CPO和硅光，是下一代关键

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）综合

预计200G/通道链路将在2026年成为主流。

Yole Group 发布了其最新的光子市场和技术分析《硅光子学 2025》和《数据中心共封装光学技术 2025》，探讨了人工智能驱动的需求如何重塑连接性，从收发器到封装创新。

根据Yole集团最新报告《硅光子2025——聚焦SOI、SiN、LNOI和InP平台》 ，硅光子行业正进入快速增长和多元化发展时期。随着人工智能持续推动带宽需求呈指数级增长，该行业正在向更高的数据速率转型，预计200G/通道链路将在2026/27年成为主流，并为800G和1600G收发器铺平道路。这些解决方案可提供超大规模数据中心和人工智能集群所需的速度和能效。

该产业生态系统汇聚了TeraHop（原旭创科技）、思科、博通和 Marvell 等垂直整合的领导者，以及 Ayar Labs、Lightmatter、Celestial AI 和 Nubis Communications 等创新型初创公司。

台积电、GlobalFoundries、英特尔和 STM 等代工厂和晶圆厂在技术扩展方面发挥着关键作用，而应用材料和 ficonTEC 等设备供应商则支持高性能制造。它们共同推动着一个充满活力的行业发展，为数据通信、激光雷达和新兴量子技术提供解决方案。

全球竞争日益激烈。中国正在扩大国内产能，TeraHop、海信等公司已出货数百万个模块，为人工智能互连提供支持。在政府项目和学术合作的推动下，中国企业正在缩小与西方供应商的差距，并将自己定位为全球挑战者。

除了硅光子市场报告外，《2025年数据中心共封装光子技术》报告还探讨了封装创新如何改变下一代连接。CPO技术将光收发器直接与交换机ASIC或处理器集成，从而实现低功耗、高带宽链路。虽然线性驱动可插拔模块仍具有竞争力，但CPO预计将提供无与伦比的定制化和可扩展性，其大规模应用预计将在2028-2030年实现。

什么是CPO？

在大规模AI 集群中，数千个 GPU 必须像一个系统一样运行，这给这些处理器的互连方式带来了挑战：每个机架不再拥有自己的一级（架顶式）交换机，并通过短铜缆连接，而是将交换机移至机架末端，以便在多个机架之间创建一致、低延迟的结构。这种迁移极大地延长了服务器与其第一个交换机之间的距离，这使得铜缆在 800 Gb/s 这样的速度下变得不切实际，因此几乎每个服务器到交换机以及交换机到交换机的链路都需要光纤连接。

在这种环境下使用可插拔光模块存在明显的局限性：此类设计中的数据信号离开ASIC，穿过电路板和连接器，然后才转换为光信号。这种方法会产生严重的电损耗，在200 Gb/s通道上损耗高达约22分贝，这需要使用复杂处理进行补偿，并将每个端口的功耗增加到30W（这又需要额外的冷却并造成潜在的故障点）。据Nvidia称，随着AI部署规模的扩大，这种损耗几乎变得难以承受。

CPO 通过将光转换引擎与交换机 ASIC 并排嵌入，避免了传统可插拔光模块的缺点，信号无需通过长距离电气线路传输，而是几乎立即耦合到光纤中。因此，电气损耗降低至 4 分贝，每端口功耗降至 9W。这种布局省去了众多可能出现故障的组件，并大大简化了光互连的实施。

Nvidia 声称，通过放弃传统的可插拔收发器，并将光学引擎直接集成到交换机芯片中（得益于台积电的 COUPE 平台），其在效率、可靠性和可扩展性方面实现了显著提升。Nvidia 表示，与可插拔模块相比，CPO 的改进非常显著：功率效率提高了 3.5 倍，信号完整性提高了 64 倍，由于有源设备减少，弹性提高了 10 倍，并且由于服务和组装更简单，部署速度提高了约 30%。

台积电硅光子领跑

业界指出，3D IC、小芯片（Chiplet）、共封装光学（CPO）等，是突破AI芯片效能限制的关键。

企业透露，台积电COUPE硅光子引擎技术含金量极高，约有2.2亿个晶体管及1,000个整合光学元件，采三层架构堆叠。其中，EIC采用6nm先进制程，PIC采用65nm制程，同时支援水平与垂直耦光技术；台积电正朝向CPO迈进，通过3D IC技术创新，将原先安装在基板上的ASIC，朝向与中介层（Interposer）共封装的方向发展。这项技术突破将为台积电在AI芯片制造领域建立更深的护城河。

芯片企业强调，英伟达自主研发的CPO交换器SpectrumX已成产业标竿，将ASIC以CoWoS先进封装与光引擎芯片（OE）进行整合，展现共封装光学技术的商业化潜力。这项技术突破也印证先进封装在硅光子实现过程中的关键地位。

近期ASIC大厂世芯携手锗硅光子企业光程研创（Artilux），专注开发超低功耗光子互连平台，加速下一代运算基础建设的部署，显示台湾企业在这波技术变革中的积极布局。

联发科为SEMI硅光子产业联盟成员，正在寻求硅光引擎技术上的突破。业界观察，联发科在AI芯片设计的深厚实力，结合硅光子技术的高速传输优势，有望在边缘AI运算市场开创新局面。

产业人士分析，CPO重塑半导体价值链，将主导权从传统的“光模组为中心”转移至“ASIC为中心”。在这波变革中，ASIC/GPU设计巨头与先进封装厂的角色日益关键，台积电、日月光、联发科等台湾企业均展现强劲竞争优势。

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