Mit der Skalierung von KI-Clustern von 800G auf 1,6T und darüber hinaus wird die optische Kommunikationsinfrastruktur zum Rückgrat der Rechenzentren der nächsten Generation. Bei diesem Übergang erlangen zwei fortschrittliche Materialien beispiellose Aufmerksamkeit: Indiumphosphid (InP) und Dünnschicht-Lithiumniobat (TFLN).

In vielen Branchendiskussionen werden diese beiden Technologien als Konkurrenten bezeichnet. In Wirklichkeit dienen sie in optischen Hochgeschwindigkeitssystemen grundlegend anderen Zwecken. Man erzeugt Licht. Der andere kontrolliert es.

In einfachen Worten:

• Indiumphosphid ist der Motor der optischen Kommunikation
• Als Übertragungs- und Beschleunigungssystem fungiert Dünnfilm-Lithiumniobat

Sie ersetzen sich nicht gegenseitig, sondern werden zunehmend in die gleichen optischen Hochleistungsmodule integriert.

Die Arbeitsteilung verstehen: Lichterzeugung vs. Lichtmodulation

Wenn optische Kommunikation ein Staffellauf wäre:

• InP wäre der Startläufer, der für das Auslösen des Signals verantwortlich wäre.
• TFLN wäre der Mittelläufer und für die Maximierung von Geschwindigkeit, Bandbreite und Übertragungseffizienz verantwortlich.
• Die Siliziumphotonik würde als Systemintegrator fungieren und alle Komponenten zu skalierbaren Architekturen verbinden.

Indiumphosphid: Der optische Motor

InP ist das Grundmaterial für die Herstellung von Hochleistungslaserchips wie:

• EML (Elektroabsorptionsmodulierte Laser)
• CW-Laser
• Optische Hochgeschwindigkeitssender

Sein Hauptvorteil ist die Fähigkeit, Licht effizient zu emittieren bei:

• 1310 nm
• 1550 nm

Dies sind die beiden verlustärmsten Übertragungsfenster in der Glasfaserkommunikation.

Ohne InP gibt es keine effiziente Lichtquelle für moderne optische 800G- oder 1,6T-Module.

Dünnschicht-Lithiumniobat: Der optische Beschleuniger

TFLN erzeugt kein Licht. Stattdessen führt es eine Ultrahochgeschwindigkeitsmodulation durch, indem es elektrische Signale in optische Wellen kodiert.

Zu seinen Vorteilen gehören:

• Ultrahohe Bandbreite
• Geringe Einfügedämpfung
• Geringer Stromverbrauch
• Hervorragende elektrooptische Effizienz
• Fernübertragungsfähigkeit

Da KI-Rechenzentren geringere Latenzzeiten und einen höheren Durchsatz erfordern, wird die Modulationsleistung immer wichtiger.

Warum Indiumphosphid zu einem strategischen Material wird

Das explosionsartige Wachstum des KI-Computing erzeugt starken Druck auf die vorgelagerte optische Lieferkette.

Laut mehreren Branchenprognosen von Omdia und Yole:

• Weltweite Nachfrage nachInP-Substrateübersteigt schnell das Angebot
• Die effektive Kapazität bis 2025 bleibt stark eingeschränkt
• Es wird erwartet, dass die Lieferengpässe bis 2027 anhalten

In optischen Hochgeschwindigkeitsmodulen machen optische Chips mehr als die Hälfte der gesamten Stücklistenkosten aus, und InP-Substrate gehören zu den kritischsten Grundmaterialien.

Haupttreiber der InP-Nachfrage

1. Erweiterung des KI-Rechenzentrums

Massive GPU-Cluster erfordern:

• Schnellere optische Verbindungen
• Höhere Kanaldichte
• Kommunikation mit geringerer Latenz

Jede Erhöhung der Übertragungsgeschwindigkeit führt zu einer zusätzlichen Nachfrage nach InP-basierten Lasern.

2. Siliziumphotonik erfordert immer noch externe Laser

Die Siliziumphotonik wächst rasant, insbesondere in:

• 800G-Module
• 1.6T-Architekturen
• Mitverpackte Optik

Allerdings kann Silizium selbst kein Licht effizient emittieren.

Dies bedeutet, dass Silizium-Photonik-Plattformen immer noch auf externe InP-basierte CW-Laser angewiesen sind.

Mit zunehmender Verbreitung der Siliziumphotonik steigt auch die InP-Nachfrage.

