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CPO 共封装光学

生成 2026-06-02(北京时间) 类型 概念 来源 34 条
先说人话 AI 数据中心里,芯片之间靠光纤传数据,负责“电变光”的小盒子原来插在机箱面板上,离芯片远、特别费电。CPO 干的事就是把这个小盒子搬到芯片身边一起打包——好比把发电站建到工厂隔壁,电线一短,浪费就少了一大截。它不会马上取代老方案,但会重新决定这条产业链上谁赚钱。
核心结论 CPO(Co-Packaged Optics,共封装光学)把负责"电↔光"转换的光引擎,从交换机面板上的可插拔模块,搬到与交换/计算芯片同一个封装内——用极短的电通道,换取大幅的功耗下降与带宽密度提升。它是 AI 数据中心翻越"铜缆的距离墙"与"可插拔光模块的功耗墙"的关键路线。2025–2026 年,NVIDIA、Broadcom 推动它从概念走向出货;但它不是"取代可插拔"的单选题——LPO 等线性可插拔路线会与之长期共存,真正的产业看点是激光器、硅光代工、连接器与封装环节的价值重新分配。

关键发现

一、CPO 是什么:把"翻译官"搬到老板隔壁

数据中心里,交换芯片(ASIC)算的是"电",而长距离传输靠的是"光",中间需要一个"翻译官"做电光转换。今天主流做法是把翻译官(光收发模块)插在交换机面板上——就是那一排可热插拔的 QSFP-DD / OSFP 光模块。CPO 的核心动作,是把这个翻译官从大门口(面板)搬进老板(ASIC)办公室隔壁,和主芯片封装在同一块基板上。

这个"翻译官"在 CPO 里叫光引擎(optical engine),由两部分叠在一起:负责放大与驱动的电芯片(EIC),和用硅光(silicon photonics)工艺做的光芯片(PIC,上面是调制器、光电探测器、波导)。多个光引擎像卫星一样环绕主芯片摆放(NVIDIA 的方案在一个封装里有 36+ 个光连接区)。

有一件东西被故意留在门外:激光器。因为激光器怕热,而旁边的 ASIC 动辄几百瓦高温。于是把"发电机(连续波激光器)"放在机箱面板上凉快的地方,做成可热插拔的外置激光源(ELS / ELSFP),再用光纤把光"喂"进封装里,让封装内的调制器在这束光上"刻"数据。Broadcom 的 Bailly 用 16 个外置激光模块、NVIDIA 的 Quantum-X 用 18 个激光模块喂 144 条通道——激光被多通道共享,既凉快又好维修(参见 APNIC 技术深解)。

二、底层原理:为什么"挪近几厘米"能省这么多电

关键词是电通道距离(electrical reach)。电信号在 PCB 铜线上跑得越远、速率越高,就越"失真"——像传话游戏,传得越远越歪。为了把歪掉的信号纠回来,可插拔模块里塞了一颗功耗很高的 DSP 芯片做均衡/重定时。

CPO 把光引擎贴到芯片边上,这段电路从几十厘米压缩到几毫米。NVIDIA 给出的数字很直观:传统可插拔架构电通道损耗高达约 22 dB,CPO 降到约 4 dB(这是其"信号完整性提升约 63 倍"说法的由来)。路短了、信号干净了,SerDes 就不需要那么重的均衡电路,DSP 可以省掉——这才是省电的真正机理。在 200G/lane 这代,电 SerDes 约 5 pJ/bit,光的目标约 1 pJ/bit(Marvell)。

另一个被反复提到的词是"海岸线带宽"(beachfront bandwidth):芯片边缘像海岸线,能"停多少船"(带宽)取决于岸线长度。面板插槽是另一个更窄的瓶颈;CPO 直接去芯片边缘上船,绕开了面板这道闸。

