電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李彎彎）隨著人工智能大模型訓(xùn)練的爆發(fā)式增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心對(duì)算力的需求持續(xù)攀升，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笠渤芍笖?shù)級(jí)增長(zhǎng)。

在這一背景下，光模塊的重要性日益凸顯。然而，隨著光模塊速率從400G、800G向1.6T乃至3.2T飛速迭代，行業(yè)面臨著嚴(yán)峻的“功耗墻”和“互連瓶頸”。傳統(tǒng)的硅基材料在高頻高速場(chǎng)景下逐漸顯露出力不從心，摩爾定律在光通信領(lǐng)域遭遇挑戰(zhàn)。

為了突破這一瓶頸，產(chǎn)業(yè)界的目光開始從單純的封裝工藝轉(zhuǎn)向更底層的材料科學(xué)。其中，磷化銦（InP）和薄膜鈮酸鋰（TFLN）憑借其獨(dú)特的物理特性，成為了解決超高速傳輸難題的兩大關(guān)鍵材料。

磷化銦：高速光模塊激光器芯片唯一量產(chǎn)襯底材料

磷化銦主要應(yīng)用于光模塊的光發(fā)射端，即光引擎內(nèi)部。它是制造高速激光器芯片（如EML電吸收調(diào)制激光器）和半導(dǎo)體光放大器（SOA）的核心襯底材料。在800G及1.6T的高速光模塊中，磷化銦襯底承載著將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的關(guān)鍵任務(wù)，是光模塊實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)發(fā)送的物理基礎(chǔ)，也是目前唯一量產(chǎn)的襯底材料。

磷化銦之所以重要，源于其優(yōu)異的物理特性。首先，作為III-V族化合物半導(dǎo)體，磷化銦具有直接帶隙結(jié)構(gòu)，這意味著它具有極高的電光轉(zhuǎn)換效率，能夠以極低的功耗產(chǎn)生高質(zhì)量的光信號(hào)。其次，磷化銦的電子遷移率極高，是硅材料的十倍以上，這使其能夠支持100GHz以上的超高頻信號(hào)處理，完美契合1.6T及更高速率光模塊的需求。此外，磷化銦在光纖通信的黃金波段（1310nm和1550nm）具有極低的損耗，是目前制造長(zhǎng)距離、大容量光傳輸器件的最佳選擇。

然而當(dāng)前磷化銦材料卻面臨短缺。據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2026年，全球磷化銦襯底的需求量將達(dá)到260萬到300萬片，但全球的有效產(chǎn)能60-75萬片左右，供需缺口超過70%。目前，全球磷化銦襯底供應(yīng)商都面臨產(chǎn)能不足的局面并開啟擴(kuò)產(chǎn)。其中，美國(guó)AXT今年2月透露，公司磷化銦襯底積壓訂單超6000萬美元，創(chuàng)歷史新高；Lumentum磷化銦晶圓廠產(chǎn)能已全部分配完畢，未來幾個(gè)季度擬擴(kuò)充約40%單元產(chǎn)能；國(guó)內(nèi)云南鑫耀投資1.89億元擴(kuò)建年產(chǎn)30萬片高品質(zhì)磷化銦單晶片生產(chǎn)線。

但業(yè)內(nèi)人士指出，由于擴(kuò)產(chǎn)周期長(zhǎng)達(dá)2-3年，磷化銦供需缺口預(yù)計(jì)仍將持續(xù)。

從全球供貨格局來看，在磷化銦襯底領(lǐng)域，全球市場(chǎng)長(zhǎng)期被日本住友電工、JX金屬以及美國(guó)的AXT等廠商壟斷，它們占據(jù)了全球超90%的市場(chǎng)份額。

在國(guó)內(nèi)，相關(guān)企業(yè)正加速突圍。云南鍺業(yè)作為國(guó)內(nèi)磷化銦襯底的龍頭，已實(shí)現(xiàn)2-6英寸磷化銦晶片的量產(chǎn)，并在高純度提純技術(shù)上取得突破，是國(guó)內(nèi)少數(shù)能通過國(guó)際大廠驗(yàn)證的供應(yīng)商。此外，銘鎵半導(dǎo)體等新興企業(yè)也在多晶材料和襯底制備上取得了顯著進(jìn)展，致力于打破海外壟斷。在中游芯片環(huán)節(jié)，三安光電、光迅科技等企業(yè)也在積極布局磷化銦光芯片的制造，試圖構(gòu)建從襯底到芯片的完整國(guó)產(chǎn)化鏈條。

薄膜鈮酸鋰：超高速時(shí)代的“調(diào)制器之王”

如果說磷化銦解決了“發(fā)光”的問題，那么薄膜鈮酸鋰（TFLN）則解決了“控光”的難題。隨著單波速率向200G、400G演進(jìn)，傳統(tǒng)的調(diào)制材料已觸及天花板，TFLN正成為下一代光通信的“標(biāo)配”。

