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第 04 章 / 共 12 章

第四章 · 光从哪里来,数据刻在哪里

“硅光会不会把磷化铟替代掉?”这句话像问:装了更好的水管,是否就不用水泵了。先把发光、调光、导光、收光四件事分开,材料之间的关系便清楚很多。

磷化铟:既是地基,也能长出发光器件

磷化铟,InP,是由铟和磷组成的化合物半导体材料,适合构建通信波段的激光器以及其他光电子器件。这里的“适合”不是把一块原料通电就能得到光模块。先长晶、切片和抛光形成衬底,也就是器件的地基;再通过外延,在地基上生长厚度和成分受控的薄层;最后做出器件、电极和光路,再测试封装。

EML是电吸收调制激光器,通常把发光部分和通过改变吸收强弱写入数据的部分集成在一起。CW激光器则持续提供光,数据由别处的调制器写入。硅光系统采用CW光源时,可能减少对某些分立EML的需求,同时增加对高功率、高可靠性CW光源的需求。这是InP产品结构的改变,不能简化为InP需求归零。

Coherent在OFC 2026展示的InP产品同时包括面向1.6T模块的200G EML,以及面向CPO和硅光可插拔的高功率CW激光器。[1] 同一家材料与器件厂,可以押注不止一条下游路线。不过两类器件的工艺、筛选和客户验证不同,产线能力并不自动一比一互换。

硅光:集成能力很强,不是万能材料

波导是芯片上引导光前进的细小通道,可以理解为光的微型水渠。硅光擅长把许多波导和功能集成在一个平台上,借助成熟的半导体制造体系复制。微环调制器用一个很小的环形光结构控制光,面积小,但温度和波长漂移需要管理;马赫—曾德尔调制器把光分成两路,再通过控制两路相位关系改变输出,通常更占空间,也有自己的性能优势。

制造硅光芯片并不等于制造最先进的逻辑处理器。关键可能在光损耗、耦合精度、温度稳定性和良率,而不只在制程名字有几纳米。良率就是投入一批产品后,最终有多少比例合格。若一个设计省了芯片面积,却让光纤对准更难,整机成本未必下降。

正确的名字是薄膜铌酸锂

种子中写的“薄膜磷酸锂”,在这里应改为薄膜铌酸锂,TFLN:把铌酸锂材料制成很薄的一层,用来做高性能光学器件。它的化学式是LiNbO3,关键元素是铌,不是磷。它也不是电池里的磷酸铁锂。看错一个字,产业链就会走进另一座工厂。

铌酸锂的重要本领是电场能迅速改变它对光传播的影响,便于把高速电数据写到光上。薄膜结构把光和电场约束得更紧,能够实现紧凑、低驱动电压或高带宽的设计。2026年发表的一项研究展示了宽波段高速调制能力。[2] 这是器件性能证据,不等于这些器件已成为所有1.6T量产模块的标准配置。

它的产业链从高质量晶体出发,经薄膜制备和键合,再到波导刻蚀、电极制造、封装及可靠性测试。键合是把两种材料层牢固且精确地结合起来。技术难点不只是“薄”:膜厚均匀、界面缺陷、刻蚀侧壁、光纤耦合和长期温度表现,都可能影响最终成本。

薄膜铌酸锂既可能作为独立调制器,也能与硅或氮化硅平台结合。异质集成就是让不同材料各做擅长的工作,再拼成系统。研究已经展示这类组合。[3] 因而硅光与薄膜铌酸锂也未必是两支只能选一支的队伍。

材料很关键,价值却不按重量分配

一只模块里的衬底原料可能重量极小,却能卡住交货;大量普通金属和塑料可能重量很大,却不决定性能。稀缺原材料涨价,也不代表所有材料企业都得到同样利润:客户采购的是规定纯度、缺陷密度和一致性的合格产品,不是元素周期表上的名字。

做供给模型时,应将衬底片数转换成合格芯片:晶圆片数乘每片可切芯片数,再乘前道良率、封装良率和客户合格比例。若晶圆直径翻倍,理论面积约四倍,但实际合格芯片并不必然四倍,边缘损失、工艺成熟度和芯片尺寸都会改变结果。

材料路线的受益要沿着“哪种器件、用多少、谁能合格交付”往下算。拥有矿、拥有晶体、拥有高速激光器量产能力,是三件不同的事。

判断2026—2028年的路线时,InP光源是有现实产品支撑的关键环节;薄膜铌酸锂是值得跟踪的高带宽候选,但具体收入取决于量产设计导入。把实验室纪录直接乘全球模块销量,会把潜力误写成订单。

资料与核验

[1] Coherent InP产品公告,2026-03-17;[2] Li等,宽波段薄膜铌酸锂调制器,2026-01-08;[3] 薄膜铌酸锂与氮化硅微转印集成研究,2025-04-05。本章产业判断为基于器件分工的推论。

算力尽头是光 · 蜜蜡
蜜蜡 著 · 串行写作与逐章复核 · 事实、规划与情景分别标注