两家旗舰用了不同的"调制"技术,是理解差异的关键:NVIDIA 用微环调制器(MRM),约 1–2 pJ/bit、天然支持多波长,但要持续做热调谐;Broadcom 用马赫-曾德尔调制器(MZM),约 5–10 pJ/bit、个头大些,但更耐温、更稳。这对应了两种工程哲学:极致能效 vs 工程稳健。

三、为什么是现在

三堵墙同时压过来,把 CPO 从"实验室名词"逼成"工程刚需":

一句话:是 AI 算力的爆炸式扩张,让"省电、省面积、保带宽"从锦上添花变成了生死线。

四、一张表看懂路线之争:CPO / LPO / NPO / 光 I/O

这是全行业最大的争论,也是最容易被混淆的地方。它们其实是一条"用可维护性换能效/密度"的光谱,而非互斥的对错:

路线做了什么收益代价 / 取舍
可插拔 + DSP光模块在面板,带完整 DSP 重定时基准(约 15–30 W/口)成熟、多供应商、可热插拔;功耗最高
LRO 线性接收只去掉接收侧 DSP约省 30% 模块功耗先啃功耗最高的那一侧;耦合更紧
LPO 线性可插拔收发两侧 DSP 全去掉,靠交换芯片 SerDes 兜底较 DSP 可插拔省约 30–50%保住可插拔、可维修、可多源;需软硬协同、容差小
NPO 近封装光引擎放在芯片封装"旁边"但不进封装消掉大部分铜缆损耗过渡形态,收益打折
CPO 共封装光转换进到主芯片封装内、贴着裸片约省 70% / 3.5 倍能效,密度最高焊死、难现场维修、互操作弱、量产不成熟
封装内光 I/O / 光 chiplet光引擎作为 UCIe chiplet 与算力裸片同放密度最高、时延最低最不成熟;主打 GPU 间 scale-up

两个阵营在吵什么。CPO 阵营(NVIDIA、Broadcom、TSMC)认为到 102.4T+、到 AI 规模,功耗与密度让 CPO 不可回避。可插拔/LPO 阵营的代表是 Arista 联合创始人 Andy Bechtolsheim,他在 OFC 2025 直言:在 1.6T(1600G)这一代,LPO 的能效与 CPO 大体相当,却保住了现场可维护、独立升级、多源采购(MSA)与设计灵活性——CPO 强迫一台设备所有口用同一种光,反而是负担。到 2026 年 OFC,他的口风软化为"共存",EE Times 报道"XPO"(可插拔/线性路线的统称)成了热门提法:先用可插拔拿密度,让 CPO 在旁边慢慢成熟(EE Times, 2026;The Next Platform, 2026-04)。第三个阵营是封装内光 I/O(Ayar Labs 等),瞄准的不是交换机面板,而是 GPU 之间的 scale-up 互连。

五、真实案例与关键玩家

NVIDIA — Quantum-X / Spectrum-X Photonics(GTC 2025,2025-03-19 北京时间)

NVIDIA 一口气把 CPO 推到产品级。Quantum-X Photonics(InfiniBand)单机 115.2 Tb/s(144 口 × 800G,基于 200G SerDes、TSMC 4nm ASIC,液冷);Spectrum-X Photonics(以太网)从 100 Tb/s 到顶配 409.6 Tb/s(512 口 × 800G)。1.6T 硅光引擎由 8 个 200G 微环调制器(MRM)构成,叠在 TSMC 硅光平台上。官方宣称对比可插拔:3.5 倍能效、4 倍更少激光器、约 63 倍信号完整性、10 倍网络韧性、1.3 倍更快部署。出货节奏:Quantum-X 约 2025 下半年起 / 2026 年初商用,Spectrum-X 2026 年。生态点名一长串:TSMC、Coherent、Lumentum、Corning、Fabrinet、Foxconn、SENKO、住友电工、矽品,以及可插拔侧的旭创、易飞扬。

