【導(dǎo)讀】訪談背景：國科光芯（海寧）科技股份有限公司（簡稱：國科光芯）創(chuàng)立于2019年4月，總部位于浙江海寧，是一家集材料工藝、芯片設(shè)計、集成封裝、光電子器件、應(yīng)用算法、系統(tǒng)集成等綜合能力為一體的國家高新技術(shù)企業(yè)。國科光芯以“為同行者掌燈”為使命，致力于成為全球領(lǐng)先硅光芯片技術(shù)及整體解決方案公司。
作為國內(nèi)為數(shù)不多具備完整工藝能力的基于氮化硅（SiN）的硅光芯片企業(yè)，國科光芯以超低損耗氮化硅材料為基礎(chǔ)，目前已成功開發(fā)出窄線寬和可調(diào)諧相干光源、FMCW激光雷達(dá)光引擎等芯片及應(yīng)用產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于激光雷達(dá)（LiDAR）、相干光通信、光纖傳感、光學(xué)相干斷層成像（OCT）等重大前沿領(lǐng)域。2023年9月光博會期間，國科光芯董事長劉敬偉博士將受邀參加由麥姆斯咨詢主辦的『第34屆“微言大義”研討會：3D視覺技術(shù)及應(yīng)用』，并分享《基于氮化硅的硅光芯片在激光雷達(dá)中的應(yīng)用》的主題演講。在此之前，請大家先跟隨麥姆斯咨詢一起了解國科光芯近況。
國科光芯董事長、CEO劉敬偉博士
麥姆斯咨詢：劉總，您好，2020年我們曾進(jìn)行過一期微訪談（相關(guān)鏈接：《大眾對OPA激光雷達(dá)誤解太多，專訪國科光芯進(jìn)行釋疑！》），非常感謝您再次接受麥姆斯咨詢的采訪！時隔三年，國科光芯有哪些新進(jìn)展與大家分享？實現(xiàn)了哪些重要的里程碑事件？
劉敬偉：時隔三年，感慨頗多。這三年里我們國家和人民艱辛地戰(zhàn)勝了新冠疫情，面對疫情防控和企業(yè)生存發(fā)展，國科光芯始終不忘創(chuàng)業(yè)初心，砥礪奮進(jìn)。我們堅定地圍繞“基于氮化硅（SiN）的硅光芯片”進(jìn)行技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用的布局，并且取得了顯著的發(fā)展成果。主要有以下三個重點發(fā)展里程碑想跟大家分享：
首先，制約國內(nèi)硅光芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不是芯片設(shè)計，而是芯片工藝平臺的自主性。而我們選擇的新一代基于氮化硅的硅光工藝技術(shù)路線更是挑戰(zhàn)巨大，比如因過于依賴國外先進(jìn)芯片工藝平臺，我們流片周期長達(dá)14個月甚至更久，以致于我們在硅光芯片迭代、新技術(shù)/新應(yīng)用拓展層面很難自由發(fā)揮。對于仍處初創(chuàng)期的國科光芯而言，我們深知發(fā)展布局必須立于當(dāng)下、著眼長遠(yuǎn)，通過縝密的謀劃和實施，終于在2021年完成了國際先進(jìn)基于氮化硅的硅光工藝的轉(zhuǎn)移，并且于2022年在國內(nèi)將成熟的CMOS量產(chǎn)線完整打通落地，將過去14個月的流片周期壓縮至2個月。應(yīng)該說這就是過去三年里國科光芯發(fā)展最重要的里程碑。
第二個方面就是我們將國外先進(jìn)的相干光源技術(shù)和業(yè)務(wù)進(jìn)行了整合。通過這幾年對激光雷達(dá)尤其下一代FMCW激光雷達(dá)的研究，其中的相干性、線性調(diào)制、功率的增加以及大幅壓縮成本都依賴于光源的解決。因此，掌握成熟的相干集成光源技術(shù)是加快下一代FMCW激光雷達(dá)技術(shù)落地的重中之重。基于對成本優(yōu)勢、與氮化硅芯片集成兼容性、硅光應(yīng)用拓展等角度考量，我們成功在2023年完成了對荷蘭相干激光器公司CHILAS的相關(guān)業(yè)務(wù)整合工作。整合后，光源不僅可以作為我們單獨一個產(chǎn)品進(jìn)行銷售，更是成為了國科光芯打造基于氮化硅的硅光生態(tài)、拓展相關(guān)應(yīng)用業(yè)務(wù)的核心能力之一。