3. Konzentrierte globale Lieferkette

Die weltweite InP-Substratproduktion ist nach wie vor stark auf eine kleine Anzahl von Herstellern konzentriert, vor allem in:

• Japan
• Vereinigte Staaten

In der Zwischenzeit erfordern Produktionserweiterungszyklen in der Regel Folgendes:

• 2–3 Jahre
• Hohe Kompetenz in der Kristallzüchtung
• Strenge Ertragskontrolle

Dies macht eine schnelle Kapazitätsskalierung äußerst schwierig.

Warum Dünnschicht-Lithiumniobat auf dem Vormarsch ist

Während InP die Herausforderung der „Lichtquelle“ löst, geht TFLN auf den nächsten Engpass ein:

Geschwindigkeit und Energieeffizienz

Herkömmliche Modulationstechnologien stoßen in folgenden Bereichen an physikalische Grenzen:

• Bandbreite
• Energieeffizienz
• thermische Leistung

TFLN entwickelt sich zu einem der stärksten Kandidaten für Modulationsplattformen der nächsten Generation.

Aktuelle technische Durchbrüche

Jüngste Branchendemonstrationen haben gezeigt:

• Ultragroße optische Bandbreitenabdeckung
• Elektrooptische Bandbreiten über 67 GHz
• Einspurige Übertragung über 240 Gbit/s PAM-4
• Verbesserter Niederspannungsbetrieb

Diese Fortschritte positionieren TFLN als vielversprechenden Technologiepfad für:

• 1,6T optische Module
• 3.2T-Architekturen
• Zukünftige KI-Verbindungsplattformen

Die Rolle von TFLN in zukünftigen optischen Systemen

TFLN ist besonders attraktiv für:

• Übertragung mit großer Reichweite
• Ultraschnelle Modulation
• Energieeffiziente optische Verbindungen
• Mitverpackte Optik
• KI-Netzwerke der nächsten Generation

Obwohl die Kommerzialisierung noch im Gange ist, verbessert sich die technische Reife rasch.

Die Zukunft ist Integration, nicht Ersatz

Eines der größten Missverständnisse in der Branche ist, dass eine einzige Materialplattform die zukünftige optische Kommunikation dominieren wird.

Die Realität ist viel kollaborativer.

Zukünftige optische Systeme bewegen sich zunehmend in Richtung eines hybriden Ökosystems:

Eine optische Architektur aus mehreren Materialien

Indiumphosphid

Verantwortlich für:

• Lasererzeugung
• Optische Emission
• Hochleistungslichtquellen

Siliziumphotonik

Verantwortlich für:

• Groß angelegte Integration
• Verpackungseffizienz
• Skalierbarkeit auf Systemebene

Dünnschicht-Lithiumniobat

Verantwortlich für:

• Hochgeschwindigkeitsmodulation
• Übertragung mit geringer Leistung
• Erweiterte Signalkodierung

Diese Technologien schließen sich gegenseitig nicht aus. In vielen fortschrittlichen optischen Modulen sind sie im selben Gehäuse nebeneinander vorhanden.

Optische 1,6T- und 3,2T-Module werden diese Zusammenarbeit stärken

Der Übergang von:

• 800G → 1,6T
• 1,6T → 3,2T

macht die Spezialisierung noch wichtiger.

Da die Übertragungsraten steigen, erfordern optische Systeme:

• Bessere Laser
• Schnellere Modulatoren
• Erweiterte Integration
• Geringerer Stromverbrauch

Keine einzelne Materialplattform kann alle diese Herausforderungen alleine lösen.

Die Zukunft der optischen KI-Netzwerke wird von koordinierten Innovationen über mehrere Materialien und Gerätearchitekturen hinweg abhängen.

Letzte Gedanken

Indiumphosphid und Dünnschicht-Lithiumniobat konkurrieren nicht um die gleiche Rolle.

Sie lösen verschiedene technische Probleme innerhalb desselben optischen Kommunikationssystems.

• InP erzeugt das Licht
• TFLN steuert das Licht
• Die Siliziumphotonik integriert das System

Zusammen bilden sie die technologische Grundlage der KI-Verbindungsinfrastruktur der nächsten Generation.

Da die Nachfrage nach KI-Computing weiter steigt, verlagert sich die optische Kommunikationsbranche weg vom „Materialersatz“ und hin zur „funktionalen Zusammenarbeit“.

Die nächste Ära der optischen Netzwerke wird nicht von einem einzelnen Gewinner bestimmt, sondern davon, wie effektiv diese Technologien zusammenarbeiten.