CPO量產引爆AI算力底層革命，硅光與互連成最大贏家？

AI數據中心對帶寬和能效的需求持續攀升，驅動光互連技術走到了一個關鍵節點。

天風證券于4月16日發布的行業深度報告《CPO通信器件深度剖析》指出，CPO（共封裝光學）交換機已正式進入量產階段，英偉達與博通雙雙落地商業產品，臺積電COUPE硅光平臺成為底層核心架構。

為什么CPO如此重要？簡單來說，傳統光模塊是"插在交換機外面的"，信號要繞一大圈；CPO則是把光引擎直接封裝進交換機芯片旁邊，信號路徑從幾十厘米縮到幾毫米。天風證券報告援引英偉達數據顯示，這一改變將插入損耗從22dB大幅降低至約4dB，信號完整性提升63倍，系統光功率效率最高提升5倍，網絡韌性提升10倍。

英偉達雙平臺落地，Spectrum-X首款CPO以太網交換機全面量產

天風證券報告顯示，英偉達在GTC 2025上首次發布Quantum-X Photonics與Spectrum-X Photonics兩條CPO產品線。

Spectrum-X方面，其CPO交換芯片已進入全面量產階段。作為全球首款全面集成的512 lane 200G-capable CPO以太網交換機系統，已集成至Vera Rubin平臺中的Spectrum-6 SPX網絡機架，采用102.4 Tb/s交換芯片。

能效是這一方案的核心賣點。報告援引數據稱，傳統1.6Tbps可插拔光模塊功耗約30W，其中超過一半消耗于DSP。英偉達CPO方案通過將硅光器件直接集成至交換機封裝內部并取消DSP結構，在系統層面實現了最高可達5倍的光功率效率提升，以及10倍的網絡韌性提升；同時減少激光器數量約4倍，降低運營成本與網絡中斷風險。

Quantum-X方面，液冷交換機系統Q3450搭載四顆Quantum-X ASIC，總計144個MPO物理端口，整機全雙工帶寬達115.2Tbps，單顆ASIC吞吐能力28.8Tbps。每顆ASIC集成18個光引擎，每個光引擎可提供1.6Tbps帶寬。

博通：從Bailly到Davisson，能效提升超3.5倍

博通則是最早實現支持CPO系統的廠商之一，在英偉達加入之前，也是唯一一個發布了配備CPO生產系統的廠商。

其Tomahawk 5 – Bailly（TH5-Bailly）為業內首個量產CPO解決方案，整機帶寬51.2Tbps，集成8個光引擎，每個光引擎帶寬6.4Tbps，對應64條100Gbps通道。

代際升級方面，博通推出Tomahawk 6 – Davisson（TH6-Davisson）102.4Tbps CPO交換平臺，單調制器速率達200Gbps，較Bailly翻倍。報告稱，該平臺相比傳統可插拔光模塊方案，光互連功耗降低約70%，系統能效提升超過3.5倍

值得關注的是，博通早期曾多次迭代采用SPIL開發的扇出晶圓級封裝（FOWLP）方案，但由于寄生電容較大，單通道速率難以擴展至100Gbps以上。為此，博通轉向基于臺積電COUPE技術的封裝架構，以進一步降低信號調理需求并最大限度減少跡道損耗和反射。

臺積電COUPE硅光：雙巨頭共同押注的技術底座

為什么英偉達和博通都選擇了同一家供應商的同一套方案？

報告指出，COUPE（緊湊型通用光引擎）是臺積電基于SoIC 3D混合鍵合技術構建的硅光平臺，核心在于通過晶圓級垂直堆疊，將電子集成電路（EIC）直接鍵合至光子集成電路（PIC）之上。

可以做一個簡單類比：傳統方案中，PIC和EIC之間的電信號連接就像隔著一條走廊喊話，能量損耗大、速度慢；而COUPE的3D鍵合相當于兩塊芯片直接貼合對話，路徑極短、損耗極低。

報告援引臺積電數據顯示，與其他鍵合方法相比，SoIC混合鍵合使PIC-EIC接口組合密度提升至少16倍，寄生電容降低約85%，在相同功耗條件下可實現約40%的能耗下降或最高170%的速度提升；3 dB帶寬仿真數據顯示可超過100 GHz。

