CPO系列跟踪报告之一：2025英伟达GTC大会在即 CPO将开启高速增长阶段

　　1、 随着单通道200G 及以上时代的来临，CPO 将开启高速增长阶段
　　随着SerDes 传输速率的提升，传统可插拔光模块的方案因为要通过多个铜线通道且距离较长，从而会导致信号损耗。尤其是当SerDes 速率提升到200Gbps 及以上，信号损耗将显著增大。因此改变光模组的放置位置，便是市场提出的下一代解决方案，将光模组集成为光引擎，并将其与计算芯片封装在一起，就是Co-PackagedOptics （CPO）的概念。
　　CPO（co-packaged optics）即光电共封装，是一种新型的光电子集成技术，指将网络交换芯片和光模块共同装配在同一个插槽上，形成芯片和模组的共封装。通过将交换芯片和光引擎封装在一起，CPO 技术可以缩短交换芯片和光引擎之间的距离，以帮助电信号在芯片和引擎之间更快地传输；不仅能够减少尺寸，提高效率，还可以降低功耗。
　　下图展示了光器件和交换机ASIC 集成度由低到高的不同方案。CPO 的一项关键创新是将光学器件移动到离Switch ASIC 裸片足够近的位置，以便移除这个额外的DSP。借助CPO，网络交换机系统中的光接口从交换机外壳前端的可插拔模块转变为与交换机芯片组装在同一封装中的光模块。在传统的光通信系统中，光模块与芯片之间需要通过复杂的连接方式，而CPO 技术可以将光模块和芯片封装在同一个封装体中，极大地减小了连接长度和距离，提高了通信效率。理想情况下，CPO 可以逐步取代传统的可插拔光模块，将硅光子模块和超大规模CMOS 芯片以更紧密的形式封装在一起，从而在成本、功耗和尺寸上都进一步提升数据中心应用中的光互连技术。
　　CPO 技术可以实现高速光模块的小型化和微型化，可以减小芯片封装面积，从而提高系统的集成度。CPO 将实现从CPU 和GPU 到各种设备的直接连接，从而实现资源池化和内存分解，还可以减少光器件和电路板之间的连接长度，从而降低信号传输损耗和功耗，提高通信速度和质量。另外，CPO 技术可以实现更高的数据密度和更快的数据传输速度，满足现代高速通信的需求。根据Yole 预计，2027 年的3.2T 时代可插拔方案就会变得非常困难，板载封装（OBO）和CPO 会成为主流；2030 年的6.4T 时代则CPO 将会成为主流方案。
　　Yole 报告数据显示，2022 年，CPO 市场产生的收入达到约3800 万美元，预计2033 年将达到26 亿美元，2022-2033 年复合年增长率为46%，2028-2033 年复合年增长率为80%。
　　2、 台积电、英伟达、博通等科技巨头纷纷
　　布局CPO 技术
　　2024 年底，台积电（TSMC）公布其在硅光子领域取得重要突破，明确表示将开始量产共封装光学（CPO）模块，预计首批客户包括Nvidia 与Broadcom。
　　此举标志着台积电正式进入硅光子与CPO 市场。受传统可插拔光模块在向1.6T级别演进中出现明显的热管理与带宽瓶颈的影响，行业对于更高效、更低延迟的互联解决方案需求迫切。以Nvidia 为例，其Blackwell GB200 平台已多次曝出热管理问题，导致生产受到影响。据市场消息，Nvidia 计划于2025 年下半年推出的GB300 平台将率先部署1.6T CPO 技术，以缓解当前面临的技术瓶颈。
　　台积电宣布其自主研发的3D 光学引擎（3D Optical Engine, OE）技术——COUPE（Compact Universal Photonic Engine）已具备量产能力。COUPE技术采用台积电自有的SoIC-X 封装工艺，将电子集成电路（EIC）与光子集成电路（PIC）堆叠整合，从而实现电信号与光信号的高效转化，达到优异的传输性能。根据台积电披露的规划，2025 年将首先推出采用COUPE 技术的1.6T 带宽可插拔光模块，随后在2026 年进一步实现CPO 与交换机芯片的高度集成。相较传统方案，CPO 方案预计能够实现功耗降低50%、延迟降低90%的显著性能提升。此外，台积电还计划将COUPE 技术集成到CoWoS 封装技术中，与先进芯片实现更紧密集成，进一步提升性能和竞争力。
　　英伟达的最新产品线路图显示，将于3Q25 推出CPO 版本的Quantum 3400X800 IB 交换机， 26 年推出CPO 版本的Spectrum4 Ultra X800 以太网交换机。
　　IB 交换机有144 个MPO 光接口（单通道800G），支持36 个3.2T CPO， 内部有4 个28.8T 的交换芯片（总共115.2T 的交换能力）。芯片之间采用多平面技术。即每一根交换机外面的光纤从MPO 口进来之后，会用光纤分纤盒（shufflebox）将其信号拆分成四路并分别连接到四个不同的交换机芯片上，从而将信源切割成最小单元，最终在CX8 网卡端进行数据汇聚。允许多个独立平面同时运行。Shuffle box 起到关键的信号分配和处理作用。
　　博通在2024 年OFC 上展示了带有CPO 的51.2T 交换机系统，系统配备了8 个单独的光引擎，每个光引擎速率为6.4T（每引擎支持64 个100Gbps 的FR4 接口）。光引擎由光子集成电路（PIC）与CMOS 电子集成电路（EIC）键合而成，属于光电集成技术。每个光引擎内集成了大约1000 个光学组件，体现了高度的集成度和复杂度。
　　根据Broadcom 官方的测试，使用Bailly CPO 后，光学互连的功耗显著降低，比传统可插拔方案最多可节约约70%的功耗。整个51T 交换机箱使用CPO 方案　　的总功耗为1334 瓦，相比Pluggable LPO 方案节省了约271 W，与带DSP 的可插拔模块方案相比更是节约了超过600W，节能效果十分明显。博通提到，若扩展至一个包含32k 个GPU 的集群规模，通过使用Bailly CPO 技术，整体功耗节约超过1MW，这对于数据中心而言非常显著，具有明显的经济效益和环保价值。
　　投资建议：我们认为，CPO 将是下一代光通信（200G 及以上SerDes）的核心技术，英伟达2025GTC 大会召开在即，看好CPO 发展趋势，以及相关产业链受益环节带来的投资机会，建议关注：①光引擎：天孚通信、中际旭创、新易盛；②光纤分纤盒（shuffle box）：太辰光；③MPO/MTP 高密度连接器和FAU：
　　仕佳光子、致尚科技、博创科技；④CW 光源：源杰科技、仕佳光子、长光华芯；⑤微透镜阵列（MLA）：炬光科技。
　　风险提示：算力需求不及预期，CPO 技术渗透不及预期。
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