IT新语｜赛迪顾问：CPO光电共封装——光通信领域的颠倒性技术（2025年第12期（总第30期））

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作 者

物联网产业研究中心

概念定义

共封装光学（CPO）是一种旨在通过将通信所需的重要元件（即光学及电子元件）更紧密地结合在一起，解决当今数据密集网络中日益增长的带宽密度、通信时延、铜线传输距离以及电源效率挑战的方案。

发展背景

云计算、物联网、大数据、AI等技术狂飙，数据量爆炸式增长，数据中心对通信带宽和延迟要求极高，算力需求也猛增，光模块需向更高带宽、更低功耗升级。但传统可插拔光模块问题重重，其功耗在数据中心占比超30%，大规模部署能耗成本大；占PCB板边缘空间，接口密度低，难满足万卡级超节点需求；与交换芯片间距大，高速电信号传输损耗大，加重定时器又增功耗与时延。CPO光电共封装技术顺势而生，它将光引擎和交换芯片共封装，用硅光等新材料优化，把两者间距缩至10mm内，大幅降损耗、功耗，提集成密度。2023年，国际光互联网论坛发布首个CPO草案，中国也出台相关技术标准。在政策、算力、物联网、AI发展推动下，CPO正成为光通信架构变革、产业升级的关键。

发展历程

CPO共封装光学的发展历程始于传统铜缆互连因功耗高、带宽受限难以满足高速传输需求，随后可插拔光模块虽通过缩短连接距离改善性能但仍存信号衰减问题；接着板载光学（OBO）与近封装光学（NPO）阶段通过优化布局和缩短互连进一步降低损耗；最终在2.5D/3D封装技术推动下，CPO实现光引擎与芯片的深度集成，通过将光学元件直接封装在硅基板上或采用垂直互连结构，大幅缩短信号传输距离、提升集成密度与能效，成为支撑数据中心、AI算力集群等场景高速光通信的核心技术。

图1 CPO光电共封装演进过程

技术和应用现状

CPO光电共封装是一种创新的光电子集成技术。它将激光器、调制器、光接收器等关键光学器件在芯片级别上进行封装，实现与芯片内电路的直接集成。通过光互连技术的运用，该技术显著提升了通信系统的性能和功率效率。CPO技术将光引擎与电交换芯片共同封装，打造出全新的芯片设计。CPO技术现在主要应用于数据中心和AI算力集群，未来该技术还将向智能驾驶、物联网、边缘计算等新兴领域拓展。

CPO光电共封装的颠覆性影响

CPO正在重塑行业的技术生态和升级发挥核心驱动力作用。CPO光电共封装通过将光引擎与电子芯片集成于同一基板，实现光信号与电信号的直连互连，彻底颠覆传统可插拔光模块的架构。其颠覆性影响主要体现在三方面：一是大幅降低信号传输损耗与功耗，提升能效比，解决数据中心高密度计算场景下的散热与能耗瓶颈；二是突破带宽密度极限，支持400G/800G甚至更高速率传输，满足AI训练、高性能计算等场景对超高速数据交互的迫切需求；三是推动产业链重构，从分立器件向高度集成化封装演进，上游芯片设计、封装工艺及下游设备厂商协同创新。CPO正成为算力基础设施升级的核心驱动力，重塑数据中心、5G/6G网络及边缘计算的技术生态。

应用场景

数据中心场景：CPO技术通过将光引擎与交换芯片直接封装，实现毫米级光电信号传输，有效解决传统可插拔光模块在100G以上速率下的功耗、散热及空间限制问题。在超大规模数据中心中，如AWS、微软、Meta等云厂商已采用硅光集成的CPO方案，支持2公里内高密度光互连，单比特能耗降至1.5皮焦以下，功耗较传统方案减少40%-50%。

人工智能与高性能计算场景：CPO凭借高带宽、低延迟（误码率降低两个数量级）及低功耗特性，成为AI算力爆炸式增长的核心支撑。在AI训练和推理集群中，谷歌、英伟达的超算中心采用CPO技术实现GPU/TPU与光模块的共封装，解决“后摩尔时代”的算力瓶颈；HPC分解式架构则通过OIO（光学输入输出）与CPO结合，实现内存、计算、存储的动态资源分配，提升AI工作负载效率。

5G/6G及边缘网络场景：CPO技术适配5G前传、回传网络及未来6G的高带宽需求。在5G前传网络中，CPO降低基站与核心网间传输延迟，支持毫米波、大规模MIMO等技术的数据高速回传；边缘计算与城域网则通过CPO实现低功耗、高密度光互连，满足物联网、自动驾驶等实时数据传输需求。预计2027年CPO在超大规模数据中心收入占比超80%，并逐步渗透至边缘网络、量子通信等领域，成为下一代光通信核心技术方向。

技术发展面临的挑战

CPO技术面临着严峻的散热管理挑战。由于它将光子引擎、激光器和计算芯片等高功耗元件紧密封装在同一个基板上，这种高密度集成造成了显著的发热问题。多个热源聚集在狭小空间内，热量相互耦合，极易导致局部过热，从而严重影响芯片性能与可靠性。因此，必须设计极为高效且复杂的导热、均热与散热结构，这对传统的热管理方案提出了前所未有的考验。

CPO技术在生产制造上面临着封装良率与维护成本的挑战。在封装过程中，光电元件之间需要达到微米甚至纳米级的对准精度，任何细微的偏差、封装翘曲或工艺损伤都会直接导致产品良品率下降。此外，这种高度集成的特性也带来了维护难题，一旦某个核心元件发生故障，很可能需要更换整个昂贵的共封装模块，这使得其后期维护成本远高于传统的、可插拔的光模块方案。

未来展望

从未来展望看，CPO光电共封装技术将在技术与应用两大层面深刻重塑信息产业格局。在技术层面，技术发展将聚焦于通过2.5D/3D先进封装、硅光技术与新型波导材料，实现更高的集成密度与更低的传输损耗。同时，协同设计理念将成为核心，推动芯片架构、驱动电路与封装工艺的全面优化，以系统性解决当前在热管理、测试良率与维护成本上的挑战。未来，CPO将从一个“封装”方案，演进为一项平台型的“系统级”工程技术。在应用层面，CPO技术将成为支撑下一代高速信息基础设施的关键引擎。凭借超高带宽、超低功耗与延迟的特性，使其成为下一代数据中心、高性能计算集群和人工智能训练的理想互连方案。特别是在AI算力需求爆发式增长的背景下，CPO能够有效突破“功耗墙”和“带宽墙”，确保算力单元之间的高效连接，从而成为智算中心内部光互联网络的骨干技术。

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