薄膜鈮酸鋰主要應(yīng)用于光模塊的調(diào)制器單元。調(diào)制器的作用類似于一個(gè)高速快門，負(fù)責(zé)將電信號(hào)加載到光載波上。在相干光模塊以及未來的CPO（共封裝光學(xué)）技術(shù)中，TFLN調(diào)制器位于激光器之后，負(fù)責(zé)對(duì)連續(xù)光進(jìn)行極其精細(xì)和快速的高速調(diào)制。

薄膜鈮酸鋰之所以被稱為“調(diào)制器之王”，是因?yàn)樗昝澜鉀Q了硅光材料在高速調(diào)制下的痛點(diǎn)。硅光材料雖然成本低，但缺乏天然的高線性電光效應(yīng)，導(dǎo)致調(diào)制效率低、功耗高。

相比之下，TFLN具有三大核心優(yōu)勢(shì)：

超大帶寬：TFLN調(diào)制器的帶寬可以輕松突破100GHz，甚至達(dá)到200GHz以上，能夠支持單波400G乃至800G的傳輸速率，是3.2T光模塊的理想選擇。

低功耗與低電壓：其驅(qū)動(dòng)電壓僅為傳統(tǒng)材料的幾分之一，這意味著在同等速率下，采用TFLN的光模塊功耗可降低40%以上，這對(duì)于散熱受限的數(shù)據(jù)中心至關(guān)重要。

高線性度與低損耗：在超高速傳輸中，信號(hào)極易失真，而TFLN能保持極高的信號(hào)保真度，確保長(zhǎng)距離傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

隨著AI芯片持續(xù)迭代升級(jí)，數(shù)據(jù)中心光模塊已實(shí)現(xiàn)從400G、800G到1.6T的演進(jìn)。LightCounting今年1月發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2026年全球以太網(wǎng)光模塊市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)260.84億美元，其中800G及1.6T光模塊合計(jì)滲透率較2023年提升53.67個(gè)百分點(diǎn)。

在此趨勢(shì)下，3.2T光模塊或迎來加速導(dǎo)入，LightCounting預(yù)計(jì)2028年3.2T光模塊市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)13.96億美元，2031年有望提升至240億美元。而3.2T光模塊單通道調(diào)制速率需達(dá)到400G，機(jī)構(gòu)指出，薄膜鈮酸鋰迎來導(dǎo)入機(jī)遇。據(jù)測(cè)算，2031年僅3.2T光模塊帶動(dòng)的薄膜鈮酸鋰調(diào)制器市場(chǎng)空間有望近30億元，對(duì)應(yīng)2029~2031年CAGR達(dá)271%。

過去，薄膜鈮酸鋰技術(shù)主要掌握在國(guó)外的Lumentum、思科（Acacia）以及日本企業(yè)手中。但近年來，中國(guó)企業(yè)在這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從跟跑到領(lǐng)跑的跨越。

光庫(kù)科技是國(guó)內(nèi)TFLN領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，已成功研發(fā)并量產(chǎn)800G/1.6T薄膜鈮酸鋰調(diào)制器芯片及器件，深度綁定北美云廠商和華為等頭部客戶。此外，華為海思在薄膜鈮酸鋰芯片設(shè)計(jì)上擁有深厚積累。在產(chǎn)業(yè)鏈上游，天通股份掌握了大尺寸鈮酸鋰晶體生長(zhǎng)技術(shù)，為TFLN調(diào)制器提供了關(guān)鍵的原材料保障。隨著聯(lián)特科技、中際旭創(chuàng)等模塊廠商加速導(dǎo)入TFLN方案，這一材料正迎來爆發(fā)式增長(zhǎng)。

寫在最后

在AI算力重塑光通信的宏大敘事中，磷化銦和薄膜鈮酸鋰并非競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，而是互補(bǔ)共生的“雙輪”。磷化銦作為光源的核心材料，決定了光模塊能否發(fā)出高質(zhì)量的光；而薄膜鈮酸鋰作為調(diào)制的核心材料，決定了光信號(hào)能跑多快、跑多遠(yuǎn)。

當(dāng)前，全球光通信產(chǎn)業(yè)正處于從“硅光時(shí)代”向“化合物半導(dǎo)體與異質(zhì)集成時(shí)代”跨越的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。對(duì)于中國(guó)光模塊產(chǎn)業(yè)而言，雖然在封裝和制造環(huán)節(jié)已占據(jù)全球半壁江山，但在上游核心材料端仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。突破磷化銦襯底的供應(yīng)瓶頸，掌握薄膜鈮酸鋰的晶圓級(jí)制造工藝，不僅是打破海外技術(shù)封鎖的必由之路，更是構(gòu)建自主可控AI算力底座的戰(zhàn)略基石。

未來，隨著CPO技術(shù)和單波200G/400G技術(shù)的成熟，InP和TFLN的戰(zhàn)略地位將進(jìn)一步提升。在這場(chǎng)材料學(xué)的競(jìng)賽中，誰能率先實(shí)現(xiàn)高性能材料的規(guī)?；慨a(chǎn)，誰就將掌握下一代光通信標(biāo)準(zhǔn)的定義權(quán)。