隨著信息時代的飛速發展，我們已經進入到一個數字化、智能化、信息化的時代，當今時代，云計算、人工智能、視頻會議、短視頻和各種社交媒體等行業蓬勃興起，而 ChatGPT-OpenAI 的一次又一次的版本更新和迭代更是將我們帶入了 AI 時代的新紀元。在 2023 年底的華為全聯接大會上，孟晚舟就曾在演講中表示:「算力是人工智能發展的核心驅動力，算力的稀缺和昂貴，已經成為制約 AI 發展的核心因素。」正如孟晚舟所言，AI 智算時代的確對算力提出了新要求，除此之外，也對傳輸速率和傳輸容量提出了更高要求。

光通信作為 AI 運算的基石，重要性不言而喻。這是因為光通信具有速率高、頻帶寬、保密性好、損耗小等諸多優點，可以有效提升關鍵路徑上信息傳輸的的傳輸速率和傳輸容量。再結合先進的數字信號處理技術，光通信技術可以實現超高速率、超大容量、超長距離、超靈活的維度的高效傳輸。

我們知道，光通信主要是利用光信號承載需要傳輸的信息，從而實現遠距離的數據傳輸，而調制器則是這個過程中最核心的部分，他就像一個「魔術師」，在需要發送數據時，調制器將電信號加載到光載波上，從而讓電信號能以光的形式飛馳前行。

而在當今時代下，由于人工智能、云計算、物聯網等行業迅猛發展，對數據的傳輸容量和速度的需求日益迫切，研究和開發性能高效的光調制器已成為光通信領域中的重中之重。

光模塊調制器的分類及特點

目前市面上主流的電光調制器主要有三種類型：硅基調制器、磷化銦調制器以及備受矚目的鈮酸鋰調制器，他們各自的優缺點、適用場景及速率如下表所示。

值得注意的是，鈮酸鋰材料以其優異的電光特性被認為是制備高性能電光調制器的理想選擇，尤其是薄膜鈮酸鋰調制器，可以稱之為同類產品中的翹楚，說他「一枝獨秀，獨領風騷」也不為過。

這是因為與硅基調制器和磷化銦調制器等采用非線性調制方法的器件不同，鈮酸鋰調制器的工作機制與載流子的移動無關。它利用線性電光效應將電調制信號加載到光載波上，調制速率主要由微波電極的性能決定，因此可以實現更高的調制速度和線性度以及更低的功耗。通過巧妙設計行波電極，薄膜鈮酸鋰器件可以很容易實現 100 GHz 以上的 3 dB 帶寬，這對于高速光通信、光互聯和片上光計算等都將產生重大影響。

市場分析及科企先進進展

在大數據和 AI 浪潮的牽引下，全球智能算力需求仍將保持快速增長，光模塊作為實現高速數據傳輸的關鍵組件，備受關注。讓我們先縱覽全球及國內市場，再聚焦一些最近的具體的進展。

光模塊全球及國內市場數據分析

光模塊位于光通訊的中游行業，而光調制器作為光器件在光模塊中所占的比例從下圖可以清晰的看到，光通訊器件幾乎占據了光模塊中高達 73% 的巨大比重。據 Yole 數據統計，2022 年全球光模塊的市場規模約 97 億美元，同比增長 15.9%，目前全球范圍內的數據量正在呈現不斷上漲的趨勢，這將會驅動光模塊市場容量持續擴大，預測 2025 年全球光模塊行業市場規模將會達到 130 億美元。

再來看國內市場，得益于通信需求的持續增長，光模塊等光通信器件的市場產量實現不斷上升，2021 年我國光模塊產品市場產量達 3.7 億只左右，同比增長約 23.3%，2022 年市場產量進一步增加，首次超過 4 億只，達到了 4.8 億只。

在市場銷量方面，2021 年我國光模塊產品市場銷量達 2.9 億只，2022 年國內市場銷量繼續增加，達到 4.6 億只左右，伴隨著人工智能技術的崛起，預計國內市場銷量會持續增加。

薄膜鈮酸鋰調制器的市場格局

薄膜鈮酸鋰調制器中最核心的部分肯定是鈮酸鋰晶體，所以我們先來看一下鈮酸鋰的全球市場格局。在全球鈮酸鋰晶體市場中，愛普科斯（德）、住友金屬（日）、KorthKristalle（德）排名前三。我國鈮酸鋰晶體市場的主要參與者包括：福晶科技、天通股份、德清華瑩、南智芯材等。其中福晶科技作為全球最大非線性光學晶體生產商，提供各種規格鈮酸鋰晶體，相關產品已成功推向 Lumentum 等光器件廠商。

我們知道，薄膜鈮酸鋰光調制器是 1.6T 光模塊的剛需品，只有薄膜鈮酸鋰電光調制器才能滿足高算力標準，具備低損耗，小尺寸，高帶寬的特點。但是薄膜鈮酸鋰調制器的研發制造并非易事，其工藝復雜程度極高，對技術和生產能力的要求嚴苛，全球僅有三家供應商可以批量供貨：日本富士通、日本住友、光庫科技，其中富士通占據 70% 全球市場份額。

