华为崛起史，也是一部中国光通信更迭史：
直至2019年5月，华为遭遇美国芯片断供，却间接为一个中国光通信基础材料产业的突围拉开序幕。
铌酸锂产业包括上游铌矿，在“猫”上用于转化光电信号的铌酸锂原材料，以及下游光通信核心元器件铌酸锂调制器等。
可以说，铌酸锂是整个光通信世界的“守门人”。谁掌握了铌酸锂产业，谁就不仅能掌握整个虚拟世界的生杀大权，也掌控现实世界的话语权。
这片市场曾落入日美的手掌，单单美企Lumentum和日企富士通两家，占据了超过9成的中国市场铌酸锂元器件份额。但华为断芯的档口，Lumentum失去了大客户，不得不将一条铌酸锂调制器产线卖给了中国企业，为中国光通信领域的发展争取到了窗口期。
如今，我们徘徊在6G、元宇宙的门口，等候着关于未来畅想的应用落地，但这之前，需要经历一场中国铌酸锂产业的突围战。
要有光，但首先要有铌酸锂。
摩尔定律：芯片的信息处理能力每18个月翻一番。
戈尔定律：互联网神话与现实的距离每18个月翻一番。——文森特·莫斯可《数字化崇拜》
太长不看版：
摩尔定律说好的“翻一番”，为什么会在牙膏厂的车间里失效，其中“学问”很大，原因复杂，后果严重。
首先来说“学问”。芯片信息处理能力，取决于晶体管数量，按照这种思路，首选的解决方式肯定是增加晶体管数量。
的确有企业这么做了：2021年，美国Cerebras就推出一块芯片，晶体管数量达到2.6万亿个；今年，英伟达鼓捣出1400亿个晶体管的新一代显卡。
要知道，当前手机和电脑上能用到的顶级芯片，晶体管数量刚刚超过100亿——相差这么大，难道主流的牙膏厂们都在消极怠工？
这就要说到复杂的原因。让我们先看看两块芯片的参数：Cerebras的芯片比iPad还大，英伟达的新显卡GH100——面积1平方米；功耗上，这两块芯片也是名副其实的电老虎——23kw和1kw。
简单来说，要用这俩货组台电脑，不仅要家里有矿，估计还得自备发电机。如果考虑便携性，最好再投资一副扁担。
芯片制造，是一种在体积、能耗、成本之间妥协的艺术。而被“妥协”掉的，自然就是性能。后果也是严重的：现行技术前提下，在手机和电脑上实现真正意义上的AI，基本不可能。
因此，现在的芯片技术发展得用两条腿走路：
用新材料、新技术填补妥协的坑——但这也只是过渡选择；
而想要实现芯片小体积、大算力，还是得依靠戈尔定律中的互联网神话——光芯片。
铌酸锂恰好能够同时满足两种需求。
纳米级薄膜铌酸锂作为新材料，可以作为硅基芯片的衬底材料，提升性能；
同时，铌酸锂凭借优秀的电光效应，也是当前学界公推的光芯片基础材料。
美国国防部在一份报告中这样评价：“如果电子革命的中心是以使其成为可能的硅材料命名的，那么光子学革命的发源地则很可能就是以铌酸锂命名了。”
对于中国来说，新材料和光芯片，都是弯道超车的关键要素，铌酸锂现在和未来都被将赋予重任。
精简版：
芯片制造受到体积、功耗、成本制约，产业发展受到瓶颈。
解决的两种方式：短期依靠新材料，提升芯片性能；长期展望光芯片，开创光子时代。
铌酸锂满足两种需求：一方面与硅芯片键合，实现新工艺；另一方面是科学界公推的光芯片理想基础材料。
铌酸锂之于光通信，相当于硅之于半导体。
中国对铌酸锂的研究开始于1970年，起步并不算太晚。甚至在1980年，南开大学与西南技术物理合作的研究成果掺镁铌酸锂晶体，被誉为“中国之星”。
只是在中国铌酸锂产业的发展中，遭遇过两次挫折——
第一次，在国外企业技术突破后，错失了原先突出技术的持续研发。
90年代南开大学研制出“光全息存储器”原型机，成功将存储通量提高至10T/cm2，比当时主流的软盘容量高1000倍。遗憾的是，随着新千年到来，机械硬盘存储技术和容量获得突破，这项突出世界的科技成果在实用优先级上不断下调。
紧接着，在通信产业中，中国遭遇瓦森纳协定，关键生产设备被禁运、禁售。
和芯片产业一样，在铌酸锂的光芯片领域中，中国遇到了熟悉的配方——“卡脖子”，甚至受掣肘的元器件也一样——高精度光刻机。
中国的光刻机产品仍在中低端领域，高端突围，仍在路上。木桶效应之下，硅基芯片的短板，也成为中国光芯片落地的阻碍。
