为何CPO（光电共封装）成为焦点？
近年来，AI大模型、云计算、自动驾驶和高性能计算（HPC）对数据中心带宽和算力需求激增。芯片算力不断强化，传输速率从100G、400G提升至800G乃至1.6T，但随之而来的是能耗和带宽瓶颈的新挑战。
传统架构中，交换芯片（ASIC）与光模块分离，光模块通过电连接器插在设备前面板上。这种“可插拔光模块”虽然灵活，速率提升后因电连接距离长，导致功耗高、信号衰减严重，且占用宝贵的前面板空间。
CPO的创新在于把光引擎与交换芯片直接封装，将电信号在极短距离内转换为光信号，极大减少能耗与信号损失，实现了光通信不再是外围，而是芯片核心部分。这一设计被视为突破数据中心能效和带宽瓶颈的关键。
CPO技术演进：从插拔到共生
CPO的发展是光通信追求更高速率与能效的必然趋势：
- • 第一阶段：可插拔光模块。优点是灵活易维护，但速率超400G后，长距离电连接导致功耗激增和信号损耗。
- • 第二阶段：近封装光学(Near-Packaged Optics)。光模块移近ASIC，采用短电缆连接，功耗有所下降，但光电器件依旧分离，能效提升有限。
- • 第三阶段：光电共封装（CPO）。光芯片与ASIC共封装，电路径极短，数据即刻转为光信号，显著降低功耗并释放更多端口空间，完成了“电主光辅”向“电光共生”的结构转变。
CPO核心价值：更高带宽、更低功耗、更绿数据中心
CPO解决了数据中心的三大痛点：
| 优势 | 解决的问题 | 实际意义 |
|---|---|---|
| 更低功耗 | 电路径缩短，减少损耗 | 降低系统整体能耗，减轻散热负担 |
| 更高带宽 | 解放前面板空间 | 支撑51.2T、102.4T级大容量交换机 |
| 更小延迟 | 消除长距离电信号传输 | 适应AI、HPC等计算密集型应用对时延的严苛需求 |
面对AI集群中CPU、GPU与交换机间频繁高速数据传输需求，CPO不仅保障高速通信，还显著节省能耗，是算力中心实现“每瓦算力”跃升的底层革命。
2025年CPO产业现状：迈向实用化
- • 芯片巨头布局积极：Broadcom、Marvell、Intel、NVIDIA均展示CPO样机，Broadcom Tomahawk 5验证了51.2Tbps级CPO系统。国内华为、中科院光电所等在硅光封装领域取得重要进展。
- • 标准化稳步推进：OIF发布《CPO Implementation Agreement 1.0》，IEEE 802.3df/802.3dj推动1.6TbE、3.2TbE相关标准制定，为生态建设奠定基础。
- • 制造生态形成：台积电、日月光、Amkor等封装厂已具备量产CPO封装能力，主流采用硅光与高密度封装技术（InFO、CoWoS、EMIB）。
- • 应用初现端倪：CPO主要面向AI算力互连和超大规模数据中心核心交换，契合高带宽、低能耗、低延迟需求的典型场景。
三大挑战：热管理、封装精度与维护
- • 散热难题：高功耗ASIC和光芯片共封装导致热密度高，光器件对温漂敏感。主流方案包括液冷微通道、分区散热和异构封装设计。
- • 封装精度：光芯片对准误差需控制在微米级，自动化主动对准和光学测试助力提升良率。
- • 维护复杂：CPO结构非传统可插拔，维护难度大。采用外置激光器（ELS）方案，将激光源独立外置，仅保留调制器在封装内，提高维护便捷度。
全球生态与标准化：协同共建
CPO涉及光电芯片、材料、封装、散热及测试等多环节，需产业链高度协同：
- • 国际标准组织：OIF、COBO、IEEE、OCP等共同推动接口与封装标准制定。
- • 产业合作网络：涵盖芯片设计、封装制造、光器件及系统厂商。
- • 中国力量崛起：国内厂商从追赶者转向积极参与，推动生态与标准发展，彰显行业话语权提升。
未来三步走
- • 短期（2025-2027）：小规模试用聚焦AI/HPC互连，外置激光方案主导，模块化系统逐步完善。
- • 中期（2027-2030）：随102.4Tbps交换芯片商用，CPO进入主流，与NPO并行发展以满足多样化需求，光电协同设计工具链成熟。
- • 长期（2030以后）：实现“光原生”数据中心架构，光电封装成为芯片设计常态，计算与通信深度融合。
结语：算力时代的能效转折点
CPO不仅是光模块的迭代，更是芯片与通信关系的重新定义。它将光通信从外围配件转变为算力系统核心，回应了AI计算时代对能效的极致追求。随着从可插拔到共封装的转变，CPO正引领数据中心迈向以光为底层语言的未来。