Naarmate AI-clusters van 800G naar 1.6T en verder scalen, wordt de optische communicatie-infrastructuur de ruggengraat van datacenters van de volgende generatie.Twee geavanceerde materialen krijgen ongekende aandacht.: Indiumfosfide (InP) en dunfilmlithiumniobaat (TFLN).

In veel discussies in de industrie worden deze twee technologieën als concurrenten beschouwd. In werkelijkheid dienen ze fundamenteel verschillende doeleinden binnen hogesnelheidsoptische systemen.De ander controleert het..

In eenvoudige bewoordingen:

• Indiumfosfide bouwt de motor van optische communicatie
• Thin-Film Lithium Niobate fungeert als de transmissie en het versnellingssysteem

In plaats van elkaar te vervangen, worden ze steeds vaker geïntegreerd in dezelfde hoogwaardige optische modules.

Begrijpen van de arbeidsverdeling: lichtopwekking versus lichtmodulatie

Als optische communicatie een relaiswedstrijd was:

• InP zou de startloper zijn die verantwoordelijk is voor het signaleren.
• TFLN zou de middelste runner zijn, verantwoordelijk voor het maximaliseren van snelheid, bandbreedte en transmissie-efficiëntie.
• Silicon photonics zou fungeren als de systeemintegrator, waarbij alle componenten worden verbonden in schaalbare architecturen.

Indiumfosfide: de optische motor

InP is het basismateriaal voor de vervaardiging van hoogwaardige laserchips zoals:

• EML (Electro-Absorption Modulated Lasers)
• CW-lasers
• met een vermogen van niet meer dan 50 W

Het belangrijkste voordeel is het vermogen om licht efficiënt uit te zenden op:

• 1310 nm
• 1550 nm

Dit zijn de twee laagste verliestransmissievensters in glasvezelcommunicatie.

Zonder InP is er geen efficiënte lichtbron voor moderne 800G- of 1.6T-optische modules.

Thin-film lithiumniobate: de optische versneller

TFLN genereert geen licht, maar voert in plaats daarvan ultra-hoge snelheidsmodulatie uit door elektrische signalen op optische golven te coderen.

De voordelen zijn onder meer:

• Ultra hoge bandbreedte
• Laag invoegverlies
• Laag energieverbruik
• Uitstekende elektro-optische efficiëntie
• Transmissievermogen over lange afstanden

Aangezien AI-datacenters een lagere latentie en een hogere doorvoer vereisen, wordt de modulatieprestatie steeds kritischer.

Waarom indiumfosfide een strategisch materiaal wordt

De explosieve groei van AI-computing zorgt voor een zware druk op de optische toeleveringsketen.

Volgens meerdere industrievoorspellingen van Omdia en Yole:

• Wereldwijde vraag naarInP-substratenis snel groter dan het aanbod
• Effectieve capaciteit 2025 blijft sterk beperkt
• De verwachting is dat het tekort aan leveringen tot 2027 zal aanhouden.

In hogesnelheidsoptische modules zijn optische chips goed voor meer dan de helft van de totale BOM-kosten en behoren InP-substraten tot de meest kritieke basismaterialen.

Belangrijkste factoren achter de vraag naar InP

1Uitbreiding van AI-datacenters

Massive GPU clusters vereisen:

• Snellere optische interconnecties
• Hoger kanaaldichtheid
• Communicatie met lagere latentie

Elke toename van de transmissiesnelheid zorgt voor een extra vraag naar InP-lasers.

2Silicon Photonics heeft nog steeds externe lasers nodig.

Silicon photonics groeit snel, vooral in:

• 800G-modules
• 1.6T architecturen
• optische verpakkingen

Silicium zelf kan echter geen licht efficiënt uitzenden.

Dit betekent dat siliciumfotonicaplatforms nog steeds afhankelijk zijn van externe CW-lasers op basis van InP.

Naarmate de adoptie van siliciumfotonica toeneemt, neemt ook de vraag naar InP toe.

