台积电：“一定要记住COUPE”

文｜半导体产业纵横

2021年，台积电在Hot Chips上发布了最新的3D封装技术路线图，里面涉及了一个硅光封装COUPE。

这一年行业最热的话题是3nm、2nm，硅光封装只是小小一点。但台积电看到的是另一个问题：当AI训练集群的GPU从几十块跳到万卡级别，数据在芯片之间跑来跑去的代价，开始变得让人难以忽视。

五年后，故事翻转了。台积电宣布硅光整合平台COUPE于2026年进入量产。英伟达、博通的订单已经砸下去了，三星在追赶。今年，台积电副共同营运长张晓强在技术论坛上说了句话：一定要记住COUPE。

01一个被忽视的瓶颈

过去几十年，数据中心内部GPU和交换机的通信靠的是可插拔光模块，可以理解为一个可以拔插的盒子，把电信号变成光信号发出去，对方再把光信号变回电信号。这套架构的好处是：简单、好用、出问题换掉就好。

但是AI的疯狂，再次刷新了需求。当单次训练任务的GPU数量从几十跳到数万，当传输速率从400G涨到800G、1.6T，信号在电→光→电之间来回折腾的代价开始失控。传统DSP可插拔方案处理1.6T信号，功耗在30瓦量级。在先进制程竞赛中，这个功耗数字听起来不算什么，但放在数万GPU同时跑的大模型训练里，光是光模块的能耗就能吃掉的整台服务器的电力配额。更关键的是，FEC纠错需要额外的处理时间，在大模型分布式训练的场景下，这些零碎加起来，足以让相当一部分GPU在等数据。

铜能救场吗？短距离可以，但是一旦跨机架、跨节点，信号衰减和延迟就扛不住了。业界需要新的方案。

可插拔光学器件、OBO、NPO 和 CPO

可插拔和CPO 的功耗

业内选择了光互连，用光代替电来传数据，功耗更低、延迟更短、带宽密度更高。但问题在于，怎么把光学器件和电学芯片高效地集成在一起？传统做法是分立设计、光模块单独封装，但这种方式在AI场景下显得太松散，信号路径太长，损耗太大。

CPO，共封装光学，就是来解决这个问题的：把光学引擎直接塞进芯片封装里，让光信号在最靠近处理器的地方产生。

想法不复杂。实现起来，是另一回事。

02COUPE是什么？

硅光子不是什么新鲜事。2000年代初就有人在研究了。优势明确：跟CMOS工艺兼容，成本可控，可大规模集成。但难题同样明确：光学器件和电学芯片怎么高密度地捏在一起？光学耦合怎么搞？封装精度怎么保证？测试怎么搞？这些问题不解决，硅光子就无法大规模量产。

台积电给出的思路是：既然硅光子自己搞不定，那就让它跟台积电最强的封装能力绑在一起。CoWoS、SoIC，这两把刀在AI圈已经是响当当的了。

2023年，台积电在IEEE ECTC上推出COUPE 2.0，核心升级是引入混合键合（Hybrid Bonding）技术。芯片之间不再靠微凸块（bump）连接，而是在室温下让氧化物分子直接"吸"在一起，再升温退火让铜键合。这个工艺大幅缩短了电子芯片和光子芯片的间距，把信号传输的损耗压到最低。

进入2024年，COUPE进入密集验证阶段。IEDM大会上，台积电公布了更多细节：单模硅波导损耗0.67dB/cm，氮化硅波导低至0.21dB/cm，Ge探测器响应率接近1A/W，200Gbps微环调制器的误码率不到一亿分之一。也就是说，COUPE不但能干活，而且干的好。

不过，能把复杂的事情变得简单，才有资格收溢价。真正让COUPE从技术变成生意的是台积电的改变。

这里要插一段行业背景：在硅光子这件事上，GlobalFoundries其实是更早的玩家，2017年就开始给客户代工硅光芯片，积累了大量经验。按理说，它应该占据先机。但GlobalFoundries的模式是典型的foundry思维：我只管造芯片，后面的封装集成你自己搞定。这套逻辑对有完整光电设计能力的头部客户没问题，但具备这种能力的公司，全球数不出十家。

台积电的打法不同，它不只造芯片，还包圆了整个封装流程。从硅光子晶圆制造，到电子芯片和光子芯片的键合，再到光学封装，全部在台积电的产线里完成。客户只需要把需求提了，剩下的一站式搞定。

这个差异最终决定了客户的流向。2025年，英伟达和博通开始把部分产品从GlobalFoundries迁移到台积电COUPE平台。更关键的是，当英伟达决定用6nm先进逻辑节点做电子控制芯片时，只有台积电能同时搞定先进制程和混合键合封装，其他家要么工艺领先但封装跟不上，要么封装可以但先进节点没有。