Broadcom — 从 Bailly 到 Davisson 的三代演进

Broadcom 是 CPO 交换机最早拿出实物的玩家。第一/二代 Tomahawk 5 "Bailly"(51.2 Tbps,OFC 2023 首展)用 8 个 6.4T 硅光引擎,驱动 800G 流量仅 5.5 W(vs 可插拔约 15 W,约 3 倍能效);台达已量产。2025-05 宣布第三代 200G/lane。2025-10-08 发布、2026-03 量产的旗舰 Tomahawk 6 "Davisson" 是业界首款 102.4 Tbps CPO 以太网交换机,16 个 6.4T 硅光引擎、200 Gb/通道、功耗较传统方案降约 70%。一个关键的可靠性背书:Meta 在 ECOC 2025 公布对 Bailly 的长期验证,约 325 天里 CPO 的 MTBF 约 260 万器件小时,远高于 400G 可插拔的约 55 万(Broadcom, 2025-10)。

支撑底座与其他玩家

产业链最重磅一锤:NVIDIA 40 亿美元锁激光器产能(2026-03-03 北京时间)

NVIDIA 宣布向 Coherent 与 Lumentum 各注资 20 亿美元(合 40 亿),并附多年期采购承诺与优先产能/技术访问权,专门为 CPO 扩大激光器与光器件供应。消息当日两家股价均跳涨逾 10%(CNBC、optics.org)。这是 CPO 故事里最直白的信号:算力巨头认定激光器是 AI 互连的下一个瓶颈,宁可真金白银把上游产能焊死在自己身上。

六、产业链:价值往哪里流

CPO 把一颗集成度很高的可插拔模块,拆成了"光引擎(焊进封装)+ 外置激光 + 可拆卸光纤"。价值随之沿五层重新分布:硅光代工(TSMC、GlobalFoundries、Intel、Tower)、激光/外置光源(Lumentum、Coherent 等)、光纤与连接器(Corning、US Conec、SENKO、Molex)、封装组装测试(Fabrinet、ASE、TSMC)。

看空者(SemiAnalysis)的逻辑:CPO 消灭了 DSP(1.6T 单元上千美元的料),打散了高度分散的可插拔生态,价值向交换/XPU 原厂(NVIDIA、Broadcom、云厂)、代工(TSMC 吃下集成锁定)、激光/器件商集中——传统光模块厂可能被"越过去"。看多者则认为,模块厂会顺势上探去做光引擎本身,而非被淘汰(详见下一节)。

七、中国生态:是威胁还是机会

对中国最强的光模块板块,CPO 既是悬顶之剑、也是上探之梯。两种声音并存,谁也没把话说死:

一个结构性约束要点破:领先的硅光代工与 3D 集成(TSMC COUPE、GF Fotonix、混合键合)由美/台主导;GlobalFoundries 在 2025 年底收购新加坡 AMF,明确打造"无中国(China-free)"光芯片供应链——这对中国的 CPO 雄心是真实的地缘约束。Coherent CEO Jim Anderson 那句被中文投资圈广泛援引的话则代表"共存派":CPO 是"增量、非替代",会与可插拔长期并行。

八、节奏与市场预期(截至 2026-06)

出货现状:Broadcom TH6 Davisson 已于 2026-03 进入量产;NVIDIA Quantum-X 约 2026 年初商用、Spectrum-X 2026 下半年。但"发布 / 出货"不等于"规模渗透"——TrendForce 认为到 2027 渗透率仍处低个位数。

市场规模预测口径差异极大,引用需谨慎:Yole 估 CPO 从 2024 年约 4600 万美元增至 2030 年约 81 亿美元(约 137% CAGR);LightCounting 称"2025 是 CPO 元年",预计 2027 年 CPO 端口约占 800G+1.6T 端口的 30%、2030 年 CPO 引擎市场约 100 亿美元 / 约 1 亿端口;TrendForce 则偏保守。

