近日，有關(guān)英偉達(dá)將于GTC 2025上推出CPO（光電共封裝）交換機(jī)新品的消息引發(fā)業(yè)界廣泛關(guān)注，如果試產(chǎn)順利，相關(guān)產(chǎn)品有望于8月份即可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。與此同時(shí)，臺積電、博通、Marvell等也紛紛釋出CPO技術(shù)的利好消息。人工智能加速迭代，如何將高帶寬互連擴(kuò)展到單個(gè)機(jī)架之外是業(yè)界面臨的挑戰(zhàn)之一。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，CPO器件可能是在4-8機(jī)架系統(tǒng)中，提供數(shù)萬個(gè)器件高速互連的唯一選擇。在此背景下，CPO技術(shù)及其解決方案必將成為2025年市場追逐的一大熱點(diǎn)。

芯片大廠力推，CPO步伐加速

數(shù)據(jù)交換是限制AI算力升級的關(guān)鍵指標(biāo)。在此背景下，CPO技術(shù)受到了業(yè)界格外關(guān)注。簡單而言，CPO是一種新型光電子集成技術(shù)，它將光引擎（光學(xué)器件）和交換芯片（如ASIC芯片）共同封裝在一起，通過縮短交換芯片與光引擎之間的距離，可以顯著提高電信號在芯片和引擎之間的傳輸速度，從而減小尺寸、提高效率、降低功耗，并實(shí)現(xiàn)高度集成。

目前，AI芯片大廠都在致力于推進(jìn)CPO技術(shù)的開發(fā)。如前所述，英偉達(dá)計(jì)劃于2025年3月在其GTC大會上推出支持115.2Tbps信號傳輸?shù)腃PO交換機(jī)新品，該交換機(jī)將搭載36個(gè)光引擎。此外，英偉達(dá)還計(jì)劃在2026年量產(chǎn)的Rubin服務(wù)器機(jī)架系統(tǒng)中首度應(yīng)用CPO技術(shù)。

臺積電也完成CPO與先進(jìn)封裝技術(shù)的整合，其與博通共同開發(fā)合作的CPO關(guān)鍵技術(shù)微環(huán)形光調(diào)節(jié)器(MRM)已經(jīng)成功在3nm制程試產(chǎn)，后續(xù)CPO將有機(jī)會與HPC或ASIC等AI芯片整合。業(yè)界分析，臺積電目前在硅光方面的技術(shù)構(gòu)想主要是將CPO模組與CoWoS或SoIC等先進(jìn)封裝技術(shù)整合，讓傳輸信號不再受傳統(tǒng)銅線路的速度限制。預(yù)計(jì)2025年臺積電將進(jìn)入送樣程序，如果順利1.6T光模塊產(chǎn)品最快2025下半年進(jìn)入量產(chǎn)，2026年全面出貨。

日前，Marvell也宣布在整合CPO技術(shù)的定制AI加速器上取得突破，從目前使用銅互連的單個(gè)機(jī)架內(nèi)的數(shù)十個(gè)XPU，拓展到橫跨多個(gè)機(jī)架的數(shù)百個(gè)XPU，實(shí)現(xiàn)了更高的寬帶密度，同時(shí)具有最佳延遲和功率效率。

2025年商用？應(yīng)用空間尚待打開

隨著CPO器件的開發(fā)與推出，市場應(yīng)用成為新的關(guān)注重點(diǎn)。目前主流的說法是，2025年或者2026年，即從1.6T速率開始，傳統(tǒng)可插拔光模塊的速率升級將有可能達(dá)到極限，光互聯(lián)升級將轉(zhuǎn)向CPO方案。中信建投日前發(fā)布的研報(bào)表示，1.6T光模塊將進(jìn)入放量周期，硅光、CPO等新技術(shù)滲透率將加速提升。

咨詢機(jī)構(gòu)LightCounting也預(yù)測，CPO出貨量預(yù)計(jì)將從800G和1.6T端口開始，2025年開始商用，2026至2027年開始規(guī)模上量。全球CPO端口的銷售量將從2023年的5萬增長到2027年的450萬，4年提升90倍。

然而，產(chǎn)業(yè)鏈一側(cè)雖然對CPO的推進(jìn)有著迫切需求，但應(yīng)用場景仍待突破。有業(yè)者表示，目前國內(nèi)大多數(shù)的數(shù)據(jù)中心使用的是400G速率的可插拔光模塊解決方案，而且國內(nèi)各家數(shù)據(jù)中心內(nèi)部算力集群采用的通信速率解決方案也不盡相同，CPO在國內(nèi)還沒有完全打開應(yīng)用市場。

也就是說，目前400G速率的解決方案已經(jīng)有相對成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以遵循，產(chǎn)品適配度比較高，而向800G甚至更高的速率升級，意味著更高昂的軟/硬件成本和后期運(yùn)維成本。從現(xiàn)實(shí)盈利角度考量，終端企業(yè)升級的動(dòng)力并不高。

技術(shù)挑戰(zhàn)：封裝、材料與熱管理

此外，CPO在技術(shù)仍然面臨一系列挑戰(zhàn)，包括封裝精度與集成度問題、光學(xué)材料的選擇與性能限制、熱管理與散熱問題、制造工藝與成本控制，以及標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)合作問題等。從封裝精度上看，CPO器件需要將光引擎和交換芯片以極高的精度封裝在一起，以實(shí)現(xiàn)高效的光電轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸。然而，隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的提升，對封裝精度和集成度的要求也越來越高，這對現(xiàn)有的封裝技術(shù)提出了巨大的挑戰(zhàn)。

在光學(xué)材料的選擇上，CPO中使用的光學(xué)材料需要具備良好的透光性、穩(wěn)定性和可靠性。然而，目前的光學(xué)材料在某些性能方面仍存在不足，例如片上光源的效率、波導(dǎo)的損耗等，這些都會影響CPO的整體性能。

在熱管理與散熱問題上，由于CPO是將大量的電子器件和光學(xué)器件封裝在一起，會產(chǎn)生大量的熱量。如果熱管理不當(dāng)，會導(dǎo)致器件性能下降、壽命縮短甚至失效。因此，如何有效地進(jìn)行熱管理和散熱是CPO技術(shù)面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。此外，由于CPO需要使用高性能的光學(xué)材料和先進(jìn)的封裝技術(shù)，導(dǎo)致制造成本較高。如何在保證性能的前提下降低成本，也是CPO技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用需要解決的問題。

結(jié)語

長期來看，CPO依然是實(shí)現(xiàn)高集成度、低功耗、低成本以及未來超高速率模塊應(yīng)用方面最優(yōu)的封裝方案。目前主要廠商英偉達(dá)、臺積電、博通，也包括國內(nèi)的騰訊、阿里等均在積極開發(fā)相關(guān)解決方案。比如通過采用2.5D或3D封裝技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)光引擎和交換芯片之間的高密度互連；使用其他新型材料，如鈮酸鋰等，以進(jìn)一步提高CPO的性能；并探索使用熱管、熱界面材料等新型散熱材料和技術(shù)，提高CPO的散熱性能等。隨著技術(shù)的不斷成熟和標(biāo)準(zhǔn)化的推進(jìn)，CPO技術(shù)有望在未來發(fā)揮越來越重要的作用。