第三個里程碑，我們進(jìn)一步擴展了在消費類激光雷達(dá)業(yè)務(wù)方面的規(guī)模化應(yīng)用。累計四年我們實現(xiàn)了每年翻一番的銷售目標(biāo)，產(chǎn)品不僅內(nèi)銷陡增，更是外銷至東南亞及歐洲，并且成為國內(nèi)為數(shù)不多能突破百萬臺級以上出貨的傳感器公司。這方面業(yè)務(wù)穩(wěn)定和擴展的基礎(chǔ)，將加快我們實現(xiàn)硅光技術(shù)芯片降維在非自動駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用落地。
麥姆斯咨詢：國科光芯深耕基于氮化硅的硅光子技術(shù)，該技術(shù)具有哪些優(yōu)勢？
劉敬偉：三年前我們討論的氮化硅的一些優(yōu)勢，目前來看是越來越明顯，而且它優(yōu)勢的發(fā)揮也已逐漸得到我們的驗證。同時在這三年期間，一些基于氮化硅的新應(yīng)用也是層出不窮，比如氮化硅技術(shù)在光頻梳上的應(yīng)用、相干光源片上隔離器的集成，甚至于量子級別靈敏度的探測等，這些新應(yīng)用的實現(xiàn)都佐證了氮化硅的優(yōu)勢。
基于氮化硅的硅光技術(shù)不僅具備低損耗、寬光譜、大光功率等眾多單項優(yōu)勢，作為一個強兼容性的平臺型技術(shù)，更是易于異質(zhì)混合集成。國際權(quán)威研究機構(gòu)的多項研究成果表示，可以在氮化硅平臺基礎(chǔ)上高效地把鈮酸鋰（LiNbO?）、磷化銦（InP）、銦鎵砷（InGaAs）等材料進(jìn)行混合集成或異質(zhì)異構(gòu)集成。比如說氮化硅跟鈮酸鋰材料的集成可以實現(xiàn)超快調(diào)制，針對這項研究，國科光芯也做了大量的技術(shù)儲備，將氮化硅跟鈮酸鋰材料結(jié)合，與合作伙伴一起實現(xiàn)了超過100G以上的通信帶寬。
麥姆斯咨詢：國科光芯申請了哪些核心專利以保護關(guān)鍵硅光技術(shù)？
劉敬偉：國科光芯目前申請和獲得授權(quán)的專利已經(jīng)超過250項，這些專利涉及范圍非常廣，從材料技術(shù)、設(shè)計、工藝、封裝、系統(tǒng)產(chǎn)品等核心層面都有分布，當(dāng)然也包括了像OPA、FMCW等趨勢性技術(shù)。
麥姆斯咨詢：請您介紹一下前面提到的國科光芯基于氮化硅打造硅光生態(tài)的具體情況，與三年前國科光芯的發(fā)展定位又有何變化？
劉敬偉：這個問題非常好，我也想借此次訪談機會從三個方面向行業(yè)內(nèi)新老朋友介紹下國科光芯近幾年的發(fā)展變化以及基于氮化硅的硅光生態(tài)系統(tǒng)。
首先，我們基于氮化硅的硅光技術(shù)在激光雷達(dá)領(lǐng)域的發(fā)展投入并未止步，準(zhǔn)確說經(jīng)過這幾年的開發(fā)，我們更是加大了投入范圍。我們的OPA激光雷達(dá)固態(tài)掃描芯片歷經(jīng)三年多輪流片迭代，目前已處在研究深水區(qū)。
其次，我想先分享下國際前沿硅光子生態(tài)的建設(shè)進(jìn)展。以荷蘭“PhotonDelta”生態(tài)計劃為例，它是荷蘭政府于2018年啟動并以政府出資為主，目前投資規(guī)模達(dá)11億歐元的硅光子芯片（PIC）生態(tài)，其愿景是為集成光子學(xué)建立一個生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)建整個產(chǎn)業(yè)鏈條一起工作，旨在將荷蘭轉(zhuǎn)變?yōu)橄乱淮雽?dǎo)體的領(lǐng)導(dǎo)者，就如在光刻機領(lǐng)域一樣。這項計劃將支持超200家跨境硅光子初創(chuàng)公司建設(shè)和擴大規(guī)模生產(chǎn)。該計劃已擴展至生物檢測、衛(wèi)星通信、量子計算等前沿應(yīng)用領(lǐng)域。PIC技術(shù)的落地可以克服摩爾定律的預(yù)期限制，并將有助于解決能源可持續(xù)性問題，通俗講這項計劃的誕生意味著半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的游戲規(guī)則將發(fā)生變化。