共识时间线:交换机/scale-out 侧 2026 出货、2027–28 上量;算力芯片(XPU)scale-up 侧——被普遍视为"更大但更晚"的蛋糕——2026 推产品、2027 出货、2028+ 上量;铜在 scale-up 里"能用多久用多久"。三条路线(可插拔 / LPO / CPO)预计共存约十年。

九、与五大关注板块的关联

(机器人、航天与本主题无实质关联,不强行挂链。)

本报告为概念类技术调研,非个股投资建议。CPO 处于快速演进期,文中产品规格、出货时间、融资与市场规模数据均定格于 2026-06-02(北京时间)检索时点;不同机构对 CPO 市场规模与渗透节奏的预测差异很大(见正文),引用时请注意口径与发布时点。少数英文权威媒体页面(The Register、The Next Platform)有反爬限制,相关数据以检索摘要佐证并尽量交叉核对。中际旭创 2025 全年财务数为第三方媒体对其年报的整理,以公司正式披露为准。

风险与争议

来源清单(按可信度优先级排序)

  1. 披露 NVIDIA Announces Spectrum-X / Quantum-X Photonics CPO Switches(GTC 2025 官方稿) 2025-03-19 — 端口/吞吐、3.5x/4x/63x/10x/1.3x 收益、出货时间、生态伙伴。
  2. 披露 NVIDIA Technical Blog — Scaling AI Factories with CPO 约2025 — 30W→9W/口、22dB→4dB、115.2T/144 口等技术口径。
  3. 披露 Broadcom Announces Tomahawk 6 "Davisson"(首款 102.4T CPO 以太网交换机) 2025-10-08 — 16×6.4T 硅光引擎、200Gb/通道、功耗-70%、Meta 验证。
  4. 披露 Broadcom Announces Third-Generation CPO with 200G/lane 2025-05-15 — Bailly 200G/lane 量产、第四代 400G/lane 在研。
  5. 披露 Broadcom — OFC 2026 Portfolio Showcase(TH6 量产) 2026-03 — Tomahawk 6 自 3 月 12 日起进入量产、全栈 CPO 组合。
  6. 披露 Marvell to Acquire Celestial AI 2025-12-02 — 32.5 亿(最高约 55 亿)收购、XPU scale-up 光 I/O;2026-02 交割。
  7. 披露 Marvell Demonstrates 1.6T Silicon Photonics Light Engine 2025-03-31 — 6.4T CPO 引擎的 1/4 规模版、8×200G PAM4。
  8. 披露 Intel Demonstrates First Fully Integrated Optical I/O Chiplet(OCI) 2024-03 — 4 Tbps 双向、PCIe Gen5、8 波长、100m、视野 32 Tbps。
  9. 披露 Ayar Labs Unveils World's First UCIe Optical Chiplet 2025-03-31 — TeraPHY 8 Tbps、SuperNova 16 波长、封装内光 I/O。
  10. 披露 Lightmatter Unveils Passage M1000 Photonic Superchip 2025-03 — 有源光 interposer、114 Tbps、支持 256 根光纤。
  11. 披露 Lightmatter Raises $400M Series D(估值 44 亿) 2024-10-16 — T. Rowe Price 领投、Google 跟投。
  12. 披露 Celestial AI Secures $250M Series C1(估值 25 亿) 2025-03-11 — Photonic Fabric、Fidelity 领投。
  13. 披露 Xscape Photonics 新增 $37M 融资、FalconX 8 波长激光 2026-03-11 — 累计约 9500 万,可编程梳状激光。
  14. 披露 Lumentum — External Laser Source (ELS) Module 2025 — CPO 用集中可维护高功率外置激光源(ELSFP)。
  15. 披露 Coherent — CPO Technologies at OFC 2026(可插拔 socketed CPO) 2026-03 — 6.4T socketed CPO、VCSEL CPO、InP-on-Si 400G。
