磷化铟很缺，缺很多年

在AI光互连迈向400G/通道的关键节点，联电（UMC）首次从晶圆代工厂的角度公开给出了判断：真正限制400G发展的，不是电路设计，而是材料本身。

8月31日，在SEMICON Taiwan举办的国际硅光子论坛（International Symposium on Silicon Photonics）上，联华电子企业技术办公室（Corporate Technology Office）副总裁丁文琪（Ting Wen-chi）表示，400G时代已经逼近半导体材料的物理极限，而未来几年磷化铟（InP）供应仍将持续紧张，产业必须寻找更具成本优势的替代方案。

值得注意的是，这是本周第五位公开确认InP供应吃紧的产业人士，也是唯一来自晶圆代工厂、明确提出“多年供给受限”时间判断的高管。

过去几年，硅光的发展重点一直放在调制器架构、封装和系统设计上。但丁文琪认为，当每通道速率从200G进一步提升至400G时，真正的障碍已经转移到了材料层面。

他逐一分析了目前三种主流硅基调制器的局限。

首先是硅基马赫-曾德（Mach–Zehnder，MZM）调制器。在他看来，这一路线在200Gbps以上几乎已经“耗尽潜力”，继续提升速率的空间非常有限。

另一条广泛研究的微环调制器（Micro-ring Modulator）虽然尺寸更小、功耗更低，却存在天然的热稳定性问题。它能够容忍的温度漂移只有约±1℃，而随着速率不断提高，其PN结带宽也成为瓶颈。“当你继续推高数据率时，信号会开始变得模糊。”他说。

至于SiGe电吸收调制器（Electro-Absorption Modulator，EAM），问题则出在传输损耗与色散上。它确实能够实现很高的数据速率，但无法兼顾长距离传输。“你可以传得很快，但传不了太远。”

丁文琪强调，这些限制都不是EDA、版图或系统优化能够解决的问题，而是由材料物理特性决定的。

如果说调制器体现的是光学材料极限，那么400G对电子器件提出的要求同样前所未有。

他透露，一条400Gbps PAM4通道，需要超过110GHz的电学3dB带宽；而围绕调制器工作的TIA跨阻放大器与Driver驱动器，则需要双极晶体管达到约500GHz的截止频率（fT）。

“这可能是半导体技术被推进得最极限的一次，我甚至不确定它是否能够真正实现。”他说。

也正因如此，近期业内开始频繁讨论300G PAM4中间方案。在丁文琪看来，这本身就是一个产业信号。“没有人会为了好玩去谈300G，除非400G真的遇到了困难。”

相比调制器，更令产业担忧的是光探测器材料。

目前200G系统普遍采用锗（Ge）光探测器，其带宽达到50GHz以上已足够使用；但进入400G之后，性能开始逼近极限，至于更高速度，则充满不确定性。

产业目前最现实的后备方案仍是磷化铟（InP）探测器。然而，InP不仅价格昂贵，与硅光PIC的集成难度也更高，更重要的是供应能力正成为新的风险。

“未来很多年，磷化铟都会处于供应受限状态。”丁文琪表示，“因此，我们很可能需要一种更加经济、更加可负担的替代材料。”

目前，包括GeSn与SiSn在内的新型锡基材料已经进入研究阶段，但整体仍处于非常早期的探索阶段，距离产业化还有相当距离。

面对InP供应风险，联电押注的是另一条路线——薄膜铌酸锂（Thin-Film Lithium Niobate，TFLN）。

丁文琪介绍，联电自2021年启动TFLN平台开发，目前6英寸工艺已完成全面可靠性认证，并实现高良率量产；约两至三年前开始转向8英寸平台，目前已经进入8英寸客户送样阶段。

他认为，TFLN最大的优势在于产业基础已经成熟。过去十余年，表面声波（SAW）滤波器的大规模生产，已经建立起完整的LNOI（Lithium Niobate on Insulator）衬底供应链，采用Smart Cut工艺制造的LNOI晶圆如今已经可以商业采购，不再存在“先有鸡还是先有蛋”的产业困境。

不过，他并没有回避TFLN自身的问题。

目前TFLN调制器长度仍然达到厘米级，远大于硅基微环；LNOI衬底成本依旧偏高；同时，与硅光PIC的异质集成工艺仍十分复杂。这三项问题，也是联电未来持续攻关的重点。

本周以来，关于InP供应紧张的声音明显升温。

9月1日，Marvell硅光负责人Radha Nagarajan公开表示，InP衬底已面临明显供给压力；同一天，Lumentum技术高管Matt Sysak也指出，InP供应成为硅光扩张的重要限制因素。

9月2日，环球晶董事长徐秀兰（Doris Hsu）则提及，一种关键晶圆材料“极度难取得且严重缺货”，虽然没有直接点名，但业内普遍将矛头指向InP。

与此同时，住友化学宣布正式启动InP外延晶圆量产，进一步印证市场需求正在快速增长。

丁文琪的发言，使这一判断获得了来自晶圆代工端的验证，也让“InP将长期供不应求”的产业预期进一步增强。

不过，他同时也给出了另一个值得关注的判断：InP的稀缺，并不意味着它是不可替代的。

对于上游材料企业而言，这是一把双刃剑。

短期来看，AXT、IQE、Sivers等InP衬底与外延材料厂商，仍将受益于供给偏紧带来的卖方市场，价格与议价能力都有望获得支撑。

但长期而言，正是高价格与持续短缺，正在推动整个产业加速寻找替代路线。联电的8英寸TFLN平台已经开始送样，GeSn与SiSn持续研发，Lumentum也在部分光互连应用中转向VCSEL方案。换句话说，InP既拥有深厚的技术护城河，也同时开启了替代材料的倒计时。

值得注意的是，Lumentum也提出“InP密度不足以支撑Scale-up互连扩展”，而联电强调的则是“InP未来几年供应不足”。前者来自性能瓶颈，后者来自供应链瓶颈，两种观点共同指向同一个结论：在AI数据中心进入400G时代之后，磷化铟依然是不可或缺的关键材料，但它已经成为产业最需要被替代、也最难被替代的一环。

而丁文琪最后的一番表态，也让这场讨论更具可信度。作为联电TFLN平台负责人，他不仅强调了InP昂贵、供应受限，也主动承认TFLN仍存在尺寸大、成本高、集成复杂等现实短板，甚至坦言500GHz电子器件是否能够实现“自己也没有答案”。这意味着，400G硅光真正面对的，并非某一种技术路线的胜利，而是整个材料体系与半导体物理极限的一场竞赛。

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