這里還想提一下國產企業珠海光庫科技（簡稱光庫科技），光庫科技于 2019 年收購美國 Lumentum 鈮酸鋰調制器生產線，于 2023 年美國光纖通訊博覽會上展示鈮酸鋰調制器，并于 2023 年 10 月份增資，在意大利米蘭設置薄膜鈮酸鋰調制器芯片生產基地。作為作為國內唯一能夠實現鈮酸鋰調制器量產的企業，并且成功研發出新一代薄膜鈮酸鋰技術，同時是英偉達供應鏈上的一員，光庫科技當之無愧是一顆耀眼的新星。

此外，提到薄膜鈮酸鋰技術，不得不提到另外兩家不容忽視的國產企業，分別是鈮奧光電和元芯光電。

鈮奧光電是一家專注于從事薄膜鈮酸鋰調制器芯片及器件的研發、設計、制造的企業，致力于打造全球一流的高速調制器光電子芯片。鈮奧光電的薄膜鈮酸鋰技術處于全球領先水平，其 800G/1.6T 系列數通產品均已處于送樣或小批量階段，未來發展值得關注。

元芯光電擁有出色的薄膜鈮酸鋰光子集成技術，在剛剛結束的 2024 年光網絡與通信研討會及博覽會上，元芯光電在會上展示了其在薄膜鈮酸鋰光子集成電路（TFLN PICs）領域的最新研究成果，包括技術領先性、量產穩定性以及首次公開的可靠性數據，引發了與會者的廣泛關注。值得一提的是，在本次會議的市場觀察小組（Market Watch Panel III）討論中，多家國際知名企業如富士通、Ciena 和 Marvell 均表示正在研發或認真考慮利用薄膜鈮酸鋰作為相干發射機。這一趨勢表明，薄膜鈮酸鋰技術正逐漸成為全球光通信行業的主流選擇。

鈮奧光電和元芯光電為國內光通信產業的發展注入了新的活力，隨著薄膜鈮酸鋰技術的不斷成熟和應用場景的拓寬，相信未來還會涌現更多的后起之秀，這將推動光通訊行業的持續創新與發展。

1.6T 光模塊進展或超市場預期

基于薄膜鈮酸鋰的光調制器具有高性能、低成本、小尺寸、可批量化生產、且與 CMOS 工藝兼容等優點，利用薄膜鈮酸鋰制作光模塊是高速光通信中極具競爭力的解決方案。薄膜鈮酸鋰光模塊的結構與硅光類似，需要 CW 光源、DSP、Driver（看情況加入）、AWG 或平行光組件以及薄膜鈮酸鋰芯片。這其中最重要的核心組件就是薄膜鈮酸鋰芯片，800G 光模塊一般需要 1 顆薄膜鈮酸鋰芯片、1.6T 需要 1-2 顆薄膜鈮酸鋰芯片。1.6T 光模塊作為一項高速傳輸技術，數據傳輸速率高達 1.6 太比特每秒，能夠滿足人工智能應用的高網絡帶寬需求，確保高效的數據傳輸和模型部署。

在在人工智能算法的訓練和應用過程中，大量的數據需要傳輸和處理，而高速、穩定的數據傳輸是保證算法模型能夠正確訓練和快速部署的重要保障，因此近期各大 AI 巨頭對 1.6T 需求較為迫切，早在 2023 年底，就傳出英偉達已在催單，這是因為英偉達即將發布的超強性能的 B100 對應服務器網卡升級至 800G，交換機側光模塊升級至 1.6T 且 GPU：1.6T 光模塊配置比例約為 1：2.5。據悉，英偉達的 B100 少量早期樣品將于 2024 年第二季度出貨，并有望在 2024 年第三季度量產，因此英偉達對 1.6T 光模塊一直有著大量需求。同時，隨著谷歌震撼發布 Gemini 大模型并推出配套系統 TPU v5p，在需求高增長的推動下，谷歌對 1.6T 光模塊也有大量需求。此外，亞馬遜今年下半年或明年可能有一大部分產品直接跳到 1.6T，或者是 800G 和 1.6T 并用。

總結與展望

薄膜鈮酸鋰光調制器作為 1.6T 光模塊的核心，說它是 1.6T 光模塊最強增量環節也不為過。正如之前所提到的，在 AI 技術快速崛起的時代，具備高效傳輸能力的 1.6T 光模塊的需求量會日益倍增。而在 1.6T 光模塊里，暫時還沒有薄膜鈮酸鋰晶體的替代品，所以正如題目所言，薄膜鈮酸鋰光調制器一騎絕塵，為高速光通信奠定了堅實的基礎。那難道薄膜鈮酸鋰調制器就完美無缺，沒有任何優點嗎？答案當然是否定的。

傳輸速率提高注定會帶來功耗增加、傳輸損耗增加以及成本增加等重大問題。光模塊技術的升級不僅是簡單的速率翻倍，更需要解決的是速率提高所帶來的功耗高、成本大等問題。

筆者認為，薄膜鈮酸鋰未來的研發重心應該是當其應用于更大規模片上系統時，能同時提供高速電光控制、低損耗傳輸和可擴展性。此外，基于薄膜鈮酸鋰晶體的大規模光子集成也是一個值得關注的方向，光子集成技術為突破大規模光纖網絡的通信容量瓶頸以及實現大規模光電融合提供了有效途徑。

近期，華東師范大學、上海光機所在薄膜鈮酸鋰襯底上實現了 4×4 可編程線性光子運算器。該器件在損耗、功耗和運算速度方面顯示出巨大優勢。相信在不久的將來，基于鈮酸鋰晶體的光子集成技術也會進入商用階段。