博通、英偉達(dá)領(lǐng)跑，硅光初創(chuàng)軍團(tuán)崛起，2025年共封裝光學(xué)有望迎來關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點

導(dǎo)語：隨著AI算力需求爆發(fā)式增長，數(shù)據(jù)中心能耗與帶寬瓶頸日益凸顯。傳統(tǒng)的可插拔光模塊正逼近物理極限，被視為下一代互連核心技術(shù)的“共封裝光學(xué)”（CPO）正加速從實驗室走向商業(yè)落地。全球科技巨頭與創(chuàng)新企業(yè)如何布局？技術(shù)路線有何差異？市場何時迎來爆發(fā)？本期內(nèi)容是基于權(quán)威分析機(jī)構(gòu)LightCounting2025年關(guān)于CPO的技術(shù)分析報告。

一、 能耗壓頂，CPO成為數(shù)據(jù)中心“救星”？

數(shù)據(jù)中心能耗中，服務(wù)器間互連（尤其是光模塊）的功耗占比正急劇攀升。傳統(tǒng)可插拔光模塊在向800G、1.6T甚至更高速率演進(jìn)時，信號轉(zhuǎn)換、驅(qū)動、散熱帶來的功耗成本已成為不可承受之重。共封裝光學(xué)（CPO）通過將光引擎與ASIC（如交換機(jī)芯片、GPU）集成在同一封裝內(nèi)，大幅縮短電信號傳輸距離，顯著降低信號損耗和功耗，被業(yè)界普遍認(rèn)為是突破下一代數(shù)據(jù)中心互連瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)。

權(quán)威分析機(jī)構(gòu)LightCounting報告指出，CPO的能效優(yōu)勢在200G/通道及以上速率時將變得極其顯著。博通展示的數(shù)據(jù)顯示，其51.2T CPO交換機(jī)（Bailly）相比DSP光模塊節(jié)省1.1kW功耗，比LPO也省電0.5kW。英偉達(dá)則宣稱其CPO方案相比1.6T可插拔模塊可節(jié)省高達(dá)70%的功耗！到2029年，“先進(jìn)CPO”的能耗目標(biāo)更是低至5pJ/bit，接近當(dāng)前銅纜直連（DAC）水平。

二、 生態(tài)全景：誰在主導(dǎo)CPO的未來？

圖1 CPO產(chǎn)業(yè)鏈圖譜

CPO的實現(xiàn)絕非一家之力，而是一個復(fù)雜且高度協(xié)作的全球生態(tài)系統(tǒng)：

1.核心驅(qū)動力：ASIC巨頭（博通、英偉達(dá)、英特爾、AMD、Marvell）：他們是CPO的“心臟”，設(shè)計高性能交換機(jī)、GPU/XPU芯片，并主導(dǎo)SerDes IP開發(fā)和集成策略（收購、合作光子公司）。他們的決策直接影響CPO技術(shù)路線和采用節(jié)奏。

2.系統(tǒng)集成者：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商（思科、Arista、Juniper）：負(fù)責(zé)將CPO ASIC集成到交換機(jī)、路由器等系統(tǒng)產(chǎn)品中，需平衡性能優(yōu)勢與客戶對可靠性、可維護(hù)性的擔(dān)憂。

3.技術(shù)基石：光學(xué)組件/模塊專家：

–硅光/PIC：英特爾、Ayar Labs、Ranovus、Lightmatter、Celestial AI、Nubis等（創(chuàng)新主力）。

–激光器（含ELS）：Lumentum、Coherent、住友電工、古河電氣等（光源保障）。

–連接器/布線：Molex、TE Connectivity、SENKO、US Conec（物理連接）。

–光引擎/封裝：Eoptolink、Innolight (TeraHop)、Accelink、AOI、SPIL、ASE等（系統(tǒng)集成）。

4.最終裁判：云服務(wù)商/超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心（Meta、谷歌、微軟、AWS、阿里、騰訊等）：他們的實際需求和采購決策決定CPO市場成敗。強(qiáng)大的議價能力和參與標(biāo)準(zhǔn)制定是其影響力來源。

5.制造引擎：代工/OSAT（臺積電、GlobalFoundries、日月光、Amkor等）：提供先進(jìn)硅光制造和復(fù)雜2.5D/3D封裝能力，是量產(chǎn)關(guān)鍵。

6.規(guī)則制定者：標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)（OIF - CPO IA, IEEE 802.3 - 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn), 各MSA）：推動接口、激光器、連接器等標(biāo)準(zhǔn)化，降低行業(yè)門檻。