從系統能效角度，傳統銅互連系統功耗通常超過30 pJ/bit，傳統可插拔光模塊亦在10 pJ/bit以上；而基于COUPE完全集成的光學引擎，單位能耗可降至2 pJ/bit以下，同時延遲降低超過95%。

報告還指出，在量產落地階段，隨著CPO封裝向大尺寸與多光引擎整合演進，具備系統級先進封裝能力的OSAT廠商可能參與后段整合。天風證券稱，"日月光已展示可在>75mm × 75mm封裝中整合多個光學引擎與ASIC，實現<5 pJ/bit功耗并提升帶寬，因此，COUPE路徑下的CPO封裝落地存在由日月光等廠商承接的可能。"

高密度互連器件：FAU需求翻倍，MPO/MPC突破空間極限

CPO帶來的不只是芯片層面的變化，還有一個容易被忽視的難題：上千根光纖怎么走線。

CPO交換機內部有超過1000根光纖需要走線和管理，光纖耦合與高密度互連器件的重要性因此大幅提升。以英偉達X800-Q3450為例，天風證券報告指出，超過1000根光纖從光引擎中引出，"造成了重大的組織挑戰"。這直接帶動了一批光學陣列器件的需求。

天風證券報告指出，光纖陣列單元（FAU）被廣泛用于輔助CPO中至關重要的光纖耦合過程，以低插入損耗將來自硅透鏡的光耦合到光纖中。據電子發燒友網引用數據，在CPO應用場景中，單臺CPO交換機所需FAU數量可達傳統方案的3至5倍。博通已在其Bailly CPO交換平臺中集成康寧（Corning）提供的精密光纖陣列（FAU）。

在連接器層面，報告介紹了兩類關鍵產品：

MPO連接器：可同時完成多芯光纖的并行傳輸，大幅提升布線密度。SENKO的MPO EZ-Way連接器采用更低矮的外形設計，與傳統MPO連接器相比，可在光模塊接口上安裝的MPO連接器數量增加一倍

MPC連接器：專為CPO和高速數據中心應用設計的光纖到芯片直連方案，通過微鏡陣列將光直接耦合到芯片，連接器高度可降至0.6mm，將插入損耗降至最低。

此外，報告還提到，OIF正通過制定3.2T CPO模塊實施協議，推進多平面互連中的光接口一致性與外部激光源的模塊化，以期構建開放的CPO生態系統。

外部激光源：可換模塊解決可靠性痛點

傳統數據中心光學系統中，激光器反復經歷熱循環，是導致故障和網絡中斷的主要原因之一。CPO的解決方案是把激光器"請出來"，集中放置在獨立溫控環境中。

天風證券報告介紹，英偉達Quantum-X Photonics配備18個外部激光源（ELS），每個ELS模塊包含8個獨立激光發射器，整機共144個。每個激光器支持4×200Gbps通道，單MPO連接器總帶寬800Gbps。

關鍵優勢在于：激光器集中部署后，與傳統設計相比"數據中心內激光器總數減少了四倍"，且每個ELS模塊支持現場更換，"不影響周邊交換機基礎設施"。天風證券報告援引英偉達數據稱，這使網絡韌性提升10倍。

BOM成本拆解：7萬美元一臺，光引擎與混纖盒是最大成本項

一臺CPO交換機到底值多少錢？天風證券報告給出了詳細拆算。

以英偉達X800-Q3450為例：

• 光引擎：每個單元完整組裝（含光纖連接單元）成本約1000美元，僅光引擎總物料成本即達35,000至40,000美元（針對3.2T光引擎版本）；

• 混纖盒：用于組織超過1000根光纖，處理數千根光纖的X800-Q3450，混纖盒采購成本將超過3000美元

• BOM總成本：含2000米光纖及其他雜項組件，合計約70,640美元

• 終端售價估算：假設毛利率60%，售價約176,600美元，加上三年服務與保修分配的28,256美元，含服務總售價約204,856美元

• 總功耗：3,548瓦。

報告提示，上述成本估算基于當前生產規模，隨著產量擴大可能有所改善。