3Geconcentreerde wereldwijde toeleveringsketen

De wereldwijde productie van InP-substraat blijft sterk geconcentreerd onder een klein aantal fabrikanten, voornamelijk in:

• Japan
• Verenigde Staten

Ondertussen vereisen productie-uitbreidingscycli meestal:

• 2 ¢ 3 jaar
• Hoge expertise op het gebied van kristalgroei
• Strikte controle op de opbrengst

Dit maakt het uiterst moeilijk om snel capaciteit op te schalen.

Waarom dunfilm-lithiumniobate sneller groeit

Terwijl InP de uitdaging van de lichtbron oplost, gaat TFLN de volgende knelpunt aan:

Snelheid en energiezuinigheid

Traditionele modulatietechnologieën naderen fysieke grenzen in:

• bandbreedte
• energie-efficiëntie
• thermische prestaties

TFLN is een van de sterkste kandidaten voor de volgende generatie modulatieplatformen.

Recente technische doorbraken

Recente industriële demonstraties hebben aangetoond:

• Ultrabreedtebanddekking optisch
• Elektroptische bandbreedten van meer dan 67 GHz
• Transmissie in één rijstrook van meer dan 240 Gbps PAM-4
• Verbeterde werking bij lage spanning

Deze vooruitgang positioneert TFLN als een veelbelovend technologisch pad voor:

• 1.6T optische modules
• 3.2T-architectuur
• Toekomstige platforms voor AI-interconnectie

De rol van TFLN's in toekomstige optische systemen

TFLN is met name aantrekkelijk voor:

• Transmissie over lange afstand
• Ultra-hoge snelheidsmodulatie
• Energiezuinige optische interconnecties
• optische verpakkingen
• AI-netwerken van de volgende generatie

Hoewel de commercialisering zich nog steeds ontwikkelt, verbetert de technische volwassenheid snel.

De toekomst is integratie, geen vervanging

Een van de grootste misvattingen in de industrie is dat een enkel materiaalplatform de toekomstige optische communicatie zal domineren.

De realiteit is veel meer collaboratief.

Toekomstige optische systemen bewegen zich steeds meer naar een hybride ecosysteem:

Een optische architectuur met meerdere materialen

Indiumfosfide

Verantwoordelijk voor:

• Lasergeneratie
• Optische emissie
• Hoogwaardige lichtbronnen

Silicon Photonics

Verantwoordelijk voor:

• Grootschalige integratie
• Verpakkingsefficiëntie
• Scalabiliteit op systeemniveau

Lithiumniobate met dunne film

Verantwoordelijk voor:

• Modulatie met hoge snelheid
• Transmissie met laag vermogen
• Geavanceerde signaalcodering

In veel geavanceerde optische modules bestaan deze technologieën naast elkaar in hetzelfde pakket.

1.6T en 3.2T optische modules zullen deze samenwerking versterken

De overgang van:

• 800G → 1,6T
• 1.6T → 3.2T

Het is de specialiteit die nog belangrijker maakt.

Naarmate de transmissiesnelheid toeneemt, vereisen optische systemen:

• Betere lasers
• Snellere modulatoren
• Meer geavanceerde integratie
• Lagere stroomverbruik

Geen enkel materiaalplatform kan deze uitdagingen alleen oplossen.

De toekomst van AI-optische netwerken zal afhangen van gecoördineerde innovatie over meerdere materialen en apparaatarchitecturen.

Afsluitende gedachten

Indiumfosfide en dunne-film lithiumniobate concurreren niet om dezelfde rol.

Ze lossen verschillende technische problemen op binnen hetzelfde optische communicatiesysteem.

• InP maakt het licht
• TFLN regelt het licht
• Silicon Photonics integreert het systeem

Samen vormen ze de technologische basis van de volgende generatie AI-interconnectinfrastructuur.

Aangezien de vraag naar AI-computing blijft stijgen, verschuift de optische communicatie-industrie van "materiaal vervangen" naar "functionele samenwerking".

Het volgende tijdperk van optische netwerken zal niet worden bepaald door een enkele winnaar, maar door hoe effectief deze technologieën samenwerken.