聊AI算力这事儿,大家一张口就是英伟达、GPU、HBM。但真正卡住整个AI算力增长脖子的东西,其实不是这些,而是一个很多人听都没听过的材料——磷化铟。
为什么这么说?因为磷化铟主要用来做光芯片,而光互联,才是眼下制约算力集群继续往上扩张的真正瓶颈。
黄仁勋自己也承认过一句大实话:"未来十年,算力的天花板将由光传输效率决定。" 说白了,你就算堆一百万张GPU,如果数据流转跟不上,那这堆卡就是一堆昂贵的电子砖头,联不动就是联不动。
所以谁能把控住磷化铟,谁就能在接下来的AI竞赛里拿到更大的主动权。
今年6月16号,光芯片企业Coherent在美国德州搞了个工厂扩建奠基仪式,产能据说要直接翻四倍——这个扩产幅度在行业里可以说史无前例。
而黄仁勋作为投资方,亲自跑到现场破土,这个重视程度可以说拉满了。老黄为什么这么上心?
因为英伟达的光互联产品,完全是靠上游厂商的产能撑着活的。早在今年3月份,英伟达就宣布对Coherent和另一家Lumentum各自砸20亿美元,这是英伟达做的长线布局,就为了在AI竞赛里不被光学卡住脖子。
但问题来了,Coherent和Lumentum的头上,其实还悬着一把达摩克利斯之剑,那就是磷化铟衬底。这两家自己不生产衬底,只是拿别人做好的衬底做外延、加工,最后做成芯片。而放眼整个AI光学市场,衬底才是最大的缺口。
根据调研,磷化铟80%以上的需求都来自AI数据中心,可见这块市场吃得有多凶。
2025年全球磷化铟衬底总需求高达200到210万片,但有效合规产能只有60到70万片,缺口超过70%。往2026年看,总需求会飙升到260到300万片,产能勉强爬到75万片左右,缺口还是70%以上。
英伟达自己预测,2026到2030年间,磷化铟衬底的需求量将激增大约20倍。所以老黄光去投下游芯片企业根本不够,因为源头的衬底根本就不够用。
需求端的驱动力几乎全部来自AI数据中心:单台AI服务器所需的光模块数量,是普通服务器的10倍以上;单颗800G光模块要用4到8颗磷化铟激光器芯片,而1.6T光模块对衬底的需求,又是800G的2.7到3倍。供给这边呢?
磷化铟晶体要在高温高压环境下慢慢培育,大尺寸低缺陷衬底的良率爬坡需要2到4年,单条产线投资超10亿元,扩产周期长达1到2年。也就是说,就算现在马上启动扩产,产能最快也要2027年之后才能释放出来。
为什么非得是磷化铟,硅顶不上去吗?这里得插一段科普。磷化铟属于第二代半导体中的三五族化合物。
它现在这么关键,就是因为AI数据中心已经开始普及光互联,而光互联要靠激光器来产生光源,磷化铟就是做激光器芯片的基材。你光有GPU、没有光互联,集群效应根本发挥不出来。
那有人问,硅这么便宜,为啥不用硅?半导体发光的本质,是电子从导带跃迁到价带,跟空穴复合,然后释放出光子。
直接带隙材料就好比高处和低处垂直对齐,电子直接跳下来,能量全部以光子的形式释放;而间接带隙材料就好比高处和低处错开了位置,电子跳下来的时候必须同时改变动量,这个过程要靠晶格振动帮忙,一振动,大部分能量就变成了热能。
磷化铟属于前者,硅属于后者。所以硅几乎不用来做激光器,只会用于波导、调制或者探测。
再加上磷化铟拥有硅材料4倍以上的电子迁移率,在800G及以上的光通信场景里,它就是无可替代的。用一句形象的话说:如果GPU是AI算力的"肌肉",磷化铟就是输送能量的"心脏瓣膜"——没有它,再强的肌肉也联动不起来。
光模块目前主要分两大类:一是可插拔光模块,二是CPO共封装光学。可插拔就是可以在交换机上插来拔去,属于解耦状态,是经典设计。它又能分两条路线:
一条是传统磷化铟路线,主要用FP、DFB和EML芯片。其中FP和DFB是通过改变电流做直接调制,多用于中低速、中短距场景;EML本质上是在一颗芯片上集成了一个DFB加一个电吸收调制器,主要打高速远距的高端场景。
另一条是硅光子路线,用硅光子器件做调制器,激光器采用CW连续波方式运作,眼下也在快速普及。为了继续提高速度、降低能耗,CPO就成了下一个大的发展方向。