三、 巨頭卡位：博通、英偉達(dá)的CPO路線圖

?博通(Broadcom)：步步為營，液冷領(lǐng)跑

圖2 博通CPO時間線梳理

–Bailly (Tomahawk 5 CPO)：在OFC2023上展示的基于Tomahawk5的51.2TCPO，集成6.4T光引擎，使用外部激光器（ELS），相比可插拔省電50%，客戶包括字節(jié)跳動、新華三等。

圖3 博通51.2T CPO

–Davisson (Tomahawk 6 CPO)：計劃2026年推出（緊隨TH6發(fā)布），102.4T，重大升級包括：全液冷設(shè)計、200G/光纖DR4接口（512 Tx/Rx光纖）、16個高功率可插拔ELS、密集MMC連接器。專為CPO優(yōu)化的SerDes目標(biāo)功耗低至8W/1.6T端口（比現(xiàn)有100G/通道設(shè)計提升20%）。

圖4 博通第三代102.4T CPO

?英偉達(dá)(NVIDIA)：AI賦能，系統(tǒng)打包

圖5Quantum-X PhotonicsCPO

圖6Quantum-XCPO交換機(jī)系統(tǒng)

–Quantum-X Photonics (InfiniBand CPO)：2025年下半年推出，115T吞吐量（4個ASIC），144 MPO光纜，18個ELS籠位。

圖7Spectrum-X PhotonicsCPO

–Spectrum-X Photonics (Ethernet CPO)：預(yù)計2026年下半年推出，含128x800G (102.4T) 和 512x800G (409.6T, 8U) 兩款。后者CPO設(shè)計相比可插拔節(jié)省3.8kW！功耗僅9W（光引擎7W + 激光器2W）。

–核心技術(shù)：基于微環(huán)調(diào)制器（MRM）提升能效（需熱穩(wěn)定，液冷簡化此問題）。

–突破痛點：將CPO作為完整AI系統(tǒng)的一部分提供，承擔(dān)全部責(zé)任，解決用戶對可靠性、配置的擔(dān)憂。

–強(qiáng)大生態(tài)：臺積電（COUPE技術(shù)、3D堆疊）、SPIL（芯片級封裝測試）、Lumentum/住友/Coherent（激光器）、Browave/康寧/Senko/TFC（光纖連接）、Fabrinet/富士康（系統(tǒng)集成）。

四、 創(chuàng)新軍團(tuán)：硅光初創(chuàng)公司的技術(shù)破局

?Ranovus：量子點激光 + 模塊化小芯片

圖8RanovusCPO發(fā)展歷程

–旗艦產(chǎn)品ODIN：結(jié)合量子點多波長激光陣列、硅光子學(xué)、高效DSP（<5pJ/位），實現(xiàn)高帶寬密度、能效和成本優(yōu)化。

–差異化：量子點激光直接集成（熱穩(wěn)定/波長控制優(yōu)）、模塊化小芯片架構(gòu)（800G->3.2T靈活擴(kuò)展）、垂直整合降成本。

–動態(tài)：與Cerebras獲美政府4500萬美元研發(fā)合同，開發(fā)下一代光互連。

?Lightmatter：3D堆疊 + 光路交換

關(guān)于Lightmatter的內(nèi)容在之前的文章中有體現(xiàn)，Lightmatter Passage M1000 亮相 2025 年 Hot Chips——CPO有望量產(chǎn)

圖9Lightmatter的CPO性能對比

–產(chǎn)品：L200/L200X 3D CPO光引擎（2026年），與Alphawave合作（EIC）。L200總IO 32Tb/s，L200X達(dá)64Tb/s。采用Passage光學(xué)中介層。

–核心技術(shù)：EIC芯片SerDes分布式布局（非僅邊緣），突破“邊緣I/O限制”。Passage平臺支持多芯片集成和2D光路交換（芯片故障時系統(tǒng)仍工作）。

–演示：M1000平臺展示114Tbps帶寬、1024 SerDes、256光纖、光路交換。

–科研：《自然》期刊發(fā)表光子加速器研究成果《Universal photonic artificial intelligence acceleration》。

?Celestial AI：耐高溫EAM + 光子結(jié)構(gòu)

圖10 Celestial AI展示的單通道56Gbps全E-O-E硅光芯片（4nm CMOS工藝）以及帶FAU的硅光引擎

–核心技術(shù)：鍺硅電吸收調(diào)制器（GeSi EAM）替代微環(huán)（MRR），卓越高溫穩(wěn)定性（80°C范圍，無需復(fù)雜溫控），1.8Tbps帶寬集成在1mm2硅面積。

