AI訓練集群和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的快速擴張，正讓全球算力基礎設施面臨前所未有的互連壓力。過去數(shù)年間，數(shù)據(jù)中心的整體帶寬提升了80倍；交換芯片功耗增加8倍；光模塊部署量增長26倍；SerDes接口數(shù)量更是擴張了25倍。與此同時，互連速率也從25G/100G 迅速演進至400G/800G，并預計將在2027年突破至3.2T。

在這一趨勢下，傳統(tǒng)的可插拔光模塊因功耗高、帶寬受限，已難以支撐未來大規(guī)模算力集群的互連需求。作為解決之道，光電共封（CPO）正快速崛起，并成為產(chǎn)業(yè)關注的焦點。

什么是CPO？

CPO的全稱是Co-Packaged Optics，中文名為光電合封或共封裝光學。它是一種新型的光電子集成技術，通過 2.5D/3D 先進封裝技術，將交換芯片與光學引擎共同集成在同一個基板上。這種技術的主要目標和優(yōu)勢在于：能夠使光信號和電信號在芯片內部直接轉換，大幅減小封裝尺寸，提高數(shù)據(jù)轉換效率。為實現(xiàn)高帶寬、低延遲的光電互連提供了新的解決方案。

CPO的興起并非偶然，而是數(shù)據(jù)中心和高性能計算系統(tǒng)在帶寬與能耗上遇到瓶頸后的必然選擇。

傳統(tǒng)數(shù)字MAC（乘加運算）的延遲會隨著矩陣規(guī)模的增大而增加。當矩陣規(guī)模達到250×250時，延遲會高達數(shù)百納秒。而基于模擬光計算MAC，延遲僅受光程長度限制，即使在250×250的大矩陣規(guī)模下，延遲也僅為2納秒。

除了延遲，在帶寬、功耗和面積等性能指標上，光計算比電計算有數(shù)量級的提升。例如，在同樣面積下，光的延遲比電小1000倍，帶寬是電的10倍，功耗則低100倍。這使其非常適用于高吞吐量、低延遲的應用，例如人工智能（AI）和高性能計算。

CPO的五大技術發(fā)展路線

CPO通過在同一高速主板上，將交換ASIC芯片與硅光引擎（光學器件）協(xié)同封裝，大幅縮短電-光互連路徑。在形態(tài)上，CPO技術正逐步替代傳統(tǒng)方案。

光電互聯(lián)技術將經(jīng)歷從可插拔→板卡級→片間→芯片級→片上的技術路線，每一步都在縮短電-光互連距離、提升帶寬密度、降低能耗。

1.機箱級（Pluggable Optics，可插拔光模塊）

當前數(shù)據(jù)中心和通信設備廣泛采用的可插拔光模塊（Pluggable Optics），以獨立模塊形式插入機箱，具備成熟度高、標準化接口（QSFP-DD、OSFP）、靈活部署、易于維護和更換。等優(yōu)勢。但其電氣互連路徑較長，能耗和帶寬受限。

2.板卡級（On-Board Optics, OBO）

早在2015年，行業(yè)開始研發(fā)On-Board Optics (OBO，板卡級)，主要是為了超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、高性能計算（HPC）的應用需求。相比可插拔模塊，這樣的方式能降低板間互連損耗，提高信號完整性。但標準化不足，維護難度高，產(chǎn)業(yè)化進展緩慢等是其不足之處。

3.片間級（2.5D Near-Packaged Optics, NPO）

2020年，Near-Packaged Optics (NPO，片間光學）開始被研發(fā)，主要是針對超大規(guī)模 AI 訓練集群、交換機/路由器背板互連等典型應用。由于這樣的方式能夠使光引擎靠近交換芯片，顯著降低電-光互連長度和功耗。但仍存在片上電氣互連瓶頸，封裝與散熱復雜度提升的局限。

4.芯片級（2.5D Co-Packaged Optics, CPO）

Co-Packaged Optics (CPO，2.5D芯片級光電合封）于2022年開始逐漸被提上日程，例如臺積電的CoWoS，其單通道速率提升至106G/lane、總帶寬可達51.2T、延遲降至納秒級、能效顯著提升（更低的pJ/bit）。典型應用包括云數(shù)據(jù)中心核心交換機（如51.2T以太網(wǎng)交換機）、AI/HPC訓練集群（需要TB/s級別的互連帶寬）、低延遲金融交易系統(tǒng)等。但是這一技術的門檻高，光學引擎與ASIC耦合緊密，維修與迭代難度大。

5.片上級（3D Co-Packaged Optics）

預計到2030年，行業(yè)將開始攻克3D CPO，光學引擎與交換芯片通過3D堆疊（混合鍵合、TSMC COUPE、ASE VIPack等先進工藝）實現(xiàn)片上級集成?？値捦黄?00T（102.4T），單通道速率212G/lane，支撐未來AI大模型百億/萬億參數(shù)的超高速互連。不過可想而知，其制造工藝、光學對準、散熱與成本挑戰(zhàn)巨大，生態(tài)與標準化尚需數(shù)十年培育。