第三，我們確實在今年上半年全面升級了發(fā)展戰(zhàn)略、使命及愿景。正如剛剛在介紹國科光芯的發(fā)展里程碑話題里提到的，基于激光雷達(dá)這幾年的深度研究，以及參考國際上硅光生態(tài)構(gòu)建的成功經(jīng)驗，國科光芯在硅光芯片設(shè)計/流片工藝、封裝、光源、系統(tǒng)集成等核心能力上有了穩(wěn)步布局，我們圍繞著基于氮化硅的硅光技術(shù)、“傳感、數(shù)通、計算”三大應(yīng)用方向，正逐步構(gòu)建出“技術(shù)+應(yīng)用”生態(tài)發(fā)展體系。當(dāng)然，生態(tài)的構(gòu)建與發(fā)展離不開產(chǎn)業(yè)鏈伙伴的攜手奮進(jìn)以及政府和投資者的不懈支持，所以“為同行者掌燈”成為我們可持續(xù)發(fā)展的使命。
麥姆斯咨詢：我們注意到國科光芯官網(wǎng)及您在訪談中都提到的光引擎概念，能否請您做一個詳細(xì)解釋？
劉敬偉：簡單來說光引擎是一個包含著光源、發(fā)射結(jié)構(gòu)和接收結(jié)構(gòu)的集成化芯片及解決方案，類似汽車引擎在汽車中的重要作用，該概念不僅適用于激光雷達(dá)，也適用于其他集成光子應(yīng)用。
以車載FMCW激光雷達(dá)為例，這些部分當(dāng)前都有分立結(jié)構(gòu)方案可以實現(xiàn)，國科光芯選擇光引擎正是基于氮化硅芯片技術(shù)的兼容性以及高度集成優(yōu)勢，可將分立結(jié)構(gòu)方案的高成本大幅壓縮。我們計劃推出的FMCW激光雷達(dá)光引擎將為激光雷達(dá)提供光學(xué)芯片級的核心光學(xué)部件，當(dāng)客戶拿到我們的光引擎產(chǎn)品，可以非常快速、低成本組裝出最終的各類激光雷達(dá)模組。
光引擎產(chǎn)品理念同樣適用光通信和其他光傳感領(lǐng)域，正是基于其技術(shù)源頭和生產(chǎn)能力基礎(chǔ)可以復(fù)用，所以我們會繼續(xù)夯實我們在核心能力上的建設(shè)，未來應(yīng)用業(yè)務(wù)擴展中將更多地以光引擎的形式為行業(yè)和客戶提供服務(wù)。
麥姆斯咨詢：調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）被業(yè)界認(rèn)為是下一代汽車激光雷達(dá)技術(shù)路線，英特爾（Intel）也投身其中，您如何看待全球FMCW激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)化成熟度？在國內(nèi)方面，與全球領(lǐng)先企業(yè)的差距有多大？主要有哪些薄弱環(huán)節(jié)？
劉敬偉：首先來說這是非常肯定的，F(xiàn)MCW會成為自動駕駛汽車激光雷達(dá)的一個主要技術(shù)路線。在光通信尤其是相干光通信領(lǐng)域，可以為FMCW激光雷達(dá)提供大量成熟技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化落地經(jīng)驗。由此不難理解像英特爾這樣本身硅光技術(shù)及應(yīng)用積累深厚的公司參與，這對激光雷達(dá)行業(yè)發(fā)展來說是很好的訊息。當(dāng)然，距FMCW激光雷達(dá)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化還有一段路要走，制約成熟度的主要因素是仍未構(gòu)建出適用于激光雷達(dá)的硅光技術(shù)成熟體系。我們也希望更多國內(nèi)外知名產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的加入，這將更快推進(jìn)FMCW技術(shù)在激光雷達(dá)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
