AI算力重塑光通信：磷化铟与薄膜铌酸锂的关键角色

电子发烧友网报道（文/李弯弯）随着人工智能大模型训练的爆发式增长，数据中心对算力的需求持续攀升，同时对数据传输的需求也成指数级增长。

在这一背景下，光模块的重要性日益凸显。然而，随着光模块速率从400G、800G向1.6T乃至3.2T飞速迭代，行业面临着严峻的“功耗墙”和“互连瓶颈”。传统的硅基材料在高频高速场景下逐渐显露出力不从心，摩尔定律在光通信领域遭遇挑战。

为了突破这一瓶颈，产业界的目光开始从单纯的封装工艺转向更底层的材料科学。其中，磷化铟（InP）和薄膜铌酸锂（TFLN）凭借其独特的物理特性，成为了解决超高速传输难题的两大关键材料。

磷化铟：高速光模块激光器芯片唯一量产衬底材料

磷化铟主要应用于光模块的光发射端，即光引擎内部。它是制造高速激光器芯片（如EML电吸收调制激光器）和半导体光放大器（SOA）的核心衬底材料。在800G及1.6T的高速光模块中，磷化铟衬底承载着将电信号转换为光信号的关键任务，是光模块实现高速数据发送的物理基础，也是目前唯一量产的衬底材料。

磷化铟之所以重要，源于其优异的物理特性。首先，作为III-V族化合物半导体，磷化铟具有直接带隙结构，这意味着它具有极高的电光转换效率，能够以极低的功耗产生高质量的光信号。其次，磷化铟的电子迁移率极高，是硅材料的十倍以上，这使其能够支持100GHz以上的超高频信号处理，完美契合1.6T及更高速率光模块的需求。此外，磷化铟在光纤通信的黄金波段（1310nm和1550nm）具有极低的损耗，是目前制造长距离、大容量光传输器件的最佳选择。

然而当前磷化铟材料却面临短缺。据市场调研机构数据，预计2026年，全球磷化铟衬底的需求量将达到260万到300万片，但全球的有效产能60-75万片左右，供需缺口超过70%。目前，全球磷化铟衬底供应商都面临产能不足的局面并开启扩产。其中，美国AXT今年2月透露，公司磷化铟衬底积压订单超6000万美元，创历史新高；Lumentum磷化铟晶圆厂产能已全部分配完毕，未来几个季度拟扩充约40%单元产能；国内云南鑫耀投资1.89亿元扩建年产30万片高品质磷化铟单晶片生产线。

但业内人士指出，由于扩产周期长达2-3年，磷化铟供需缺口预计仍将持续。

从全球供货格局来看，在磷化铟衬底领域，全球市场长期被日本住友电工、JX金属以及美国的AXT等厂商垄断，它们占据了全球超90%的市场份额。

在国内，相关企业正加速突围。云南锗业作为国内磷化铟衬底的龙头，已实现2-6英寸磷化铟晶片的量产，并在高纯度提纯技术上取得突破，是国内少数能通过国际大厂验证的供应商。此外，铭镓半导体等新兴企业也在多晶材料和衬底制备上取得了显著进展，致力于打破海外垄断。在中游芯片环节，三安光电、光迅科技等企业也在积极布局磷化铟光芯片的制造，试图构建从衬底到芯片的完整国产化链条。

薄膜铌酸锂：超高速时代的“调制器之王”

如果说磷化铟解决了“发光”的问题，那么薄膜铌酸锂（TFLN）则解决了“控光”的难题。随着单波速率向200G、400G演进，传统的调制材料已触及天花板，TFLN正成为下一代光通信的“标配”。

薄膜铌酸锂主要应用于光模块的调制器单元。调制器的作用类似于一个高速快门，负责将电信号加载到光载波上。在相干光模块以及未来的CPO（共封装光学）技术中，TFLN调制器位于激光器之后，负责对连续光进行极其精细和快速的高速调制。

薄膜铌酸锂之所以被称为“调制器之王”，是因为它完美解决了硅光材料在高速调制下的痛点。硅光材料虽然成本低，但缺乏天然的高线性电光效应，导致调制效率低、功耗高。

相比之下，TFLN具有三大核心优势：

超大带宽：TFLN调制器的带宽可以轻松突破100GHz，甚至达到200GHz以上，能够支持单波400G乃至800G的传输速率，是3.2T光模块的理想选择。

低功耗与低电压：其驱动电压仅为传统材料的几分之一，这意味着在同等速率下，采用TFLN的光模块功耗可降低40%以上，这对于散热受限的数据中心至关重要。

高线性度与低损耗：在超高速传输中，信号极易失真，而TFLN能保持极高的信号保真度，确保长距离传输的稳定性。

随着AI芯片持续迭代升级，数据中心光模块已实现从400G、800G到1.6T的演进。LightCounting今年1月发布的数据显示，2026年全球以太网光模块市场规模有望达260.84亿美元，其中800G及1.6T光模块合计渗透率较2023年提升53.67个百分点。

在此趋势下，3.2T光模块或迎来加速导入，LightCounting预计2028年3.2T光模块市场规模有望达13.96亿美元，2031年有望提升至240亿美元。而3.2T光模块单通道调制速率需达到400G，机构指出，薄膜铌酸锂迎来导入机遇。据测算，2031年仅3.2T光模块带动的薄膜铌酸锂调制器市场空间有望近30亿元，对应2029~2031年CAGR达271%。

过去，薄膜铌酸锂技术主要掌握在国外的Lumentum、思科（Acacia）以及日本企业手中。但近年来，中国企业在这一领域实现了从跟跑到领跑的跨越。

光库科技是国内TFLN领域的领军企业，已成功研发并量产800G/1.6T薄膜铌酸锂调制器芯片及器件，深度绑定北美云厂商和华为等头部客户。此外，华为海思在薄膜铌酸锂芯片设计上拥有深厚积累。在产业链上游，天通股份掌握了大尺寸铌酸锂晶体生长技术，为TFLN调制器提供了关键的原材料保障。随着联特科技、中际旭创等模块厂商加速导入TFLN方案，这一材料正迎来爆发式增长。

写在最后

在AI算力重塑光通信的宏大叙事中，磷化铟和薄膜铌酸锂并非竞争关系，而是互补共生的“双轮”。磷化铟作为光源的核心材料，决定了光模块能否发出高质量的光；而薄膜铌酸锂作为调制的核心材料，决定了光信号能跑多快、跑多远。

当前，全球光通信产业正处于从“硅光时代”向“化合物半导体与异质集成时代”跨越的关键节点。对于中国光模块产业而言，虽然在封装和制造环节已占据全球半壁江山，但在上游核心材料端仍面临严峻挑战。突破磷化铟衬底的供应瓶颈，掌握薄膜铌酸锂的晶圆级制造工艺，不仅是打破海外技术封锁的必由之路，更是构建自主可控AI算力底座的战略基石。

未来，随着CPO技术和单波200G/400G技术的成熟，InP和TFLN的战略地位将进一步提升。在这场材料学的竞赛中，谁能率先实现高性能材料的规模化量产，谁就将掌握下一代光通信标准的定义权。