CPO技术路线自用

一、硅光技术的迭代与场景适配

1. 单通道速率突破与功耗优化

博通第三代 CPO：推出每通道 200G 的 CPO 技术，单芯片支持 102.4Tbps 交换能力，较第二代 100G / 通道方案功耗降低 30%，采用微环调制器（MRM）替代传统马赫 - 曾德尔调制器（MZM），在 1.6T 端口实现 9W 功耗（较可插拔模块降低 70%）。

英伟达硅光引擎：开发 200Gbps 微环调制器，通过 3D 堆叠封装实现 1.6Tb/s 吞吐量，计划 2025 年 Q4 通过 18 颗芯片达成 28.8Tb/s 带宽，目标将单位能耗压缩至 1pJ/bit 以下。

2. 硅光与异构集成融合

Global Foundries Photonix 平台：支持单片集成（射频芯片与光子器件同片）和异质集成（独立电子芯片与光子芯片混合封装），通过晶圆级工艺实现良率优化，适配横向扩展（高速窄带）与纵向扩展（低速宽带）网络架构。

IBM 3D 封装技术：采用硅中介层实现光子芯片与 ASIC 的异构集成，开发多层聚合物波导扇出技术，单连接器支持 128 通道光学互连，带宽密度提升至 51fiber/mm，较传统方案提高 6 倍。

二、2.5D/3D 集成光学的终极演进

1. 硅基中介层的深度整合

英伟达 2.5D 集成光学：将光引擎嵌入硅中介层，与 ASIC 共享同一基板，利用硅中介层 10-100 倍于有机基板的布线密度，通过密集波分复用（DWDM）实现单通道速率降至数十 Gbps，整体带宽提升至 200T/s，单位能耗低于 1pJ/bit。

台积电 CoWoS-S 技术：支持硅光芯片与电子芯片的 2.5D 集成，采用微凸块（Micro-Bump）技术实现光引擎与 ASIC 的高密度互连，已用于英伟达 Quantum-X CPO 交换机的量产。

2. 材料创新与工艺突破

康宁玻璃基板技术：大型玻璃波导电路：在 420mm×255mm 玻璃基板上集成 1024 条单模波导，传输损耗 < 0.1dB/cm，支持面板级光互连，替代传统光纤路由，空间占用减少 70%。3D 玻璃基板封装：开发含腔体与玻璃通孔（TGV）的 3D 基板，实现光 - 电协同封装，腔体深度 75-85μm，TGV 直径 47-65μm，支持 < 5μm 线宽的 RDL（重分布层），适配高密度 CPO 模块。

三、液冷集成与热管理革新

1. 液冷技术的规模化应用

台达电子 CPO 交换机：基于博通 TH5-Bailly 芯片组开发 51.2T CPO 交换机，提供风冷和液冷双配置，液冷方案可将系统级功耗降低 30%，适配超算中心的高热密度场景。

康宁微通道冷却技术：在玻璃基板内集成微通道散热结构，通过流体循环将光引擎温度控制在 50℃以下，较传统被动散热方案散热效率提升 5 倍。

2. 热 - 光协同设计

天孚通信 CPO 光引擎：采用亚微米级透镜阵列（加工精度 ±0.1μm）与液冷集成设计，单 CPO 交换机价值量提升至 30 万元 / 台，散热效率较传统方案提升 40%。

四、标准化与产业链协同

1. 行业标准的加速落地

先进光子学联盟（APC）：推动四大标准化方向：多芯光纤接口：定义 128 通道 / 连接器的接口规范，材料消耗减少 75%，已进入成员投票阶段。CPO 电气 / 光学协议：统一 UCIe 协议下的高速信号引脚定义（如 TX/RX 差分对阻抗控制），规范 V 型槽光纤阵列的机械尺寸（公差 ±5μm）与耦合效率（>85%）。硅光子与电子芯片协同设计规则：制定跨厂商兼容的设计指南，降低技术碎片化。

2. 生态系统的垂直整合

英伟达 CPO 供应链：光引擎：新易盛提供硅光模块，天孚通信供应 FAU/ELS 模块，太辰光供应 Fiber Shuffle 组件。封装测试：台积电负责 3D 封装，甬矽电子提供先进封装支持。

