華為斷芯三年後，俄烏衝突12天，中國如何突破這款美國卡脖子領域_風聞

華為芯片斷供，拉開這個“卡脖子”領域的突圍序幕。

文 | 劉錚

編輯 | 小材

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華為崛起史，也是一部中國光通信更迭史：

華為第一桶金來自中國光纖網絡建設期間的交換機；

家庭/個人成為網絡用户主力後，華為與電信運營商合作推出家用調制解調器，也就是我們熟悉的“貓”（modem）；

2019年5G商用之初，華為又在基站製造上大放異彩。

直至2019年5月，華為遭遇美國芯片斷供，卻間接為一箇中國光通信基礎材料產業的突圍拉開序幕。

鈮酸鋰產業包括上游鈮礦，在“貓”上用於轉化光電信號的鈮酸鋰原材料，以及下游光通信核心元器件鈮酸鋰調製器等。

今天是俄羅斯對烏克蘭的特別軍事行動第12天，俄羅斯的GPS——格洛納斯衞星系統，充當着“指南針和時鐘”，讓分佈在不同位置的軍隊，能在同一時間實施指令。信號從地面和太空間不斷回傳，需要用到鈮酸鋰電光調節器。

俄羅斯衞星 圖片來源：wikimeidia

可以説，鈮酸鋰是整個光通信世界的“守門人”。誰掌握了鈮酸鋰產業，誰就不僅能掌握整個虛擬世界的生殺大權，也掌控現實世界的話語權。

這片市場曾落入日美的手掌，單單美企Lumentum和日企富士通兩家，佔據了超過9成的中國市場鈮酸鋰元器件份額。但華為斷芯的檔口，Lumentum失去了大客户，不得不將一條鈮酸鋰調製器產線賣給了中國企業，為中國光通信領域的發展爭取到了窗口期。

如今，我們徘徊在6G、元宇宙的門口，等候着關於未來暢想的應用落地，但這之前，需要經歷一場中國鈮酸鋰產業的突圍戰。

要有光，但首先要有鈮酸鋰。

01**.**先來認識鈮酸鋰（材料）。沒了它，你的手機會一直慢三拍？

摩爾定律：芯片的信息處理能力每18個月翻一番。

戈爾定律：互聯網神話與現實的距離每18個月翻一番。——文森特·莫斯可《數字化崇拜》

太長不看版**：**

每當蘋果、英特爾發佈新一代芯片時，鼓吹性能比上一代提升20%-30%的時候，總會出現這樣的評論：“好像在擠牙膏。”

摩爾定律説好的“翻一番”，為什麼會在牙膏廠的車間裏失效，其中“學問”很大，原因複雜，後果嚴重。

首先來説“學問”。芯片信息處理能力，取決於晶體管數量，按照這種思路，首選的解決方式肯定是增加晶體管數量。

的確有企業這麼做了：2021年，美國Cerebras就推出一塊芯片，晶體管數量達到2.6萬億個；今年，英偉達鼓搗出1400億個晶體管的新一代顯卡。

要知道，當前手機和電腦上能用到的頂級芯片，晶體管數量剛剛超過100億——相差這麼大，難道主流的牙膏廠們都在消極怠工？

Cerebras用一整塊12英寸晶圓製作的超大芯片 圖片來源：Cerebras官網

這就要説到複雜的原因。讓我們先看看兩塊芯片的參數：Cerebras的芯片比iPad還大，英偉達的新顯卡GH100——面積1平方米；功耗上，這兩塊芯片也是名副其實的電老虎——23kw和1kw。

簡單來説，要用這倆貨組台電腦，不僅要家裏有礦，估計還得自備發電機。如果考慮便攜性，最好再投資一副扁擔。

**芯片製造，是一種在體積、能耗、成本之間妥協的藝術。而被“妥協”掉的，自然就是性能。**後果也是嚴重的：現行技術前提下，在手機和電腦上實現真正意義上的AI，基本不可能。

因此，現在的芯片技術發展得用兩條腿走路： 

用新材料、新技術填補妥協的坑——但這也只是過渡選擇；

而想要實現芯片小體積、大算力，還是得依靠戈爾定律中的互聯網神話——光芯片。

芯片 圖片來源：Pixabay

鈮酸鋰恰好能夠同時滿足兩種需求。

納米級薄膜鈮酸鋰作為新材料，可以作為硅基芯片的襯底材料，提升性能；

同時，鈮酸鋰憑藉優秀的電光效應，也是當前學界公推的光芯片基礎材料。

美國國防部在一份報告中這樣評價：“如果電子革命的中心是以使其成為可能的硅材料命名的，那麼光子學革命的發源地則很可能就是以鈮酸鋰命名了。”

