薄膜铌酸锂，怎么突然火了？

前段时间，英伟达黄仁勋表示，下一代AI基础设施将需要大量的光学连接，铜线已无法满足需求。

这不是危言耸听。

我们正踏进光世界

随着信息技术的迅猛发展，全球数据流量呈指数级增长，人们对信息容量和信息处理能力的需求持续攀升。特别是在 5G 通信、物联网、云计算、大数据和人工智能等新兴技术的推动下，传统电子通信系统逐渐遭遇带宽瓶颈和高能耗难题。

光通信技术凭借其高带宽、低损耗、抗电磁干扰等显著优势，成为解决这一问题的关键技术。

下一代AI基础设施必须依赖大量光学连接，核心原因在于“互连墙”已取代算力成为最大瓶颈。随着万卡、十万卡GPU集群的构建，单通道速率迈向224G，铜缆在物理层面遭遇趋肤效应与介电损耗的极限，有效传输距离被压缩至2米以内，无法满足跨机柜的Scale-out需求。同时，全光互连能将单位带宽功耗降低40%以上，是解决AI工厂能耗危机的唯一路径。

铌酸锂：坐了几十年冷板凳

电光调制器（Electro-Optical Modulator, EOM）作为光通信系统的关键组件，主要功能是实现电信号到光信号的转换和调制，其性能直接影响着整个通信系统的传输速率、能耗、质量和稳定性。

光纤通信系统总体结构

铌酸锂（LiNbO3，LN）作为一种至关重要的电光材料，凭借其卓越的电光效应、较高的折射率（约为2.2）、较宽的透明窗口（350nm-5μm）以及良好的化学稳定性，被光子学界尊称为"光学硅”，自20世纪60年代起便被广泛应用于电光调制器领域。

调制器，来源：Lumentum

但是，之前它是在系统级不可或缺，但在芯片级集成的大潮里被晾了三十年。

这是因为传统的块状铌酸锂调制器通过电场调控光波相位或强度实现信号调制，但该设计受限于材料本身的物理特性与加工工艺，由于块状铌酸锂的波导尺寸通常在毫米至厘米量级，导致光场与电场的相互作用长度有限，为实现有效调制需施加数伏至数十伏的高驱动电压；因器件尺寸大导致难以与硅基光子平台兼容，限制了其在芯片级集成光电子系统中的应用；还有就是传统工艺下波导传输损耗较高，进一步制约了器件的能效与长距离传输能力。

于是硅光、InP、SiN 等平台纷纷崛起，铌酸锂一度被认为"性能虽好，但做不大做不密"。

薄膜化技术突破，恰逢时代需求刚好"点菜"

转折点在于薄膜铌酸锂（TFLN ）技术的成熟。

薄膜铌酸锂以“铌酸锂-绝缘体-衬底”异质结构为基础，通过晶体离子切片、化学机械抛光等先进制备技术，将单晶铌酸锂薄膜从体材料中剥离并转移至硅、蓝宝石或二氧化硅衬底上。相较于体材料，薄膜铌酸锂的亚微米级波导结构可实现更强的光场限制效应，使光与电场的相互作用效率提升数十倍，从而显著降低驱动电压并缩小器件尺寸。此外，薄膜铌酸锂的低传输损耗特性使其在长距离光子集成电路中展现出独特优势，同时其与硅基平台的兼容性为异质集成光子学提供了全新路径。

铌酸锂单晶薄膜，来源：济南晶正电子科技有限公司

火不火，一半看自身有多好，一半看时代有没有给对口订单。

首先看具体几个硬指标，就知道它为什么在1.6T/3.2T时代被"突然"疯抢：

① 带宽：轻松破百GHz，直奔200GHz；

② 功耗：每比特仅十几飞焦（fJ/bit）；

③ 信号质量：插入损耗低、chirp 极小、线性度好；

④ 多功能性：一个平台通吃电光 + 非线性 + 量子。

行业需求方面，当前AI 算力呈爆炸增长局面， 数据中心光互连从400G冲向 800G/1.6T/3.2T，这个时代正好需要它。

以当下火热的共封装光学为例，它是把光引擎直接从面板的可插拔模块里"搬"到交换芯片/ASIC 的同一块封装基板上。英伟达在Spectrum-X和Quantum 系列上率先量产CPO方案后，实测数据令人震惊——插入损耗从约22 dB骤降到~4 dB，信号完整性提升约63倍，系统光功率效率最高提升5倍。

图片来源：康宁

但CPO不是简单把现有光模块"挪个位置"就行。封装体积急剧收缩、功耗预算被砍到骨头、散热条件恶化、电学环境变得极度苛刻——光引擎内部的每一个器件都被逼到了物理极限。正是在这套全新约束下，薄膜铌酸锂恰逢其时，从"性能标杆"跃升为"工程刚需"。

可以说，薄膜铌酸锂之所以这么火，不仅因为它变薄了——更是因为算力大厦终于盖到了必须用它当承重墙的那一层。

于是我们看到，英伟达把 40亿美元砸向Coherent和Lumentum这两家企业，而这两家企业合计占据全球高端薄膜铌酸锂调制器市场80%的市场份额。

小结

薄膜铌酸锂的故事，与其说是材料学的逆袭，不如说是——时代终于追上了它“夯到爆”的性能。

参考来源：

[1]熊 斌.低损 耗薄膜铌酸锂电光调制器设计

[2]王凰帆.薄膜铌酸锂调制器多物理仿真及退化机理研究