國外主流CPO技術供應商格局

在CPO技術的產(chǎn)業(yè)化過程中，國際領先企業(yè)已紛紛布局，并形成了不同的技術路徑與產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作模式。從整體上看，可以分為全產(chǎn)業(yè)鏈模式（IDM）與產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同模式（Fabless + 制造+封裝）兩種類型。

1. 英特爾（Intel）——IDM全產(chǎn)業(yè)鏈模式

英特爾憑借IDM（Integrated Device Manufacturer，一體化制造）優(yōu)勢，覆蓋從設計、制造到封裝的完整鏈路。其主要聚焦在 OCI（光學計算互連）芯粒技術，并通過與CPU/GPU等計算芯片的共封裝，構建高帶寬、低功耗的計算-通信一體化架構。

在 OFC 2024 上，英特爾展示了其 Co-Packaged Optics Demo。支持 400Gbps、800Gbps、1.6Tbps光引擎，并結合DWDM激光器與EIC功能芯粒；在單模光纖上傳輸測試中，展示了 8個波長 × 200GHz間隔的光譜輸出，驗證了高密度光互連能力；系統(tǒng)測試表明，光學收發(fā)模塊能夠在CPU/OCI封裝平臺上實現(xiàn)穩(wěn)定的誤碼率與高速光信號傳輸。

其光電集成的方案是采用光子集成電路（PIC）與電集成電路（EIC）協(xié)同封裝，包含光源、調制、復用、解復用、探測等完整功能模塊。通過 TSV（硅通孔）和Chiplet互連技術，與CPU或XPU核心芯片直接互聯(lián)，縮短電-光路徑。

硅光制造依托 Intel/Tower，并由Intel自身完成CPO的集成與封裝。該模式的優(yōu)勢在于縱向一體化，能夠快速打通研發(fā)與量產(chǎn)，但靈活性相對有限。

2. 博通（Broadcom）——準全產(chǎn)業(yè)鏈模式

博通同樣以IDM模式為主，但在制造環(huán)節(jié)部分依賴合作伙伴。其在2025年4月推出的 51.2T TH5-Bailly CPO交換機已進入商用階段。通過2.5D封裝技術，將Bailly光引擎與Tomahawk 5交換芯片集成在同一基板，SerDes鏈路縮短至毫米級。核心技術是使用單個硅光引擎支持 64×100Gbps = 6.4Tbps帶寬，8個光引擎組成總帶寬 51.2Tbps。光學互連運行功耗下降 70%，在交換機層面實現(xiàn) 30% 功耗下降。面積效率也實現(xiàn)提升，相比可插拔模塊，硅光面積利用率提高8倍。

博通的硅光制造一部分是自己來做，還有一部分依托格芯，CPO集成與封裝則與銳捷協(xié)作。博通的優(yōu)勢在于其在網(wǎng)絡交換芯片領域的絕對市場地位，使其能夠率先實現(xiàn)大規(guī)模商用落地。

3. 英偉達（NVIDIA）——Fabless模式

英偉達采取Fabless模式，專注于設計與系統(tǒng)定義，制造環(huán)節(jié)依賴臺積電/格芯，而CPO的集成與封裝由英偉達自身掌控。2025年3月，英偉達發(fā)布了 Quantum-X 與 Spectrum-X 硅光交換機，其光引擎功耗降低30%，旨在解決AI訓練集群中的高速互連瓶頸。

4. 美滿科技（Marvell）——Fabless模式

Marvell同樣采取Fabless模式，依托臺積電/格芯進行硅光制造，并與思科/Marvell 合作完成CPO封裝。2025年1月，Marvell推出定制化XPU架構，將計算芯片、HBM內存芯片及其他加速單元，有望與Marvell 3D SiPh（硅光子）引擎集成在同一基板，實現(xiàn)算力與互連的協(xié)同優(yōu)化。

在3D硅光引擎方面，實現(xiàn)32條200Gb/s電氣與光學I/O的互連能力，與100G相比整體帶寬提升2倍，同時每比特功耗下降30%。如果說銅互連機架可支持數(shù)十個XPU，那么CPO模塊規(guī)模可擴展至數(shù)百。

可以預見，在未來的CPO產(chǎn)業(yè)格局中，IDM和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同模式會形成“雙軌并行”的競爭與合作態(tài)勢。

國內CPO產(chǎn)業(yè)雛形已現(xiàn)

在全球CPO產(chǎn)業(yè)逐步成熟的背景下，國內企業(yè)也在積極布局，CPO相關產(chǎn)品的進展主要取決于解決方案成熟度與產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同度。目前國內在上下游產(chǎn)業(yè)鏈的布局初具雛形，涵蓋硅光工藝與先進封裝、硅光引擎、EIC（電集成電路）、激光器等關鍵環(huán)節(jié)。