對於中國來説，新材料和光芯片，都是彎道超車的關鍵要素，鈮酸鋰現在和未來都被將賦予重任。

精簡版：

芯片製造受到體積、功耗、成本制約，產業發展受到瓶頸。

解決的兩種方式：短期依靠新材料，提升芯片性能；長期展望光芯片，開創光子時代。

鈮酸鋰滿足兩種需求：一方面與硅芯片鍵合，實現新工藝；另一方面是科學界公推的光芯片理想基礎材料。

02**. 誰讓中國鈮酸鋰產業陷入卡脖子困局？**

鈮酸鋰之於光通信，相當於硅之於半導體。

**1964年，美、蘇、英等國相繼掌握釐米級鈮酸鋰晶體的合成技術。**幾乎同一時間，激光器和光纖實現量產了，於是用電話線上網時你經常打交道的“貓”誕生了——鈮酸鋰轉換、還原着計算機的電信號和網路的光信號，在滴滴滴的聲響中，網頁緩緩顯示。

中國對鈮酸鋰的研究開始於1970年，起步並不算太晚。甚至在1980年，南開大學與西南技術物理合作的研究成果摻鎂鈮酸鋰晶體，被譽為“中國之星”。

只是在中國鈮酸鋰產業的發展中，遭遇過兩次挫折——

第一次，在國外企業技術突破後，錯失了原先領先技術的持續研發。

90年代南開大學研製出“光全息存儲器”原型機，成功將存儲通量提高至10T/cm²，比當時主流的軟盤容量高1000倍。遺憾的是，隨着新千年到來，機械硬盤存儲技術和容量獲得突破，這項領先世界的科技成果在實用優先級上不斷下調。

緊接着 ，在通信產業中，中國遭遇瓦森納協定，關鍵生產設備被禁運、禁售。

和芯片產業一樣，在鈮酸鋰的光芯片領域中，中國遇到了熟悉的配方——“卡脖子”，甚至受掣肘的元器件也一樣——高精度光刻機。

中國的光刻機產品仍在中低端領域，高端突圍，仍在路上。木桶效應之下，硅基芯片的短板，也成為中國光芯片落地的阻礙。

03. 全球鈮酸鋰元器件產業呈現怎樣的市場格局？

鈮酸鋰作為材料，前景是樂觀的。但是鈮酸鋰元器件市場，現狀比較悲觀，這也是中國在鈮酸鋰產業上被“卡脖子”最嚴重的一環。

樂觀的點前面已經説過：材料優勢、符合趨勢、技術上仍有挖掘的潛力。

悲觀在於“三高”：市場集中度高、企業集中度高、技術研發難度高。

Modem 圖源：wikimedia

先來説市場集中度。很多人會認為，市場集中度高不正是行業成熟的表現嗎？對普通的toB行業來説，的確如此，但半導體行業恰恰相反。

以芯片行業為例，早期跑出的英特爾、AMD能文又能武——既搞設計，又搞生產，通過IDM模式（Integrated Design and Manufacture，垂直整合製造），進而壟斷市場。

如今，原本打零工的台積電，反而因為放棄設計，專注生產端，已經在資本支出和芯片製程上反超英特爾，而AMD通過將生產轉交給台積電，搶佔了更多市場份額。

鈮酸鋰元器件市場，目前正處於經歷芯片行業早期格局。高質量鈮酸鋰調制解調器（非薄膜）行業已被美國Lumentum公司和日本富士通公司壟斷，兩家的市場佔有率超過90%。

Lumentum作為文章後面的主要配角，這裏要重點介紹一下：這家公司一直以來都是世界最大的光器件供應商之一，前兩大客户分別是蘋果和華為。2018年，Lumentum通過收購排名第三的Oclaro，成為全球鈮酸鋰元器件市佔率第一。

**其次是企業集中度。Lumentum和富士通這種IDM模式的壟斷企業，業務整合度高，技術壁壘厚，率先搶佔了鈮酸鋰比較成熟的下游應用。**其中包括光通信、光纖傳感、光纖陀螺、有線電視、視頻傳輸、光芯片。

兩個層面的高度整合，為鈮酸鋰本就頗高的技術門檻，進一步加碼。

當前，光纖通信在超高速和超遠距離的信息傳輸上有了新的需求，5G基站密集程度進一步提升——調制解調器也在不斷迭代。原先的晶體鈮酸鋰，在速度、體積和功耗上已面臨瓶頸，薄膜鈮酸鋰將成為主流，也是亟待突破的一項技術。

