近日，有关英伟达将于GTC 2025上推出CPO（光电共封装）交换机新品的消息引发业界广泛关注，如果试产顺利，相关产品有望于8月份即可实现量产。与此同时，台积电、博通、Marvell等也纷纷释出CPO技术的利好消息。人工智能加速迭代，如何将高带宽互连扩展到单个机架之外是业界面临的挑战之一。业内普遍认为，CPO器件可能是在4-8机架系统中，提供数万个器件高速互连的唯一选择。在此背景下，CPO技术及其解决方案必将成为2025年市场追逐的一大热点。
芯片大厂力推，CPO步伐加速
数据交换是限制AI算力升级的关键指标。在此背景下，CPO技术受到了业界格外关注。简单而言，CPO是一种新型光电子集成技术，它将光引擎（光学器件）和交换芯片（如ASIC芯片）共同封装在一起，通过缩短交换芯片与光引擎之间的距离，可以显著提高电信号在芯片和引擎之间的传输速度，从而减小尺寸、提高效率、降低功耗，并实现高度集成。
目前，AI芯片大厂都在致力于推进CPO技术的开发。如前所述，英伟达计划于2025年3月在其GTC大会上推出支持115.2Tbps信号传输的CPO交换机新品，该交换机将搭载36个光引擎。此外，英伟达还计划在2026年量产的Rubin服务器机架系统中首度应用CPO技术。
台积电也完成CPO与先进封装技术的整合，其与博通共同开发合作的CPO关键技术微环形光调节器(MRM)已经成功在3nm制程试产，后续CPO将有机会与HPC或ASIC等AI芯片整合。业界分析，台积电目前在硅光方面的技术构想主要是将CPO模组与CoWoS或SoIC等先进封装技术整合，让传输信号不再受传统铜线路的速度限制。预计2025年台积电将进入送样程序，如果顺利1.6T光模块产品最快2025下半年进入量产，2026年全面出货。
日前，Marvell也宣布在整合CPO技术的定制AI加速器上取得突破，从目前使用铜互连的单个机架内的数十个XPU，拓展到横跨多个机架的数百个XPU，实现了更高的宽带密度，同时具有最佳延迟和功率效率。
2025年商用？应用空间尚待打开
随着CPO器件的开发与推出，市场应用成为新的关注重点。目前主流的说法是，2025年或者2026年，即从1.6T速率开始，传统可插拔光模块的速率升级将有可能达到极限，光互联升级将转向CPO方案。中信建投日前发布的研报表示，1.6T光模块将进入放量周期，硅光、CPO等新技术渗透率将加速提升。
咨询机构LightCounting也预测，CPO出货量预计将从800G和1.6T端口开始，2025年开始商用，2026至2027年开始规模上量。全球CPO端口的销售量将从2023年的5万增长到2027年的450万，4年提升90倍。
然而，产业链一侧虽然对CPO的推进有着迫切需求，但应用场景仍待突破。有业者表示，目前国内大多数的数据中心使用的是400G速率的可插拔光模块解决方案，而且国内各家数据中心内部算力集群采用的通信速率解决方案也不尽相同，CPO在国内还没有完全打开应用市场。
也就是说，目前400G速率的解决方案已经有相对成熟的技术标准可以遵循，产品适配度比较高，而向800G甚至更高的速率升级，意味着更高昂的软/硬件成本和后期运维成本。从现实盈利角度考量，终端企业升级的动力并不高。
技术挑战：封装、材料与热管理
此外，CPO在技术仍然面临一系列挑战，包括封装精度与集成度问题、光学材料的选择与性能限制、热管理与散热问题、制造工艺与成本控制，以及标准化与产业合作问题等。从封装精度上看，CPO器件需要将光引擎和交换芯片以极高的精度封装在一起，以实现高效的光电转换和数据传输。然而，随着数据传输速率的提升，对封装精度和集成度的要求也越来越高，这对现有的封装技术提出了巨大的挑战。
在光学材料的选择上，CPO中使用的光学材料需要具备良好的透光性、稳定性和可靠性。然而，目前的光学材料在某些性能方面仍存在不足，例如片上光源的效率、波导的损耗等，这些都会影响CPO的整体性能。
在热管理与散热问题上，由于CPO是将大量的电子器件和光学器件封装在一起，会产生大量的热量。如果热管理不当，会导致器件性能下降、寿命缩短甚至失效。因此，如何有效地进行热管理和散热是CPO技术面临的一个重要挑战。此外，由于CPO需要使用高性能的光学材料和先进的封装技术，导致制造成本较高。如何在保证性能的前提下降低成本，也是CPO技术商业化应用需要解决的问题。
结语
长期来看，CPO依然是实现高集成度、低功耗、低成本以及未来超高速率模块应用方面最优的封装方案。目前主要厂商英伟达、台积电、博通，也包括国内的腾讯、阿里等均在积极开发相关解决方案。比如通过采用2.5D或3D封装技术，可以实现光引擎和交换芯片之间的高密度互连；使用其他新型材料，如铌酸锂等，以进一步提高CPO的性能；并探索使用热管、热界面材料等新型散热材料和技术，提高CPO的散热性能等。随着技术的不断成熟和标准化的推进，CPO技术有望在未来发挥越来越重要的作用。