铌酸锂作为材料，前景是乐观的。但是铌酸锂元器件市场，现状比较悲观，这也是中国在铌酸锂产业上被“卡脖子”最严重的一环。
乐观的点前面已经说过：材料优势、符合趋势、技术上仍有挖掘的潜力。
悲观在于“三高”：市场集中度高、企业集中度高、技术研发难度高。
先来说市场集中度。很多人会认为，市场集中度高不正是行业成熟的表现吗？对普通的toB行业来说，的确如此，但半导体行业恰恰相反。
以芯片行业为例，早期跑出的英特尔、AMD能文又能武——既搞设计，又搞生产，通过IDM模式（IntegratedDesignandManufacture，垂直整合制造），进而垄断市场。
如今，原本打零工的台积电，反而因为放弃设计，专注生产端，已经在资本支出和芯片制程上反超英特尔，而AMD通过将生产转交给台积电，抢占了更多市场份额。
铌酸锂元器件市场，目前正处于经历芯片行业早期格局。高质量铌酸锂调制解调器（非薄膜）行业已被美国Lumentum公司和日本富士通公司垄断，两家的市场占有率超过90%。
其次是企业集中度。Lumentum和富士通这种IDM模式的垄断企业，业务整合度高，技术壁垒厚，率先抢占了铌酸锂比较成熟的下游应用。其中包括光通信、光纤传感、光纤陀螺、有线电视、视频传输、光芯片。
两个层面的高度整合，为铌酸锂本就颇高的技术门槛，进一步加码。
当前，光纤通信在超高速和超远距离的信息传输上有了新的需求，5G基站密集程度进一步提升——调制解调器也在不断迭代。原先的晶体铌酸锂，在速度、体积和功耗上已面临瓶颈，薄膜铌酸锂将成为主流，也是亟待突破的一项技术。
铌酸锂调制解调器（上），薄膜铌酸锂调制解调器（下）
然而，垄断型的IDM企业更多会从成本角度考虑问题——成熟的产线意味着消极的研发。
比如Lumentum，在薄膜铌酸锂的大趋势下，宁愿选择另挖新坑——用未来潜力远不如铌酸锂的磷化铟作为替代品，填补高速光调制器市场。而薄膜铌酸锂产线说卖就卖（行为值得批判，结果拍手称快，下面会具体分析）。
对于中小企业来说，在资本、技术密集型的铌酸锂元器件行业里，先发企业占据高位，后发追赶十分困难，市场份额的局促影响收益，而收益直接关联到研发。
中国铌酸锂调制解调器市场，正是因为长期被Lumentum和富士通把持，本土企业没有生存空间，才会出现被“卡脖子”的窘境。
铌酸锂作为小众赛道，专业人才本就稀少，而头部IDM公司通过收购、合并的方式，以及资本优势，已经“招安”了大部分的核心技术人员。
先别急着叹息，芯片产业中有台积电超越巨头英特尔的前车之鉴，中国铌酸锂元器件企业也在美国的“友好打压”下，等来突围时机。
每次华为低谷，都给让中国制造业留出突破窗口期。
2001年，华为第一次冬天，将辛苦培养的“大太子”安圣电气卖了出去，结果卖出了中国工控界的“华为系”：10家A股上市公司，市值超过1800亿。
2019年，华为又一次冬天，却让另一家本土企业光库科技抓住机会买下Lumentum高速铌酸锂调制解调器产线。
那年5月，美国将华为列入实体名单，随之而来的是芯片和各种配件的断供。但华为通过提前备货芯片、找替代供应商，成功度过危机，三大业务不减反增。
倒是美国企业被砸到了脚。
比如，前面提到的铌酸锂元器件垄断企业之一，也是全球市场占有率第一的光器件企业Lumentum，其手机光器件业务总销售额的15%来自华为。
断芯令下，华为的供应商里多了两家日企，富士通和住友，借此补上缺口。而Lumentum却失去了第二大客户，只能对着美国总统先生大叫三声“爸爸”（跌！跌！跌！）。
2019年第二季度，Lumentum销售额比预期下调12%；股价在3个交易日内下降22.55%；2019财年，净利润下滑至亏损3640万美元。
对中国光器件市场来说，这次收购的意义重大——在此之前，中国电信级铌酸锂高速调制解调器全部依赖Lumentum和富士通的进口产品，如今总算有了国产替代。
就在光库科技收购Lumentum产线后几个月，华为则入股一家名为德清华莹的电子公司，后者的主要研发产品，就是铌酸锂晶片。