鈮酸鋰調制解調器（上），薄膜鈮酸鋰調制解調器（下）  圖源：Dr. Wang Cheng and Dr. Zhang Mian

然而，壟斷型的IDM企業更多會從成本角度考慮問題——成熟的產線意味着消極的研發。

比如Lumentum，在薄膜鈮酸鋰的大趨勢下，寧願選擇另挖新坑——用未來潛力遠不如鈮酸鋰的磷化銦作為替代品，填補高速光調製器市場。而薄膜鈮酸鋰產線説賣就賣（行為值得批判，結果拍手稱快，下面會具體分析）。

對於中小企業來説，在資本、技術密集型的鈮酸鋰元器件行業裏，先發企業佔據高位，後發追趕十分困難，市場份額的侷促影響收益，而收益直接關聯到研發。

中國鈮酸鋰調制解調器市場，正是因為長期被Lumentum和富士通把持，本土企業沒有生存空間，才會出現被“卡脖子”的窘境。

鈮酸鋰作為小眾賽道，專業人才本就稀少，而頭部IDM公司通過收購、合併的方式，以及資本優勢，已經“招安”了大部分的核心技術人員。

先別急着嘆息，芯片產業中有台積電超越巨頭英特爾的前車之鑑，中國鈮酸鋰元器件企業也在美國的“友好打壓”下，等來突圍時機。

04. “華為的冬天”為什麼反而給中國製造帶來了突破？

每次華為低谷，都給讓中國製造業留出突破窗口期。

2001年，華為第一次冬天，將辛苦培養的“大太子”安聖電氣賣了出去，結果賣出了中國工控界的“華為系”：10家A股上市公司，市值超過1800億。

2019年，華為又一次冬天，卻讓另一家本土企業光庫科技抓住機會買下Lumentum高速鈮酸鋰調制解調器產線。

那年5月，美國將華為列入實體名單，隨之而來的是芯片和各種配件的斷供。但華為通過提前備貨芯片、找替代供應商，成功度過危機，三大業務不減反增。

華為2019-2020年財報 製圖：立方知造局

倒是美國企業被砸到了腳。

比如，前面提到的鈮酸鋰元器件壟斷企業之一，也是全球市場佔有率第一的光器件企業Lumentum，其手機光器件業務總銷售額的15%來自華為。

斷芯令下，華為的供應商裏多了兩家日企，富士通和住友，藉此補上缺口。而Lumentum卻失去了第二大客户，只能對着美國總統先生大叫三聲“爸爸”（跌！跌！跌！）。

2019年第二季度，Lumentum銷售額比預期下調12%；股價在3個交易日內下降22.55%；2019財年，淨利潤下滑至虧損3640萬美元。

為了挽回損失，2020年，Lumentum向中國本土企業光庫科技出售其位於意大利的鈮酸鋰高速調制解調器產品線，以及相關庫存和資產。

對中國光器件市場來説，這次收購的意義重大——在此之前，中國電信級鈮酸鋰高速調制解調器全部依賴Lumentum和富士通的進口產品，如今總算有了國產替代。

就在光庫科技收購Lumentum產線後幾個月，華為則入股一家名為德清華瑩的電子公司，後者的主要研發產品，就是鈮酸鋰晶片。

“卡脖子”的處境緩解了，自主研發的進程開始了。

**05.**目前國內鈮酸鋰產業中專精特新企業有哪些？

專精特新企業是中國製造突圍路上的利器。它們專注於垂直領域，依靠技術研發和工藝積累，完成一次次從0到1的突破，在國產替代過程中寫下序章。立方知造局發現，目前共有11家專精特新企業進入鈮酸鋰產業的細分賽道。

中國鈮酸鋰產業專精特新及專精特新小巨人企業

信息來源：企查查  深色企業為專精特新小巨人企業  製圖：立方知造局

**06.**中國對鈮酸鋰產業有什麼政策規劃？

今年是鈮酸鋰調製器發展目標的驗收之年。根據2017年末，中國電子元件行業協會發布《中國光電子器件產業技術發展路線圖（2018-2022年）》顯示，今年國產鈮酸鋰調製器的市場佔有率要實現30%。

