光纤替代铜缆趋势 - 光纤在数据中心网络领域逐步取代铜缆，主要优势包括更高带宽、更快传输速度、更远传输距离、更强可靠性和更优空间效率 [2][3] - 光纤传输速度约为光速的三分之二，单模光纤传输距离可达100公里，而铜缆在高速传输时通常不足10米 [3] - 数据中心网络中光纤占比已达60%，且比例持续上升，服务器机架外部互联已升级为光纤，机架内部仍采用铜缆 [5][7] - 光纤使用寿命（30-50年）远长于铜缆（5年），但短期内铜缆在AI服务器机架内部传输和传统数据中心短距离通信中仍是主流 [4] 硅光子技术 - 硅光子技术通过将分立光子组件集成到单个SOI晶圆衬底上，形成光子集成电路，与CMOS制造工艺兼容 [9] - 相比传统光学解决方案，硅光子技术提供更高带宽和更低功耗，结构紧凑且集成度更高 [9] - 传统光纤需与波导、激光源、光电二极管等分立组件组装，生产规模小阻碍技术迭代和成本降低 [8] CPO技术优势 - CPO将光引擎直接集成到交换机ASIC/xPU封装或AI加速器中，缩短电信号路径，提升能效和带宽密度 [11] - CPO相比传统光模块减少信号损耗和延迟，路径从数十厘米缩短到几毫米，能耗降低多达70% [15] - CPO外形更紧凑，节省高密度PCB成本，突破可插拔收发器的空间限制，提供更好扩展性 [15] - LPO是不含DSP的可插拔收发器，功耗低于传统光收发器，但在扩展性上仍存在局限 [16] CPO核心组件 - 光引擎是CPO核心，由光子集成电路和电子集成电路组成，通过混合键合技术制造 [19] - 光子集成电路集成波导、调制器、光电二极管等组件，可能由硅、硅锗等多种材料组合制成 [21] - 光纤阵列单元实现光纤电缆与交换机基板连接，需承受260摄氏度高温，友达光电计划向台积电供应相关技术 [22] - 激光源设计主要有片上激光和外部激光两种，外部激光源因更易更换和更好热管理被认为是更可行选择 [23][24] CPO量产挑战 - 封装工艺复杂，需先进封装技术如混合键合或2.5D/3D封装，以及精密光学耦合和严格测试流程 [28] - 硅兼容性问题，基于硅的光子集成电路需在性能上实现足够突破 [28] - 耐久性与热管理要求高，组件需承受高温并保持稳定性能 [28] - 可靠性问题，单个光引擎失效可能导致整个封装报废，封装前测试至关重要 [28] CPO应用前景 - 交换机有望在2027-2028年向支持3.2T及以上速率的CPO技术迁移，拐点可能出现在AI数据中心升级至每端口3.2T阶段 [30] - 博通推出TH5 Bailly CPO解决方案，将8个6.4T光引擎集成到Tomahawk 5 ASIC芯片上，总处理带宽达51.2T/s [31][32] - 英伟达推出Quantum-X InfiniBand CPO解决方案，将18个1.6T光引擎集成到Quantum-X800 ASIC芯片中，总处理带宽达115.2T [35] - xPU向CPO转型可能稍晚于交换机，预计在2028-2030年，但长期出货量可能远超交换机 [40]