但不管走哪条路,激光器芯片的基底都是磷化铟——EML、CW、PIN/APD探测器芯片,无一例外都要以磷化铟衬底为底。可以说,这场从400G到800G再到1.6T、3.2T的光模块升级战,本质上就是一场磷化铟的消耗战。
磷化铟衬底的产能到底掌握在谁手里?从最热门的6寸晶圆看,国际主要玩家是日本住友和美国AXT,这两家已经大规模量产并稳定出货;日本GX有6寸产品但供应能力有限;欧洲也有供应商,规模同样不大。可以说6寸市场是寡头中的寡头。
关键在于AXT。它现在其实是一个由美国AXT控制的中美混合所有制企业,所有产能都在中国。这意味着它同样要受到中国商务部出口管制制度的约束。所以严格算下来,全球大约40%的磷化铟衬底产能,实际上是要受中国影响的。
再加上磷化铟的核心原料——铟。铟这个元素占磷化铟质量比大约51%,地壳含量只有黄金的1/200,全球储量约1.6万吨。
而中国的铟金属及相关产品全球市占率达到60%,镓45%、锗40%、碲60%、铋50%——中国在稀散金属这块几乎是全环节掌控。国内像先导科技这样的企业,已经实现从矿渣回收、提炼到高纯化的全流程自主可控,锁住了整个"晶体命门"。
所以老黄再怎么砸钱投Coherent、投Lumentum,最终磷化铟芯片能不能充足供应,还得看衬底能不能充足供应;而衬底能不能充足供应,很大程度取决于中国。
那中国自己的磷化铟产业链发展到什么水平了?衬底端最具代表性的是云南锗业,它的子公司云南鑫耀在2025年突破了6英寸衬底技术,2026年开始逐步建立产能爬坡。
产能眼下还不算高,但已经有了扎实布局。同时它跟九峰山实验室合作,也完成了6英寸外延布局。随着下游客户比如华为海思通过验证、开始放量,产能还有希望进一步拉升。
此外先导科技、顶泰新源等也都有布局。
外延和芯片这块,中国大陆的专业外延厂有华兴激光和全磊光电,同时做外延和芯片的有三安光电、源杰科技、中科光芯、长光华芯。外延方面6寸已经攻克。
芯片方面,可插拔光模块用到的FP、DFB芯片已经非常成熟,出货量很大;EML芯片方面,中低端已经量产,主要集中在100G以下,200G以上还处在小规模阶段,性能一致性和良率是显著瓶颈;CW激光器方面,中低功率已经比较成熟并量产,高功率据说也已经进入了数据中心供应链,但整体规模还不算大。
光模块端,中际旭创、新易盛、剑桥科技这几家,200G、400G、800G已经大规模出货,处于全球领先地位;1.6T处在小批量阶段,2026年是关键导入年份。CPO目前小批量出货、验证阶段,同样在2026年开始进入导入期。
很多人会问:既然缺口这么大,为什么不马上扩产?答案很扎心:真的没法说扩就扩。
衬底制作的门槛非常高,工艺要求极其精密,涉及温度梯度、磷压控制、位错密度等一大堆参数和基础技术。尤其是6寸良率很难做高,国际大厂也一样头疼。
衬底产线建设通常要18到36个月,再叠加良率爬坡,可能要3到5年才能稳定贡献有效产能。所以AI光学需求这么猛,磷化铟衬底价格就水涨船高。
别说6寸,光是2寸的价格,过去一年就涨了差不多200%。这不是产能能不能追上的问题,是短期内根本追不上。
AI算力受制于光互联,光互联受制于磷化铟器件,磷化铟器件受制于磷化铟衬底,而磷化铟衬底有效产能极其有限;同时,近半数产能地理上就在中国,再加上铟这个元素本身也依赖中国生产。所以英伟达的未来,并不仅仅是GPU能不能卖到中国这么简单的问题。
更深一层看,英伟达在很大程度上是要依赖中国供应链才能把生意做下去的。整体格局是这样:中国在磷化铟上游已经占据一定优势,衬底和外延这两个基础层面已经能跟国际厂商掰手腕;光芯片和光模块还在追赶,但差距不大。
随着2026年这个关键导入期到来,差距还会进一步缩小。毕竟中国最擅长的就是基建光模,而AI数据中心,说到底就是这一代新的基建。黄仁勋没说透的那半句话,其实就藏在这里——算力天花板不在GPU,而在磷化铟;磷化铟的天花板,很大程度上写在中国供应链上。