绕了一圈，CoWoS成了入场券，而台积电独发。

03COUPE量产，产业链变局

COUPE量产的影响，远不止台积电自己。目前，供应链价值正在从传统光模块厂商向半导体与先进封装环节转移。

激光器将从配套零件变成核心资产。传统可插拔光模块用的是EML激光器，调制器是集成在里面的。但CPO需要外部连续波激光器，一个持续发光、功率高达数百毫瓦的激光光源，通过分束器同时给多个光子通道供光。技术门槛完全不在一个量级。同时，这类激光器的核心材料是磷化铟（InP），全球供应偏偏偏紧。需求在涨（光通信市场扩张、CPO新增需求、出口限制），产能却跟不上。

结果是，激光器厂商从幕后走到了聚光灯下。Coherent认为，InP（磷化铟）的供需失衡至少将持续整个2026和2027年。Coherent正全力推进6英寸InP晶圆的量产爬坡。Lumentum预计到2026财年底，EML产能将较2025年增长超50%，因此公司已推进约40%的磷化铟(InP)扩产计划。2026年3月，英伟达直接砸了40亿美元（各20亿）投资Lumentum和Coherent，锁定多年采购承诺。

测试设备厂商也是赢家。CPO的制造复杂度远超传统光模块。从光子晶圆测试、芯片键合、光引擎装配到整机测试，每个环节都需要微米级精度的专用设备。联讯仪器、Chroma、ficonTEC在CPO量产链路上不可或缺。Yole预测，CPO市场将从2024年的4600万美元飙升至2030年的81亿美元，这意味着，测试设备的订单高峰还在后面。

FAU厂商也将受益。光纤阵列单元（FAU）是把芯片产生的光信号耦合进光纤的关键组件。在CPO架构下，FAU需要更高的耦合精度和更复杂的封装集成。在CPO场景下，单个FAU的价值量将显著提升。天孚通信等国内FAU厂商凭借精密加工能力，正成为CPO产业链中不可或缺的一环。

传统光模块厂商会受到一定的冲击。中际旭创和新易盛是这场变局中最典型的案例。这两家全球光模块龙头，2025年业绩都在高速增长（中际旭创净利润同比增长109%，新易盛同比增长235%）。可插拔时代，光模块厂商是方案的集成商，掌握着光电转换的核心环节。但到了CPO时代，光引擎和XPU/交换机芯片被共封装在一起，方案集成商的位置被半导体厂商（英伟达、博通）和OSAT接手，传统光模块厂商能做的只剩下光引擎制造和外部光源组件。

不过，中际旭创早已官宣光引擎实现自研自产，新易盛也在2026年3月表态手握光引擎技术。它们的策略是：既然你不需要"外挂"的模块，那我就把核心的"光引擎"做好了卖给你。从"卖模块"到"卖光引擎"，这是头部厂商的主动转型。

04竞赛才刚起步

2026年，Scale-out CPO（机架间互联）交换机开始量产出货，这是当前的主战场。但真正的挑战是2027年-2028年时，Scale-up CPO（机架内GPU互联）方案。Scale-up CPO意味着光互连要进到机架内部，直接和GPU封装在一起。这个场景对技术的要求更高，对供应链的控制也更严。

台积电并非这一赛道的唯一玩家。

每当台积电宣布什么大动作时，另一位韩国友商也会迅速跟进。对，说的是三星。今年3月，三星电子正式宣布进军光通信市场。三星电子路线图显示，将于2027年实现基于TC（热压）键合的光引擎，2028年实现混合键合过渡，2029年开始提供"交钥匙"CPO服务，即一站式、全流程的CPO代工总包。

目前，Tower Semiconductor的硅光子收入还在持续增长。从2024年约1.06亿美元增长到2025年约2.28亿美元，并计划将产能扩大5倍以上。今年已经与最大硅光子客户签署总额13亿美元的2027年供货合同，并已收到2.9亿美元预付款用于产能预留。公司还披露，客户已就2028年承诺更大规模的晶圆订单，相关追加预付款将于2027年1月前到位。

同时业内也有很多后起之秀，Ayar Labs、Lightmatter、Celestial AI，这波企业走的更激进，直接把光子塞进XPU封装里，瞄准2028年以后的下一代市场。Marvell宣布用32.5亿美元收购Celestial AI，就是希望早早占位。

05结语

台积电正在打造完整的"三层蛋糕"AI平台架构，包括SoIC、CoWoS与COUPE光互连技术。

台积电表示，全球首款采用COUPE技术的200Gbps 微环调制器（Micro Ring Modulator）已于今年开始生产，并已实现低于一亿分之一的比特误码率。

到2030年前，台积电将通过400Gbps光调制器、多波长与多光纤阵列技术，把带宽密度提升8倍至4TBps。相较传统铜线，COUPE可让系统能效提升4 倍、延迟降低10倍；若进一步与封装平台深度整合，能效甚至可提升至10倍，延迟降低20倍，成为未来AI数据中心的重要基础技术。

COUPE的需求将越发旺盛。