  16. 披露 OIF — Co-Packaging Framework Document(OIF-Co-Packaging-FD-01.0) 约2025 — 标准组织对 CPO 术语与架构的框架定义。
  17. 披露 中际旭创 — 2025 年半年度报告 2025-08-29 — "CPO 成熟应用或许会带来光模块产业链生态的重大变化";硅光通用。
  18. 披露 中际旭创 — CPO 应用场景及光模块需求(投资者答复) 2025-06-29 — CPO 适用 scale-up/out;云厂 ASIC 投入利好光模块需求。
  19. 媒体 CNBC — NVIDIA 向 Coherent、Lumentum 各投 20 亿美元(合 40 亿) 2026-03-03 — 多年采购承诺、锁定 CPO 激光/光器件产能,两股跳涨逾 10%。
  20. 媒体 optics.org — NVIDIA backs Lumentum and Coherent with $4BN 2026-03 — 行业媒体对 40 亿投资的独立印证。
  21. 媒体 ServeTheHome — Broadcom 51.2T Bailly CPO Switch Shown 2023-03-01 — Bailly 8×64ch 引擎、800G@5.5W、OFC 2023 首展。
  22. 媒体 The Next Platform — Third Time Charm for Broadcom Switch CPO 2025-10-17 — Broadcom CPO 三代史与可维护性顾虑。
  23. 媒体 The Next Platform — Bechtolsheim 为可插拔光学发声 2026-04-17 — LPO/XPO 与 CPO"共存"的演化立场。
  24. 媒体 EE Times — Why XPO Resonated at OFC 2026 2026-04 — XPO 成 AI 互连热门提法、可插拔 vs CPO 最新态势。
  25. 媒体 SPIE optics.org — NVIDIA reveals plan to scale AI factories with CPO 2025-03 — 合作伙伴名单:TSMC、Coherent、Lumentum、Corning、Foxconn、ASE。
  26. 媒体 TrendForce — TSMC COUPE-on-Substrate 瞄准 2H26 量产 2026-05-18 — 50+ 硅光客户、2025 硅光收入约 2.28 亿美元。
  27. 媒体 TrendForce — Silicon Photonics Race; Samsung Eyes 2029 CPO Turnkey 2026-04-01 — 代工路线图;CPO 渗透到 2027 仍低个位数。
  28. 媒体 EET-China — CPO 概念爆火:哪些企业已入局 2025-09-23 — 国产 CPO 玩家梳理(旭创/光迅/华为等)。
  29. 媒体 讯石光通讯网 — 专访光迅科技刘家胜:全栈布局光互连 2025 — 光迅 OFC2025 3nm 1.6T 硅光;CPO/3.2T 多路径。
  30. 研究 APNIC Blog — Co-Packaged Optics: a deep dive 2025-05-07 — 最完整技术深解:架构、ELS、MZM vs MRM、可维护性/FIT/热、Bechtolsheim 立场。
  31. 研究 SemiAnalysis — Co-Packaged Optics: Scaling with Light 约2025 — 价值链重构(消灭 DSP、代工锁定)、爆炸半径、scale-up 杀手级应用。
  32. 研究 Cignal AI — CPO: Inevitable but Not Imminent 2025-02 — 为何延迟、scale-up 先行、规模落地 3–5 年。
  33. 研究 Yole — Co-Packaged Optics for Data Centers 2025 2025 — CPO 市场 $46M(2024)→$8.1B(2030)、约 137% CAGR、中国份额。
  34. 研究 LightCounting — 2025 was the year of CPO 2025-12 — CPO 约 $10B / 约 1 亿端口(2030);2027 端口占比约 30%;Meta 验证 Bailly。
  35. 社区 雪球 — Coherent CEO 表态:CPO 是"增量非替代"、与可插拔并行共存 2025 — Jim Anderson 言论的中文投资圈转述(非一手转录)。