AI浪潮下，芯片光模块CPO技术如何“乘风破浪”？
导读：Copackaged Optics（CPO）技术凭借其卓越的性能优势，在多个领域展现出了巨大的应用潜力，成为推动行业发展的关键力量，为数据中心、AI 集群、高性能计算等领域带来了前所未有的变革和发展机遇 。据 Yole 预测，2030 年 CPO 市场规模将达 81 亿美元，年复合增长率 137% ；摩根士丹利预估 2023 - 2030 年期间，CPO 市场规模将从 800 万美元激增至 93 亿美元，年复合成长率高达 172% 。
随着技术的不断成熟和成本的进一步降低，CPO 技术有望在更多领域得到应用，如在 5G/6G 通信网络中，CPO 技术可用于基站内部和基站之间的高速数据传输，提高通信网络的容量和效率；在量子计算领域，CPO 技术能够满足量子计算机对高速、低延迟数据传输的需求，推动量子计算技术的发展；在车载光学与自动驾驶领域，CPO 技术可实现车辆内部和车辆与外界之间的高速数据传输，为自动驾驶提供更稳定、可靠的数据支持；在消费电子与智能终端领域，CPO 技术的应用有望提升设备的性能和用户体验，如实现高速数据传输、低功耗运行等 。
总之，CPO 技术作为光通信领域的新兴技术，在数据传输效率和性能提升方面展现出显著优势，已吸引了全球众多科技企业的关注和投入。随着技术的不断成熟和商用进程的加速，CPO 有望在未来光模块市场中占据重要地位，推动整个光通信产业向更高性能、更高速率的方向发展，为高性能计算、人工智能等领域的快速发展提供坚实的技术支撑，开启光通信技术的新篇章。
一、CPO技术—打破传输瓶颈的 “新钥匙”
传统的光通信模块封装技术，在面对日益增长的数据传输需求时，逐渐显露出集成度低、功耗高、传输速率受限等诸多弊端。其采用可插拔光模块安装在 PCB 边缘，ASIC 位于封装基底上，PIC/EIC 与 ASIC 芯片之间距离较远，走线长，寄生效应显著，不仅存在信号完整性问题，还导致模块体积大、互连密度低、多通道功耗大 。就好比在一条狭窄且拥堵的道路上，车辆（数据）难以快速、顺畅地通行，传输效率大打折扣。
而CPO，即共封装光学（Co - Packaged Optics）技术应运而生，它通过将光引擎（包含激光器、调制器、探测器等实现光电信号转换的关键组件）与交换芯片直接装配在同一个插槽或封装体内，实现了光模块与芯片的集成封装。这一创新之举，就像是将原本分散的各个环节紧密地连接在了一起，大大缩短了电信号在交换芯片和光模块之间的传输距离，通常能将这一距离控制在 5 - 7cm ，极大地减少了信号在不同组件之间传输的中间环节。
CPO的核心设计原则
这种技术革新带来的优势是多方面且极为显著的。例如在数据传输速率上，CPO 技术实现了质的飞跃，能够支持 800G 甚至 1.6T 的高速数据传输，满足了 AI 时代对海量数据高速传输的严苛需求。以 AI 数据中心为例，大量的训练数据需要在短时间内完成传输和处理，CPO 技术能够确保数据快速、稳定地抵达目的地，为 AI 模型的训练提供了坚实的保障，大幅提升了训练效率。在功耗方面，CPO 技术展现出了出色的节能特性。相关研究数据表明，在同等数据传输速率下，采用 CPO 技术的光通信系统功耗相比传统方案可降低 30% - 50% 。这对于大规模数据中心而言，意味着每年可节省大量的电力成本，同时也符合当下全球倡导的绿色节能理念，有助于实现数据中心的可持续发展。从信号传输的稳定性来看，CPO 技术有效减少了信号损耗和延迟，保障了数据传输的准确性和连续性，降低了误码率，为数据的可靠传输提供了有力支持。
二、巨头纷纷入局，CPO 赛道 “硝烟弥漫”
