全球算力互连趋势与CPO技术背景 - AI训练集群和超大规模数据中心的扩张导致数据中心整体带宽提升80倍 交换芯片功耗增加8倍 光模块部署量增长26倍 SerDes接口数量扩张25倍 [1] - 互连速率从25G/100G演进至400G/800G 预计2027年突破至3.2T [1] - 传统可插拔光模块因功耗高和带宽受限难以支撑未来算力集群需求 光电共封技术因此成为产业焦点 [1] CPO技术定义与优势 - CPO通过2.5D/3D先进封装将交换芯片与光学引擎集成在同一基板 实现光信号和电信号在芯片内部直接转换 大幅减小封装尺寸并提高数据转换效率 [3] - 光计算在延迟方面优势显著 基于模拟光计算的MAC延迟仅为2纳秒 而传统数字MAC延迟高达数百纳秒 [3] - 光计算在带宽 功耗和面积上比电计算有数量级提升 光的延迟小1000倍 带宽是电的10倍 功耗低100倍 [3] CPO技术发展路线 - 光电互联技术经历从可插拔到板卡级 片间 芯片级 片上级的演进 每一步都缩短电-光互连距离并提升带宽密度 [4] - 可插拔光模块具有成熟度高和灵活部署优势 但电气互连路径长导致能耗和带宽受限 [5] - 板卡级技术降低板间互连损耗 但标准化不足且维护难度高 [6] - 片间级技术使光引擎靠近交换芯片 降低电-光互连长度和功耗 但存在片上电气互连瓶颈 [7] - 芯片级CPO单通道速率提升至106G/lane 总带宽达51.2T 延迟降至纳秒级 能效显著提升 [8] - 片上级CPO预计2030年实现 总带宽突破100T 单通道速率212G/lane 但制造工艺和散热挑战巨大 [9] 国际CPO技术供应商格局 - 英特尔采用IDM全产业链模式 覆盖设计制造到封装 在OFC 2024展示支持400Gbps 800Gbps 1.6Tbps光引擎的CPO演示 [11] - 博通以准全产业链模式推出51.2T TH5-Bailly CPO交换机 光学互连运行功耗下降70% 交换机层面功耗下降30% 硅光面积利用率提高8倍 [13] - 英伟达采用Fabless模式 发布Quantum-X与Spectrum-X硅光交换机 光引擎功耗降低30% [14] - 美满科技采用Fabless模式 推出定制化XPU架构 3D硅光引擎实现32条200Gb/s I/O互连 整体带宽提升2倍 每比特功耗下降30% [16] 国内CPO产业链现状 - 国内产业链在硅光工艺与先进封装 硅光引擎 EIC 激光器等关键环节初具雏形 [18] - 上游环节中台积电提出iOIS-CI技术 长电科技提供EIC多芯片扇出封装 联合微电子布局多个光电融合工艺平台 [18] - 中游主制造商包括仕佳光子 天孚通信 中际旭创 光迅科技 华工正源等 在激光器和光模块产品上进行技术储备 [18] - 下游应用如数据中心 云计算 高性能计算和5G通信蓬勃发展 推动国内CPO产业加速 [19]