同樣，我們也看到國內(nèi)有很多從事硅光芯片技術(shù)研究的公司，也逐步涉足激光雷達(dá)領(lǐng)域的研究開發(fā)工作。我不認(rèn)為國內(nèi)企業(yè)跟國外領(lǐng)先企業(yè)有很大的差距，在激光雷達(dá)的應(yīng)用里大家研究的都是比較新的技術(shù)。另外，其復(fù)雜度和技術(shù)的選擇，跟光通信還是有些不一樣，雖然技術(shù)源頭很相似，但是應(yīng)用差異性很大，國內(nèi)和國外的公司都在摸索之中。共性的薄弱環(huán)節(jié)也就是主要攻堅的技術(shù)環(huán)節(jié)，我認(rèn)為有兩個，第一個就是光源技術(shù)，低損耗、高功率、快速調(diào)制的低成本相干光源現(xiàn)在是一個很大的瓶頸，第二個核心環(huán)節(jié)是目前傳統(tǒng)硅光芯片在傳輸損耗上的降低仍然有差距。這兩個薄弱環(huán)節(jié)從技術(shù)參數(shù)來說主要體現(xiàn)在兩個方面：測量距離不夠、點頻數(shù)不夠。這兩個“不夠”都依賴于光源和芯片全架構(gòu)損耗的大幅降低加以解決。上述瓶頸恰好都可以通過基于氮化硅的硅光技術(shù)來解決，這也正是為什么國科光芯堅定發(fā)展自己技術(shù)路線的原因。
麥姆斯咨詢：FMCW與光學(xué)相控陣（OPA）的結(jié)合，有望實現(xiàn)片上激光雷達(dá)（LiDAR-on-a-Chip），并可借助CMOS制造工藝極大降低成本和體積，提升可靠性。您認(rèn)為這一目標(biāo)還面臨著哪些挑戰(zhàn)？預(yù)計何時能夠量產(chǎn)落地？
劉敬偉：正如前面所說，近幾年國科光芯在OPA技術(shù)路線上取得了不少的進(jìn)展，同時也對OPA技術(shù)進(jìn)行了一些深度的思考。實現(xiàn)全固態(tài)的激光雷達(dá)是全行業(yè)共同的發(fā)展目標(biāo)，經(jīng)過這幾年的發(fā)展也有了很多的一些選擇，比如說焦平面技術(shù)、波長調(diào)諧掃描技術(shù)等，這些技術(shù)我們都有在深入研發(fā)，我們認(rèn)為可能更好的方式是兩種或者多種固態(tài)掃描方式的集成。在實現(xiàn)一個全固態(tài)激光雷達(dá)目的基礎(chǔ)上，提煉出一個真正適合于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的、完整的解決方案，這是我們目前的看法。當(dāng)然不管是哪種掃描技術(shù)，都要基于CMOS工藝來極大降低它的成本和體積，這是毋庸置疑的。
我們更多還是考慮全固態(tài)方案，OPA是其中一種選擇或一種組合選擇。當(dāng)前MEMS混合固態(tài)以及機械掃描的方式也在逐步地發(fā)展，它的成本、可靠性都得到了很大的改善，全固態(tài)的方案目前面臨的問題還是落地成本相較當(dāng)前主流技術(shù)太高。我們需要更仔細(xì)地去考慮一種組合掃描方式實現(xiàn)全固態(tài)，國科光芯將持續(xù)加大在這方面的研究投入。針對當(dāng)前的應(yīng)用需求，我們將先把基于硅光芯片的FMCW技術(shù)產(chǎn)品推出應(yīng)用，為進(jìn)一步實現(xiàn)全固態(tài)的FMCW方案打好基礎(chǔ)，我預(yù)計兩者可能會相差3~5年左右。