CPO 技术这片充满潜力的新兴领域，已然成为了全球科技巨头们激烈角逐的 “战场”，吸引着众多行业巨头纷纷投身其中，一场没有硝烟的技术竞赛正悄然拉开帷幕。各大企业凭借自身的技术优势和资源实力，在 CPO 技术的研发、生产与应用等多个关键环节展开了全方位的布局，力求在这场竞争中抢占先机，赢得未来市场的主动权 。
1、国际大厂引领CPO技术应用
在2025年的GTC 大会上，英伟达震撼推出了全新的 NVIDIA Photonics 硅光子技术 ，并基于此成功推出了 Spectrum-X 与 Quantum-X 硅光子网络交换机。这两款交换机通过将电子电路与光通信技术进行深度融合，实现了技术上的重大突破。据英伟达测算，采用 CPO 技术取代传统的可插拔光学收发器后，光纤能够直接连接到交换机，这一变革可大幅减少数据中心的功耗，降低幅度高达 40MW ，同时显著提高 AI 计算集群的网络传输效率，为未来超大规模 AI 数据中心的构建奠定了坚实基础。其中，Spectrum-X 以太网平台专为多租户超大规模 AI 工厂精心设计，其带宽密度达到了传统以太网的 1.6 倍，能够有力支持全球最大规模超级计算机的运行；Quantum-X 光子 InfiniBand 平台则基于 200Gb/s SerDes 技术，提供了 144 个 800Gb/s 端口，并采用了先进的液冷设计，可高效冷却硅光模块，使 AI 计算架构速度较前代提升 2 倍，可扩展性增强 5 倍 。英伟达的这一系列动作，不仅彰显了其在 CPO 技术领域的深厚技术积累和强大研发实力，更为整个行业的发展树立了新的标杆，引领着 CPO 技术在数据中心和 AI 计算领域的广泛应用和深入发展。
2025 年，博通成功交付了业界首款 51.2TCPO 以太网交换机 Bailly，这一里程碑式的成果标志着超高速交换技术正式迈向商用化阶段，具有划时代的意义。博通还在硅光子学与 CPO 技术的融合方面取得了重大突破，其在 AI 计算 ASIC 中创新性地集成了光学互连技术。通过将计算 ASIC 与光学模块和高带宽内存（HBM）巧妙地封装在一起，博通成功实现了更高的计算密度和更低的功耗，有效解决了传统电气 I/O 传输在通过 PCB 传输时面临的损耗高、距离短和带宽受限等一系列关键挑战 。在 2024 年的 Hot Chips 大会上，博通展示的带有光学附件的 AI 计算 ASIC 引发了业界的广泛关注。此外，博通不断对其 CPO 产品线进行迭代升级，其第三代 CPO 技术带宽提升至每通道 200Gbps ，并在功耗控制和热管理方面表现出色，为大规模数据中心的高效运行提供了有力保障。同时，博通还透露了其未来的宏伟规划，第四代 CPO 将继续在现有平台的基础上实现带宽翻倍，达到 400G/lane ，这一目标的设定无疑将进一步推动光学互联技术的飞速发展，满足日益增长的网络需求，持续引领行业的技术发展潮流。
Marvell（美满科技）也宣布推出采用共封装光学器件（CPO）技术的定制 XPU 架构，这一创新性的架构将 CPO 技术与定制芯片深度融合，为 AI 服务器性能的提升带来了质的飞跃 。通过使用高速 SerDes、D2D 接口和先进封装技术，Marvell 将 XPU 计算模块、HBM 和其它小芯片与其 3D 硅光子学引擎完美地结合在同一基板上，成功消除了电信号离开 XPU 封装进入铜电缆或穿过印刷电路板的需要。借助集成光学器件，XPU 之间的连接实现了更快的数据传输速率和更长的传输距离，传输距离是原来设计的 100 倍 。这一架构使得 AI 服务器的规模能够从目前使用铜互连机架内的数十个 XPU 扩展到使用 CPO 的多个机架上的数百个 XPU，为单个 AI 服务器提供了更长的 XPU 到 XPU 连接，同时具备最佳的延迟和能效，极大地增强了 AI 服务器的性能。目前，许多客户正在积极评估该技术，并计划将其集成到下一代解决方案中，这充分显示了 Marvell 的 CPO 技术在市场上的巨大吸引力和应用潜力。