“卡脖子”的处境缓解了，自主研发的进程开始了。
专精特新企业是中国制造突围路上的利器。它们专注于垂直领域，依靠技术研发和工艺积累，完成一次次从0到1的突破，在国产替代过程中写下序章。立方知造局发现，目前共有11家专精特新企业进入铌酸锂产业的细分赛道。
中国铌酸锂产业专精特新及专精特新小巨人企业
今年是铌酸锂调制器发展目标的验收之年。根据2017年末，中国电子元件行业协会发布《中国光电子器件产业技术发展路线图（2018-2022年）》显示，今年国产铌酸锂调制器的市场占有率要实现30%。
“十四五规划”则对“信息光子技术”与薄膜铌酸锂新材料提出要求。立方知造局提取出以下三个关键点：
1.产学研结合，建设开放共享的纳米级薄膜铌酸锂光电子加工工艺平台；
2.建设薄膜铌酸锂光器件工艺产线，研制薄膜铌酸锂电光调制解调器等器件；
3.开发薄膜铌酸锂光电子芯片的耦合封装技术。
光纤图源：pixabay
再来看看接手Lumentum产线的光库科技。经过定增后，光库科技变更了控股股东，实控人成为珠海国资委——国家队空降铌酸锂调制器赛道。
国资进入后，光库科技开启“铌酸锂高速调制器、芯片研发及产业化”项目，分为芯片研发设计和封装测试生产两个部分，向国际主流的IDM模式发展。
回到铌酸锂的源头，铌矿在地壳中的自然储量仅为420万吨，是极稀缺的矿物。而铌矿石主要分布在巴西和加拿大，两国从1950年就一直是全球铌精矿的两大产地。
中国缺铌，铌矿主要分布在内蒙古、新疆、江西，但大多与钽矿伴生，品质不佳。因此，要保障铌矿储备，中国需要通过对外投资解决。
巴西拥有世界最大的两个铌矿藏，总产量占世界的75%，其中位于米纳斯吉拉斯州的矿藏属于巴西矿冶公司，2013年一度控制世界85%的铌生产；另一处则属于英美资源。
2011年，中国的中信、鞍钢、宝钢、首钢和太钢合资建成中国联合体公司，以19.5亿美元完成巴西矿冶公司15%股权的收购。但当时收购的主要目的，是用于合金生产、汽车制造、油气输送管道、大型桥梁、高层建筑及飞机引擎等领域。
时至今日，铌酸锂、薄膜铌酸锂调制解调器，以及种种仰赖这两种材料的细分行业光器件，已经全面覆盖国土安全、医学检测、高能物理、工业探测等领域。可以说，在铌酸锂制备端，对于铌矿的需求不仅迫切，而且用量巨大。
只是，2021年中国商用铌酸锂调制解调器的进口比例仍在90%，国内铌酸锂产业内对于铌矿稀缺的感知还不明显。但随着未来国产替代的全面铺开，头部厂商陆续出现，中国需要着眼光子时代，提前布局，打破上游矿产资源将成为光器件行业发展最大的制约魔咒。
6G将通过天地一体基站形成网络，最终实现“万物互联”。不过相比5G，6G波长更短，需要搭配更多基站，保证信号源无处不在，才能满足日常使用需求。
有日本专家预测，所需基站的数量要达到人口数量的10倍才可能完成一个国家的6G升级。在中国，部署完6G需要装载140亿台基站。
未来你会看到基站加装在随处可见的路灯、标识、公共汽车等基础设施上。6G时代的基站尺寸也将从5G的“冰箱”缩小至“手机”大小。
6G概念图图源：pixabay
光器件的需求量和尺寸自然会因此产生质的改变，薄膜铌酸锂将成为未来6G基站的核心材料。
除了基站应用，铌酸锂还现身在光全息存储器上。6G时代，地球上的每一粒“沙子”有属于自己的编号和信息，服务器硬盘的吞吐量则会直接在指数上增加。根据当前理论：世界上所有的网络信息的总和每两年就会翻一番。
这让具有高带宽、大容量的铌酸锂现身6G云边端网络，成为元宇宙中处理信息的守门人。
对于中国铌酸锂产业中，立方知造局感慨曾“起了大早，赶个晚集”——90年代，有科幻感的“光全息存储器”，已被南开大学研制出来，只因为国外机械硬盘技术取得突破，这项技术便没了下文。这是一个被先发者主导和垄断的时代。
后发者中国依旧走在突围的道路上，被一股政策的引导、专精特新企业深耕的坚定力量推动。为的是改变卡脖子现状，实现国产替代，从而惠及全球产业链。
一个国家制造业的发展路径，取决于两种力量的拉锯：企业逐利，政策逐益。