麥姆斯咨詢：去年，國科光芯激光雷達(dá)事業(yè)部正式推出了dToF系列激光雷達(dá)產(chǎn)品，并實現(xiàn)了量產(chǎn)。請介紹一下該產(chǎn)品主要性能參數(shù)及市場前景如何？
劉敬偉：去年我們針對消費級市場開發(fā)并量產(chǎn)了兩款dToF產(chǎn)品（Mini-T4、Coin-D4），這是我們繼三角測距法幾款產(chǎn)品之后的又一重要突破，市場反饋非常好，已銷往國內(nèi)及海外眾多市場。dToF系列產(chǎn)品在原理特性上有天然的優(yōu)勢，并且我們?yōu)榭蛻籼峁┝讼噍^同業(yè)競品更高的4kHz精準(zhǔn)點云，給予場景應(yīng)用策略更多可能。幾乎可以肯定的是，我們今年dToF產(chǎn)品銷量會全面超越三角法。當(dāng)然，技術(shù)是不斷演進(jìn)的，我們也在不斷關(guān)注和嘗試更多的可能性。
麥姆斯咨詢：在消費電子和汽車電子兩大激光雷達(dá)應(yīng)用領(lǐng)域，國科光芯的市場戰(zhàn)略如何？
劉敬偉：正如三年前我們的交流，國科光芯創(chuàng)業(yè)之初制定的“技術(shù)+應(yīng)用”發(fā)展戰(zhàn)略中已經(jīng)對硅光下沉作了深遠(yuǎn)的思考和布局。消費級市場擁有快速應(yīng)用和大規(guī)模需求的先天優(yōu)勢，這對我們潛心開發(fā)包括消費級、車載激光雷達(dá)等硅光應(yīng)用芯片及芯片低成本、規(guī)模量產(chǎn)化提供了很好的戰(zhàn)略互補和支撐作用。這也是為什么我們把消費級市場規(guī)模化成果作為近三年發(fā)展重要里程碑之一的原因。
結(jié)合上述提及核心能力的夯實、芯片及光引擎產(chǎn)品的開發(fā)成果、消費級產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)，我們也在更多地嘗試將基于氮化硅的硅光技術(shù)下沉應(yīng)用至消費電子、工業(yè)、車載等領(lǐng)域。
麥姆斯咨詢：請您暢談國科光芯的下一個目標(biāo)里程碑或未來五年規(guī)劃設(shè)想？
劉敬偉：國科光芯未來五年的目標(biāo)分幾個方面闡述：首先，會加大力度持續(xù)夯實我們核心能力層面的構(gòu)建，其中包括了核心材料生長、先進(jìn)封裝技術(shù)、集成光源以及圍繞更多應(yīng)用的系統(tǒng)集成能力；其次，短期內(nèi)會集中精力推進(jìn)相干光源、光纖傳感激光器、FMCW激光雷達(dá)光引擎等產(chǎn)品的加快落地，繼續(xù)推動大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。不管怎么說，將技術(shù)快速落地是企業(yè)發(fā)展首先需要考慮的問題，在此基礎(chǔ)上基于硅光芯片規(guī)模化應(yīng)用效益及經(jīng)驗，未來我們會圍繞三大應(yīng)用方向（傳感、數(shù)通、計算）繼續(xù)開發(fā)、擴展其他技術(shù)和產(chǎn)品。
麥姆斯咨詢：2023年9月，您將參加『第34屆“微言大義”研討會：3D視覺技術(shù)及應(yīng)用』并發(fā)表主題演講，是否可以先給大家劇透一些內(nèi)容？
劉敬偉：首先感謝主辦方的再次邀約參與本次“微言大義”研討會，今年還是會像三年前一樣跟大家分享一些我們對激光雷達(dá)尤其是基于氮化硅的硅光芯片技術(shù)在FMCW激光雷達(dá)應(yīng)用層面的認(rèn)識和感受。另外，也會跟大家分享一下國科光芯在這一應(yīng)用方面的最新成果。
來源：王懿，MEMS
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