台积电，作为全球半导体制造领域的龙头企业，凭借其在先进封装技术方面的深厚积累和强大实力，为 CPO 技术的发展注入了新的活力。台积电与博通紧密合作，在 3nm 工艺上成功调试了 CPO 关键技术 —— 微环调制器 (MRM) ，并预计于 2025 年初交付样品，2025 年下半年实现 1.6Tbps 光电器件的量产。这一合作成果不仅展示了台积电在先进制程工艺上的领先地位，更为 CPO 技术与高性能计算（HPC）或 ASIC 等 AI 芯片的深度整合奠定了坚实基础。台积电还通过 COUPE 平台，将 CPO 与先进封装技术巧妙结合，进一步降低了系统复杂度，提高了产品的性能和可靠性。据业界消息，台积电近期已完成 CPO 与半导体先进封装技术的整合，其与博通共同开发的 CPO 关键技术微环形光调节器（MRM）已在 3nm 制程试产成功，这意味着后续 CPO 将有更大的机会与高性能计算（HPC）或 ASIC 等 AI 芯片实现有机整合。预计台积电将在 2025 年 4、5 月，分别在北美与中国台湾举行的年度技术论坛中，进一步披露其最新技术与全球扩产进度，这无疑将为整个 CPO 产业的发展带来新的机遇和动力。
2、中国企业积极布局，机遇与挑战并存
在全球 CPO 技术发展的浪潮中，中国企业凭借着敏锐的市场洞察力和强大的技术创新能力，积极投身于 CPO 技术的研发与应用领域，展现出了强劲的发展势头，成为推动全球 CPO 技术进步和产业发展的重要力量。
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中际旭创作为中国光通信领域的领军企业，在 CPO 产业化的道路上不断探索前行，取得了一系列令人瞩目的成果。早在 2017 年，中际旭创便高瞻远瞩地组建了硅光芯片开发团队，经过多年的技术沉淀和研发投入，团队成果丰硕。目前，公司已成功推出搭载自研硅光芯片的 400G、800G 硅光模块，1.6T 硅光模块不仅完成送测认证，还实现了小批量出货 。这些成果的背后，是中际旭创在硅光芯片设计研发和技术储备方面的深厚积累，为其后续研发 CPO 相关产品奠定了坚实的技术基础。在封装工艺方面，中际旭创在硅光引擎封装已形成成熟工艺，相比传统 EML 方案，在成本端具有较大优势，这使得公司在 CPO 产业链环节有望抢占先机。产能扩充上，中际旭创展现出了强大的实力，其 800G 光模块年底月产能可达 50 万只，400G 光模块月产能大概在 40 - 45 万只，并且正在从月产 45 万只向 70 万只扩充，泰国工厂规划海外高端产品月产能为 10 万只，且可按需快速增加，强大的产能为 CPO 产品的生产和交付提供了有力保障。在市场合作方面，中际旭创与英伟达等国际巨头建立了紧密的合作关系，产品能够适配英伟达采用 4 纳米制程的 GPU，未来若英伟达推出 3 纳米制程的 GPU，其产品大概率也能满足适配需求，这为公司 CPO 产品的市场推广奠定了良好基础 。
