共封装光学技术(CPO)概述 - 共封装光学器件(CPO)通过将光/电转换靠近交换芯片，显著提高带宽并降低功耗，简化了组件结构并减少电子信号传输距离 [2] - 该技术采用先进封装，用硅光收发器芯片包围网络芯片，光纤直接连接封装，仅激光器保持外部，每八个数据链路仅需一个激光器 [2] - 行业专家认为CPO是"酝酿已久"的技术，但此前因缺乏标准化和工程复杂性未获广泛采用 [3][4] 技术优势与行业需求 - 传统可插拔光收发器功耗达20W-40W/模块，在40万GPU的数据中心中消耗总GPU功耗的10%（40兆瓦），其中24兆瓦仅用于激光器供电 [4] - Nvidia的1.6T CPO端口功耗仅9W，较传统30W可插拔方案降低70%，功率效率提升3.5倍 [5][17] - CPO可减少63倍信号传输延迟，提高10倍网络抗中断能力，并加速30%数据中心部署速度 [18] 封装技术路径 - 2D集成：PIC与EIC并置PCB，成本低但寄生电感高，限制带宽 [6] - 2.5D集成：通过TSV中介层连接，提升I/O密度但成本增加，寄生效应仍存 [7] - 3D集成：采用TSV/混合键合堆叠EIC与PIC，显著降低寄生效应但散热挑战大 [9][10] - 3D单片集成：光子与电子元件同芯片集成，简化封装但受限于旧工艺节点 [11] Nvidia的CPO解决方案 - 基于微环调制器(MRM)技术，台积电COUPE工艺制造，单封装集成18个硅光子引擎，实现324光连接/288数据链路，总吞吐4.8Tb/s [16] - 合作伙伴包括台积电、Lumentum等11家企业，采用液冷设计，2024下半年推出Quantum-X交换机，2026年推出Spectrum-X [17][18] - Quantum-X提供144个800Gb/s端口，Spectrum-X支持128/512端口，总带宽达100Tb/s/400Tb/s [18][19] 竞品对比与行业动态 - Broadcom采用Mach-Zender调制器推出51.2T CPO交换机，功耗降低50%，但技术路线较保守 [22][23] - Nvidia的MRM方案更紧凑但对温度敏感，Broadcom的MZM更成熟但体积大、光损耗高 [24] - 初创公司如Ayar Labs正探索将光学互连集成至GPU封装，Lightmatter研发3D堆叠光子基板 [28] 未来发展趋势 - CPO将成为百万级GPU数据中心的必备技术，Nvidia计划2028年实现NVLink光学互连 [29] - 现有硅调制器可能限制在400Gb/s以下，铌酸锂等新材料有望突破速率瓶颈 [26] - 行业需解决异构集成成本、热管理及标准化问题，可插拔光学器件仍将持续迭代 [26][29]