎng)期的發(fā)展過(guò)程中逐漸通過(guò)并購(gòu)而來(lái)的。這也正是光芯片投資的尷尬之處，技術(shù)門(mén)檻極高，單一市場(chǎng)空間又相對(duì)有限，傳感VCSEL目前能看到起量的，也僅僅是在手機(jī)3D識(shí)別和人臉支付領(lǐng)域，車載激光雷達(dá)、車內(nèi)手勢(shì)識(shí)別等方向都還待應(yīng)用推廣。大功率EEL，主要是光纖激光器的泵浦源應(yīng)用，直接半導(dǎo)體激光器在激光熔覆等領(lǐng)域應(yīng)用正在逐漸得到推廣。通信是個(gè)大市場(chǎng)，隨著5G基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，通信VCSEL、DFB和EML的國(guó)產(chǎn)化會(huì)有一定的機(jī)遇。面向新興材料的硅光芯片、鈮酸鋰薄膜調(diào)制芯片等，也會(huì)逐漸在市場(chǎng)上得以應(yīng)用。

總體而言，光芯片的應(yīng)用潛力巨大，高技術(shù)門(mén)檻又使得橫向拓展非常不易，使得市場(chǎng)上真正有多方面產(chǎn)品線實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和量產(chǎn)能力的團(tuán)隊(duì)非常稀缺，這是不同于集成電路領(lǐng)域的又一方面。

可靠性挑戰(zhàn)比集成電路高，可靠性瓶頸與芯片結(jié)構(gòu)強(qiáng)相關(guān)

從應(yīng)用側(cè)來(lái)看，光芯片和集成電路都有可靠性要求，應(yīng)用場(chǎng)景不同，要求也有所不同。從產(chǎn)品側(cè)來(lái)看，光芯片的可靠性問(wèn)題要比集成電路顯得突出許多：一方面，大功率EEL芯片，由于長(zhǎng)時(shí)間高功率發(fā)射聚集在出射端面上，導(dǎo)致端面損傷現(xiàn)象非常顯著，能否緩解這種端面損傷效應(yīng)，成為評(píng)價(jià)公司在這類產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)能力上最重要的標(biāo)志，這也是Lumentum等公司最核心的工藝機(jī)密。

即使在傳感或通信用的非大功率光芯片上，由于材料體系的不同（各種摻雜的GaAs、InP），以及在外延過(guò)程中復(fù)雜的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都會(huì)導(dǎo)致光芯片隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)以及使用環(huán)境的影響，在性能上有不同程度的惡化。這點(diǎn)與集成電路成熟的硅基工藝有較大差別。

如何提高光芯片的可靠性，對(duì)初創(chuàng)公司來(lái)說(shuō)是極大的挑戰(zhàn)，這種挑戰(zhàn)并不僅來(lái)自于設(shè)計(jì)和工藝方面，更多來(lái)自于下游大客戶的反復(fù)驗(yàn)證、不斷改進(jìn)和快速迭代。而這對(duì)初創(chuàng)公司來(lái)說(shuō)又是一個(gè)悖論，下游大客戶本身就比較難接受一個(gè)初創(chuàng)公司在一些可靠性要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景中去替換核心光芯片，比如長(zhǎng)距離通信、大功率泵浦源等，包括手機(jī)傳感，能有一兩次送樣測(cè)試機(jī)會(huì)已經(jīng)難能可貴，出現(xiàn)幾次可靠性問(wèn)題故障，則會(huì)讓下游大客戶直接對(duì)初創(chuàng)公司喪失信心。如何讓下游大客戶盡力幫公司試用和驗(yàn)證芯片，反復(fù)迭代，提高可靠性和穩(wěn)定性，則成為產(chǎn)品打磨并最終推向市場(chǎng)至關(guān)重要的一種資源。我們傾向于有直接下游戰(zhàn)略客戶介入的初創(chuàng)公司，只有這種深度綁定，才有機(jī)會(huì)在產(chǎn)品初期就能獲得多次的應(yīng)用驗(yàn)證，從而在可靠性方面快速提升。

綜上所述，在過(guò)去兩年以及可預(yù)見(jiàn)的接下來(lái)幾年里，光芯片是增長(zhǎng)速度最快、且急需國(guó)產(chǎn)化替代的半導(dǎo)體領(lǐng)域。但光芯片投資對(duì)投資機(jī)構(gòu)而言，依然很有挑戰(zhàn)，需要具備足夠的專業(yè)知識(shí)和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，綜合判斷產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝的可行性、建廠和代工戰(zhàn)略的合理性等，在此基礎(chǔ)上，我們更看好在相對(duì)多方面產(chǎn)品線上有一線量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、可靠性驗(yàn)證能得到下游大客戶充分支持、并在下一代創(chuàng)新性產(chǎn)品路線上有所積累的團(tuán)隊(duì)。相信這類優(yōu)秀的光芯片創(chuàng)業(yè)公司能在這一輪國(guó)產(chǎn)化替代的大趨勢(shì)下做大做強(qiáng)，并在此基礎(chǔ)上，盡快參與到全球化競(jìng)爭(zhēng)中去，甚至引領(lǐng)下一代激光應(yīng)用的新方向。