新易盛同样在 CPO 领域积极布局，展现出了对市场趋势的精准把握和对技术创新的不懈追求。公司一直致力于全球化发展及布局，拓展国内外市场，努力提升市场份额，助力公司持续、稳健发展。目前，新易盛在 CPO 技术领域已有布局，并对未来在 CPO 相关产品的竞争中充满信心。根据公司的分析，当前市场主流仍为 1.6T 可插拔光模块，而 800G 光模块产品在 CPO 中的应用尚不明确。展望未来，预计 2025 年的市场需求将相对确定，尤其关注 AI 技术发展的影响，将直接影响 2026 年的需求预估 。新易盛的 800G 产品预计在 2024 年下半年开始逐渐增产，并预计届时将成为公司销售收入的重要组成部分。在面对市场挑战时，新易盛采取了积极的战略，以促进其持续和稳健的发展。在当前市场背景下，CPO 技术的迅速发展将对光模块行业产生深远影响，新易盛正面临着与大公司如字节跳动等的竞争，字节等公司加大对 AI 领域的投入，无疑会提高市场对高性能光模块的需求，这为新易盛带来了一定的积极影响，因为在 AI 计算及数据传输领域，对光模块的需求持续上涨 。新易盛表示，除了关注北美市场外，公司也将注重国内市场的发展，以确保在不同市场环境中的灵活应对。
华工科技在 CPO 技术领域的突破和创新，更是为中国企业在该领域的发展树立了新的标杆。2025 年美国 OFC 光纤通信展上，华工正源发布了全球首款适配下一代 AI 训练集群的 3.2Tb/s 液冷共封装（CPO）超算光引擎，以及 1.6T DSP/LPO、800G ZR/ZR 等多款行业首发新品 。此次发布的 CPO 超算光引擎采用硅光集成与 Chiplet 架构，单片集成 32 通道，能效低至 5pJ/bit，较传统可插拔模块功耗降低近 70% 。通过液冷散热方案，实测集群电源使用效率（PUE）从 1.25W 降至 1.12W，单机架算力密度提升了 40%，有效解决了 AI 训练集群中光模块功耗占比过高的问题 。这一技术突破直接回应了 OIF 的测算数据 ——2025 年单节点 AI 训练带宽需求将达 81.92Tb/s，传统方案需堆叠 128 个 800G 模块，而 CPO 通过光电高度集成大幅优化了系统成本和能耗 。然而，CPO 技术的商业化仍面临多重挑战，技术层面，CPO 需实现光电芯片的精密耦合与热管理一致性，这对封装工艺提出极高要求；市场需求方面，目前主流客户仍以可插拔光模块为主；产业链协同则涉及光引擎、光柔性板、外置激光器等配套组件的协同升级，生态壁垒尚未完全打破 。为应对这些挑战，华工正源确立了 “技术攻坚 + 场景落地” 的双轨策略，技术端，依托自研硅光技术和先进封装工艺，将 CPO 通道密度提升至传统模块的 4 - 8 倍，为向 6.4T 演进预留架构空间，成为首个实现 “超高速率 + 超低功耗 + 长距离传输” 的商用级方案；市场端，通过加快加入 OIF 标准制定、与英伟达等客户建立联合实验室，加速技术场景化 。
尽管中国企业在 CPO 领域取得了一定的进展，但也面临着诸多挑战。从技术层面来看，CPO 技术的复杂度较高，需要实现光电芯片的精密耦合与热管理一致性，对封装工艺提出了极高的要求。目前，国内企业在硅光晶圆良率、耦合精度等方面与国际先进水平仍存在一定差距，导致单模块生产成本较高，这在一定程度上制约了 CPO 技术的大规模商业化应用 。在市场需求方面，虽然 AI 技术的发展为 CPO 技术带来了广阔的市场前景，但目前主流客户仍以可插拔光模块为主，市场对 CPO 技术的接受度和认可度还需要进一步提高 。产业链协同方面，CPO 技术的发展需要光引擎、光柔性板、外置激光器等配套组件的协同升级，然而目前国内产业链各环节之间的协同合作还不够紧密，生态壁垒尚未完全打破，这也给 CPO 技术的产业化进程带来了一定的阻碍 。
三、工程师如何自学CPO前沿技术
对于广大工程师而言，CPO 技术这片充满机遇与挑战的领域充满了吸引力，自学 CPO 技术成为不少人提升自身竞争力、顺应技术发展潮流的重要选择 。那么，工程师该如何系统地自学 CPO 技术呢？