博通 CPO 生态：与康宁合作开发高密度光纤连接器，富士康量产 CPO LGA 插座及可插拔激光源（PLS），Micas Networks 推出系统级功耗节省 30% 的 CPO 交换机。

五、测试与可靠性技术突破

1. 光电子一体化测试平台

Teradyne 与 Quantifi Photonics：开发光电子一体测试平台，支持晶圆级同步测试电信号（如眼图）与光信号（功率、光谱），单次测试时间 < 5 分钟，适配 CPO 器件的大规模量产。

Jabil 自动化封装：引入六轴机器人贴片机，单芯片光纤对准时间从 10 分钟缩短至 30 秒，良率从 50% 提升至 95% 以上，支持热插拔光纤阵列更换（<15 分钟）。

2. 可靠性验证体系

IBM 老化测试：在 85℃/85% RH 环境下进行 1000 小时可靠性验证，目标失效率（FIT）<100 FITs，确保 CPO 器件在数据中心复杂工况下的长期稳定性。

六、技术路线的竞争与融合

1. CPO 与 LPO 的技术分流

CPO 的优势场景：超大规模 AI 集群（如英伟达 3.2 万 GPU 系统）的机架内高速互连，通过硅光引擎与 ASIC 深度耦合实现极致能效。

LPO 的补充角色：中长距离（>100m）传输场景中，LPO（线性直驱光学）凭借无需 DSP 的低成本优势，与 CPO 形成互补，剑桥科技、新易盛等厂商同步布局 LPO 模块。

2. 3D 封装与光电协同设计

Ayar Labs 光学 Chiplet：推出 8Tbps 全双工光学 Chiplet，采用电芯片（EIC）与光子芯片（PIC）单片集成架构，支持波分复用（WDM），目标与 UCIe 协议兼容，适配下一代异构计算架构。

七、国内厂商的技术突破

1. 天孚通信的光引擎创新

CPO 光引擎量产：为英伟达 1.6T 交换机提供光引擎，采用亚微米级透镜阵列（±0.1μm 精度），泰国工厂月产能 50 万只，2025 年 Q1 营收同比增长 67.5%，毛利率达 57%（行业最高）。

液冷集成技术：开发嵌入式微通道冷却结构，将光引擎温度波动控制在 ±2℃以内，适配高密度 AI 集群的散热需求。

2. 中际旭创的硅光布局

1.6T CPO 模块送样：基于自研硅光芯片（良率 95%），模块功耗较传统方案降低 30%，2025 年预计出货 300 万只，北美云厂商订单占比超 50%。

3D 封装协同：与台积电合作开发 CoWoS 兼容的硅光封装方案，实现光电芯片的 3D 堆叠，提升带宽密度至 2.5Tb/mm²。

八、未来技术演进方向

2.5D 集成光学商业化：英伟达计划 2026 年推出基于硅中介层的 2.5D CPO 方案，目标将单位能耗压缩至 0.5pJ/bit，适配 Exascale 级超算。

光子交换（OCS）技术渗透：结合 CPO 与光交换技术，可将单比特总能耗从 83pJ 降至 31pJ，预计 2027 年进入规模化验证阶段。

玻璃基板的全面替代：康宁的玻璃波导电路与 3D 封装技术有望在 2026 年实现量产，替代传统 PCB 基板，降低 CPO 模块成本 20% 以上。

九、风险与挑战

技术碎片化：CPO 标准尚未统一，不同厂商的封装方案（如硅光 vs 薄膜铌酸锂）存在兼容性壁垒，需依赖 APC 等联盟推动标准化。

供应链依赖：高端硅光芯片（如 200G DFB 激光器）仍依赖进口，国内源杰科技、仕佳光子在 100G 以上芯片的良率不足 60%。

测试瓶颈：CPO 封装后难以单独测试光学与电学性能，需开发新型探针台与自动化测试设备，目前量产良率仅 75%-85%。

总结

CPO 技术路线正从单一硅光集成向光电协同设计 + 材料创新 + 液冷集成的多维体系演进。头部企业通过单通道速率突破、2.5D 封装、玻璃基板替代等技术组合，推动 CPO 在 AI 算力网络中的规模化应用。国内厂商需在高端光芯片、测试设备、标准化协同三大领域加速突破，以在全球 CPO 生态中占据更核心地位。