博通、英偉達領跑，硅光初創軍團崛起，2025年共封裝光學有望迎來關鍵轉折點

導語：隨著AI算力需求爆發式增長，數據中心能耗與帶寬瓶頸日益凸顯。傳統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的“共封裝光學”（CPO）正加速從實驗室走向商業落地。全球科技巨頭與創新企業如何布局？技術路線有何差異？市場何時迎來爆發？本期內容是基于權威分析機構LightCounting2025年關于CPO的技術分析報告。

一、 能耗壓頂，CPO成為數據中心“救星”？

數據中心能耗中，服務器間互連（尤其是光模塊）的功耗占比正急劇攀升。傳統可插拔光模塊在向800G、1.6T甚至更高速率演進時，信號轉換、驅動、散熱帶來的功耗成本已成為不可承受之重。共封裝光學（CPO）通過將光引擎與ASIC（如交換機芯片、GPU）集成在同一封裝內，大幅縮短電信號傳輸距離，顯著降低信號損耗和功耗，被業界普遍認為是突破下一代數據中心互連瓶頸的關鍵技術。

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

二、 生態全景：誰在主導CPO的未來？

圖1 CPO產業鏈圖譜

CPO的實現絕非一家之力，而是一個復雜且高度協作的全球生態系統：

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

2.系統集成者：網絡設備商（思科、Arista、Juniper）：負責將CPO ASIC集成到交換機、路由器等系統產品中，需平衡性能優勢與客戶對可靠性、可維護性的擔憂。

3.技術基石：光學組件/模塊專家：

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

–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（系統集成）。

4.最終裁判：云服務商/超大規模數據中心（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。強大的議價能力和參與標準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）：提供先進硅光制造和復雜2.5D/3D封裝能力，是量產關鍵。

6.規則制定者：標準機構（OIF - CPO IA, IEEE 802.3 - 以太網標準, 各MSA）：推動接口、激光器、連接器等標準化，降低行業門檻。

三、 巨頭卡位：博通、英偉達的CPO路線圖

?博通(Broadcom)：步步為營，液冷領跑

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發布），102.4T，重大升級包括：全液冷設計、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優化的SerDes目標功耗低至8W/1.6T端口（比現有100G/通道設計提升20%）。

圖4 博通第三代102.4T CPO

?英偉達(NVIDIA)：AI賦能，系統打包

圖5Quantum-X PhotonicsCPO

圖6Quantum-XCPO交換機系統

–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)：預計2026年下半年推出，含128x800G (102.4T) 和 512x800G (409.6T, 8U) 兩款。后者CPO設計相比可插拔節省3.8kW！功耗僅9W（光引擎7W + 激光器2W）。

–核心技術：基于微環調制器（MRM）提升能效（需熱穩定，液冷簡化此問題）。

–突破痛點：將CPO作為完整AI系統的一部分提供，承擔全部責任，解決用戶對可靠性、配置的擔憂。

–強大生態：臺積電（COUPE技術、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（系統集成）。

四、 創新軍團：硅光初創公司的技術破局

?Ranovus：量子點激光 + 模塊化小芯片

圖8RanovusCPO發展歷程

–旗艦產品ODIN：結合量子點多波長激光陣列、硅光子學、高效DSP（<5pJ/位），實現高帶寬密度、能效和成本優化。

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

–動態：與Cerebras獲美政府4500萬美元研發合同，開發下一代光互連。

?Lightmatter：3D堆疊 + 光路交換

關于Lightmatter的內容在之前的文章中有體現，Lightmatter Passage M1000 亮相 2025 年 Hot Chips——CPO有望量產

圖9Lightmatter的CPO性能對比

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

–核心技術：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》期刊發表光子加速器研究成果《Universal photonic artificial intelligence acceleration》。

?Celestial AI：耐高溫EAM + 光子結構

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：鍺硅電吸收調制器（GeSi EAM）替代微環（MRR），卓越高溫穩定性（80°C范圍，無需復雜溫控），1.8Tbps帶寬集成在1mm2硅面積。

–應用：“光子結構”（Photonic Fabric）平臺瞄準解決AI“內存墻”，支持系統分解和內存池化。

–進展：OFC展示4nm CMOS + PIC測試芯片（16x56Gbps NRZ通道），預計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個即可驅動1Pb雙向帶寬。

?Nubis Communications：超高密度IO + 線性驅動

圖12Nubis Communications的1.6T光引擎

Nubis Communications的研究內容在前面的文章中也有體現硅光子技術引爆AI算力革命！16通道互連芯片實現1.6Tbps超低功耗傳輸——破解AI集群的“數據搬運墻”難題

–核心技術：高密度光學接口（HDI/O），革命性2D光纖陣列引出架構，突破傳統一維邊緣限制，達246 Gbps/mm/小芯片（四排可至985 Gbps/mm）。

–優勢：超高密度（1.6T全雙工 in 6.9x8.5mm）、強線性驅動（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。

?Avicena：微LED并行 + 超短距

Avicena選擇了與其他廠商截然不同的路線，傳統的是不斷提高單通道速率，而Avicena是采用μLED技術不斷拓展通道數。Avicena的研究內容在之前的文章中也有體現微LED陣列實現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：GaN微LED（μLED）陣列，“多慢通道”并行架構（NRZ調制），超低功耗（<1 pJ/位）和超高密度（>1 Tbps/mm），耐高溫（235°C）。

–應用場景：專攻超短距（<10米），如處理器-內存互連，解決銅纜距離限制。

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

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）。這種模塊化設計允許在同一ASIC封裝上混合使用CPC和CPO，提高可維護性，降低采用風險。

圖15 Samtec兼容CPC和CPO的連接器

結語：

2025年，CPO技術正迎來從演示、小批量走向規模商用的關鍵節點。博通、英偉達等巨頭的產品路線圖清晰落地，Ranovus、Lightmatter、Celestial AI、Nubis、Ayar Labs等硅光創新企業憑借獨特技術路線（量子點、3D集成、耐高溫EAM、超高密度IO、微LED并行）在細分領域破局。液冷、可插拔ELS、先進封裝（如臺積電COUPE）成為支撐CPO實用化的重要技術。盡管最終用戶在供應商多樣性、可靠性、運維方面仍有顧慮（英偉達通過系統打包策略積極應對），但在AI算力狂飆和“雙碳”目標的雙重壓力下，CPO在超高速（200G/通道+）、高密度場景的能效和帶寬優勢已無可替代。隨著標準逐步完善、生態持續成熟、制造成本下降，CPO有望在未來2-3年內，率先在頂級超大規模數據中心和AI集群中迎來規模化部署浪潮，重塑數據中心互連格局。

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