深入学习基础知识是踏上 CPO 技术学习之旅的第一步 。工程师需要全面掌握光学原理、光电子学基础以及通信原理等相关知识 。光学原理方面，要理解光的传播特性、折射、反射等基本概念，这对于理解光信号在 CPO 系统中的传输机制至关重要 。例如，光在光纤中的传输模式、损耗等知识，是分析 CPO 系统性能的基础 。在光电子学领域，需深入了解光电器件的工作原理，如激光器、调制器、探测器等，这些器件是 CPO 系统实现光电转换的核心组件 。通信原理的学习也不可或缺，熟悉数字通信、信号编码、复用技术等内容，能帮助工程师更好地理解 CPO 技术在数据通信中的应用 。
在理论学习的同时，紧跟前沿技术动态也十分关键 。CPO 技术发展日新月异，不断关注行业最新动态和研究成果，能让工程师始终站在技术前沿 。订阅相关行业期刊和杂志，如《光学学报》《光子学报》等，这些专业刊物会及时报道 CPO 技术的最新研究进展、实验成果以及应用案例 。参加行业研讨会和技术论坛也是获取前沿信息的重要途径 。像每年举办的 OFC（光纤通信会议），汇聚了全球光通信领域的专家学者和企业代表，在会议上不仅能了解到 CPO 技术的最新研究成果和发展趋势，还能与同行进行深入交流和探讨，拓宽技术视野 。关注知名企业和科研机构的官方网站及社交媒体账号，如英伟达、博通、IBM 等，这些机构会定期发布在 CPO 技术方面的研究进展、产品发布等信息 。
实践是检验真理的唯一标准，通过实践项目积累经验是自学 CPO 技术的重要环节 。可以尝试搭建简单的 CPO 实验平台，进行光模块与芯片的集成实验，深入了解 CPO 的封装工艺和调试方法 。在实验过程中，不断优化设计，解决遇到的各种问题，从而加深对 CPO 技术的理解和掌握 。参与开源项目也是不错的选择，许多开源社区都有与 CPO 技术相关的项目，如在 GitHub 上搜索 “CPO - related projects”，可以找到一些开源的 CPO 设计代码、测试脚本等资源 。通过参与这些项目，不仅能学习到其他开发者的优秀经验，还能与全球的技术爱好者共同交流合作，提升自己的实践能力 。
此外，还可以利用仿真软件进行 CPO 系统的设计和验证，如 OptiSystem、VPIphotonics 等软件，在虚拟环境中对 CPO 系统的性能进行评估和优化，降低实验成本，提高学习效率 。此外，独家原创首发仿真秀官网的《共封装光学信号系统光电混合仿真10讲》通过ADS与MATLAB各自构建端到端光电系统仿真，主要介绍CPO的结构以及部件的建模方法，最后学习如何做整个信号系统的光电混合仿真。通过本课程，学员将掌握共封装光学光电系统仿真方法，能够独立完成从建模到结果分析的全流程仿真任务，破解正火热的共封装技术难题。
可回放，开具发票，奖学金、直播加餐
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第1讲 CPO introduction
第2讲 CPO Integration (Packaging)
第3讲 SerDes Architecture and Principle
第4讲 COM (Channel Operating Margin)
第5讲 Optical Trans mitter and Receiver Modeling
第6讲 System Simulation Method
第7讲 LPO Spec (Linear Pluggable Optics Spec)
第8讲 SerDes Channel Link Simulation by MATLAB Coding
第9讲 SystemVue Generates AMI-IBIS model
第10讲 Summary and System Simulation in ADS
参考文章：NTT共封装光学（CPO）深度解析：技术背景、挑战与未来路径
来源：仿真秀App