“十四五規劃”則對“信息光子技術”與薄膜鈮酸鋰新材料提出要求。立方知造局提取出以下三個關鍵點：

1. 產學研結合，建設開放共享的納米級薄膜鈮酸鋰光電子加工工藝平台；

2. 建設薄膜鈮酸鋰光器件工藝產線，研製薄膜鈮酸鋰電光調制解調器等器件；

3. 開發薄膜鈮酸鋰光電子芯片的耦合封裝技術。

光纖 圖源：pixabay

再來看看接手Lumentum產線的光庫科技。經過定增後，光庫科技變更了控股股東，實控人成為珠海國資委——國家隊空降鈮酸鋰調製器賽道。

國資進入後，光庫科技開啓“鈮酸鋰高速調製器、芯片研發及產業化”項目，分為芯片研發設計和封裝測試生產兩個部分，向國際主流的IDM模式發展。

值得一提的是，光庫科技收購Lumentum產線後，需要對相關客户重新認證。目前光庫科技的鈮酸鋰產能主要釋放在非通信領域。不過，得到認證只是時間問題，國產替代已顯現曙光。

07. 中國缺鈮，該如何突破上游原材料的制約？

回到鈮酸鋰的源頭，鈮礦在地殼中的自然儲量僅為420萬噸，是極稀缺的礦物。而鈮礦石主要分佈在巴西和加拿大，兩國從1950年就一直是全球鈮精礦的兩大產地。

中國缺鈮，鈮礦主要分佈在內蒙古、新疆、江西，但大多與鉭礦伴生，品質不佳。因此，要保障鈮礦儲備，中國需要通過對外投資解決。

巴西擁有世界最大的兩個鈮礦藏，總產量佔世界的75%，其中位於米納斯吉拉斯州的礦藏屬於巴西礦冶公司，2013年一度控制世界85%的鈮生產；另一處則屬於英美資源。

2011年，中國的中信、鞍鋼、寶鋼、首鋼和太鋼合資建成中國聯合體公司，以19.5億美元完成巴西礦冶公司15%股權的收購。但當時收購的主要目的，是用於合金生產、汽車製造、油氣輸送管道、大型橋樑、高層建築及飛機引擎等領域。

時至今日，鈮酸鋰、薄膜鈮酸鋰調制解調器，以及種種仰賴這兩種材料的細分行業光器件，已經全面覆蓋國土安全、醫學檢測、高能物理、工業探測等領域。可以説，在鈮酸鋰製備端，對於鈮礦的需求不僅迫切，而且用量巨大。

只是，2021年中國商用鈮酸鋰調制解調器的進口比例仍在90%，國內鈮酸鋰產業內對於鈮礦稀缺的感知還不明顯。但隨着未來國產替代的全面鋪開，頭部廠商陸續出現，中國需要着眼光子時代，提前佈局，打破上游礦產資源將成為光器件行業發展最大的制約魔咒。

08. 鈮酸鋰材料、及元器件將在未來的6G網絡中將發揮什麼作用？

6G將通過天地一體基站形成網絡，最終實現“萬物互聯”。不過相比5G，6G波長更短，需要搭配更多基站，保證信號源無處不在，才能滿足日常使用需求。

有日本專家預測，所需基站的數量要達到人口數量的10倍才可能完成一個國家的6G升級。在中國，部署完6G需要裝載140億台基站。

未來你會看到基站加裝在隨處可見的路燈、標識、公共汽車等基礎設施上。6G時代的基站尺寸也將從5G的“冰箱”縮小至“手機”大小。

6G概念圖 圖源：pixabay

光器件的需求量和尺寸自然會因此產生質的改變，薄膜鈮酸鋰將成為未來6G基站的核心材料。

除了基站應用，鈮酸鋰還現身在光全息存儲器上。6G時代，地球上的每一粒“沙子”有屬於自己的編號和信息，服務器硬盤的吞吐量則會直接在指數上增加。根據當前理論：世界上所有的網絡信息的總和每兩年就會翻一番。

這讓具有高帶寬、大容量的鈮酸鋰現身6G雲邊端網絡，成為元宇宙中處理信息的守門人。

尾聲

對於中國鈮酸鋰產業中，立方知造局感慨曾“起了大早，趕個晚集”——90年代，有科幻感的“光全息存儲器”，已被南開大學研製出來，只因為國外機械硬盤技術取得突破，這項技術便沒了下文。這是一個被先發者主導和壟斷的時代。

後發者中國依舊走在突圍的道路上，被一股政策的引導、專精特新企業深耕的堅定力量推動。為的是改變卡脖子現狀，實現國產替代，從而惠及全球產業鏈。

一個國家製造業的發展路徑，取決於兩種力量的拉鋸：企業逐利，政策逐益。

中國選擇了後者。

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