上游環(huán)節(jié)，在工藝制造和封裝領域，作為全球領先的代工與先進封裝服務商，臺積電在CPO領域主要依托硅光（SiPh）與先進封裝平臺，提出了iOIS-CI技術，結合COUPE 2.0（光引擎集成）與 CI平臺（光引擎與ASIC集成），為CPO規(guī)?；瘧锰峁╆P鍵支撐。

長電科技在EIC（電集成電路）領域已有多芯片扇出封裝的經(jīng)驗與能力，為CPO電路側提供支撐；聯(lián)合微電子聚焦光電領域，布局了180-90nm硅光前道、130nm CMOS硅光工藝、180nm BCD以及2.5D/3D異質異構集成等多個工藝平臺，是國內配置較完善的8英寸光電融合特色工藝平臺。

在中游環(huán)節(jié)，CPO的主制造商頗多：仕佳光子和天孚通信布局激光器；中際旭創(chuàng)將CPO相關技術應用于400G/800G乃至1.6T光模塊產(chǎn)品；光迅科技在光芯片和子系統(tǒng)層面開展CPO方案探索；華工正源等企業(yè)也在相關產(chǎn)品上進行儲備與研發(fā)。

下游應用包括數(shù)據(jù)中心、云計算、高性能計算和5G通信等也在蓬勃發(fā)展，成為推動國內CPO產(chǎn)業(yè)加速的最大動力。

總體來看，中國CPO產(chǎn)業(yè)鏈正處于加速成長階段，未來若能在標準制定、規(guī)模量產(chǎn)與生態(tài)協(xié)同上取得突破，有望在全球CPO競爭格局中占據(jù)一席之地。

結語

CPO之所以成為產(chǎn)業(yè)“香餑餑”，在于它從根本上回應了 AI時代帶寬、延遲、功耗的三大核心矛盾。隨著數(shù)據(jù)中心和HPC邁向TB/s乃至PB/s級互連需求，CPO已經(jīng)成為不可或缺的下一代技術路線。

正值技術迭代與產(chǎn)業(yè)變革的關鍵時期，作為半導體行業(yè)的重要盛會，第二屆灣區(qū)半導體產(chǎn)業(yè)生態(tài)博覽會（灣芯展2025）將于10月15日至17日在深圳會展中心（福田）舉行。此次展會將匯聚行業(yè)領軍企業(yè)，展示前沿技術創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，為CPO等革新技術提供一個高效的展示與交流平臺，從而有力地推動光電共封技術的產(chǎn)業(yè)化進程。

半導體行業(yè)觀察&灣芯展

邊緣AI賦能硬件未來創(chuàng)新論壇

2025.10.15

深圳會展中心（福田）

9:00-9:50

觀眾簽到入場

9:50-10:00

開幕致辭

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10:00-10:20

面向個人智能體的端側大模型芯片

深港微電子學院

副院長 余浩教授

10:20-10:40

釋放端側AI潛力，NPU助力開啟硬件創(chuàng)新“芯”時代

安謀科技 Arm China

產(chǎn)品總監(jiān) 鮑敏祺

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副總裁 羅憶

11:00-11:20

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中國聯(lián)通

總監(jiān) 楊程

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海外云計算與AI應用的made in china情懷

浪潮云

高級戰(zhàn)略總監(jiān) 張晟彬

11:40-12:00

創(chuàng)新 RISC-V 架構——鑄建新一代智算未來

阿里巴巴達摩院（杭州）科技有限公司

商務拓展負責任人 李玨

12:00-13:30

午休&抽獎

13:30-13:50

中國電信國際公司大灣區(qū)市場洞察

中國電信

信息科技客戶部總經(jīng)理 張黎明

13:50-14:10

AI新時代下的“通推一體”處理器

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首席科學家 蘇中

14:10-14:30

大模型部署的規(guī)?；瘜嵺`

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創(chuàng)始人 金琛

14:30-14:50

光計算系統(tǒng)重構智算基建新范式

光本位智能科技(上海)有限公司

產(chǎn)品與市場副總裁 姚金鑫

14:50-15:10

聯(lián)想凌拓半導體行業(yè)高效存儲解決方案

聯(lián)想凌拓科技有限公司

半導體部總經(jīng)理 余曉丹

15:10-15:30

預見未來：大模型+工程智能賦能半導體未來工廠“制造革命”

深圳智現(xiàn)未來工業(yè)軟件有限公司

副總裁 朱軍

15:30-15:50

AI芯片測試技術發(fā)展與挑戰(zhàn)

工業(yè)和信息化部電子第五研究所

副主任 王之哲

15:50-16:20

圓桌&抽獎

**最終議程以現(xiàn)場為主

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