–應(yīng)用：“光子結(jié)構(gòu)”（Photonic Fabric）平臺瞄準(zhǔn)解決AI“內(nèi)存墻”，支持系統(tǒng)分解和內(nèi)存池化。

–進(jìn)展：OFC展示4nm CMOS + PIC測試芯片（16x56Gbps NRZ通道），預(yù)計2025Q2起獲得收入（NRE）。

?Ayar Labs：UCIe接口 + 超高集成

圖11 Ayar Labs的TeraPHY光引擎

–OFC展示：TeraPHY光引擎支持UCIe接口，8Tbp/s帶寬，采用雙排UCIe模塊和16光纖（每纖16波長x32Gbps）。

–光源：SuperNova光源（Jabil制造），64個即可驅(qū)動1Pb雙向帶寬。

?Nubis Communications：超高密度IO + 線性驅(qū)動

圖12Nubis Communications的1.6T光引擎

Nubis Communications的研究內(nèi)容在前面的文章中也有體現(xiàn)硅光子技術(shù)引爆AI算力革命！16通道互連芯片實現(xiàn)1.6Tbps超低功耗傳輸——破解AI集群的“數(shù)據(jù)搬運墻”難題

–核心技術(shù)：高密度光學(xué)接口（HDI/O），革命性2D光纖陣列引出架構(gòu)，突破傳統(tǒng)一維邊緣限制，達(dá)246 Gbps/mm/小芯片（四排可至985 Gbps/mm）。

–優(yōu)勢：超高密度（1.6T全雙工 in 6.9x8.5mm）、強(qiáng)線性驅(qū)動（容忍58dB損耗，省去重定時器）、超低功耗（3.9 pJ/位）、低誤碼率。

–靈活性：可支持CPO、NPO、LPO多種形態(tài)。

?Avicena：微LED并行 + 超短距

Avicena選擇了與其他廠商截然不同的路線，傳統(tǒng)的是不斷提高單通道速率，而Avicena是采用μLED技術(shù)不斷拓展通道數(shù)。Avicena的研究內(nèi)容在之前的文章中也有體現(xiàn)微LED陣列實現(xiàn)10Gb/s超低功耗光互連，芯片通信迎來顛覆性突破

圖13Avicena基于μLED的1Tb/s光引擎

圖14 基于μLED的CPO

–核心技術(shù)：GaN微LED（μLED）陣列，“多慢通道”并行架構(gòu)（NRZ調(diào)制），超低功耗（<1 pJ/位）和超高密度（>1 Tbps/mm），耐高溫（235°C）。

–應(yīng)用場景：專攻超短距（<10米），如處理器-內(nèi)存互連，解決銅纜距離限制。

–挑戰(zhàn)：傳輸距離受限（多模色散）、需大量并行通道和ASIC端“變速”邏輯、非標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。

五、 連接與封裝：模塊化與兼容性探索

?Samtec：展示新型Si-FLY HD插座概念，可兼容銅纜飛線（如連接OSFP-XD）或Nubis的CPO光引擎（6.4T）。這種模塊化設(shè)計允許在同一ASIC封裝上混合使用CPC和CPO，提高可維護(hù)性，降低采用風(fēng)險。

圖15 Samtec兼容CPC和CPO的連接器

結(jié)語：

2025年，CPO技術(shù)正迎來從演示、小批量走向規(guī)模商用的關(guān)鍵節(jié)點。博通、英偉達(dá)等巨頭的產(chǎn)品路線圖清晰落地，Ranovus、Lightmatter、Celestial AI、Nubis、Ayar Labs等硅光創(chuàng)新企業(yè)憑借獨特技術(shù)路線（量子點、3D集成、耐高溫EAM、超高密度IO、微LED并行）在細(xì)分領(lǐng)域破局。液冷、可插拔ELS、先進(jìn)封裝（如臺積電COUPE）成為支撐CPO實用化的重要技術(shù)。盡管最終用戶在供應(yīng)商多樣性、可靠性、運維方面仍有顧慮（英偉達(dá)通過系統(tǒng)打包策略積極應(yīng)對），但在AI算力狂飆和“雙碳”目標(biāo)的雙重壓力下，CPO在超高速（200G/通道+）、高密度場景的能效和帶寬優(yōu)勢已無可替代。隨著標(biāo)準(zhǔn)逐步完善、生態(tài)持續(xù)成熟、制造成本下降，CPO有望在未來2-3年內(nèi)，率先在頂級超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和AI集群中迎來規(guī)?；渴鹄顺?，重塑數(shù)據(jù)中心互連格局。

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