CPO 量產引爆 AI 算力底層革命，硅光與互連成最大贏家？

AI 數據中心對帶寬和能效的需求持續攀升，驅動光互連技術走到了一個關鍵節點。

天風證券於 4 月 16 日發佈的行業深度報告《CPO 通信器件深度剖析》指出，CPO（共封裝光學）交換機已正式進入量產階段，英偉達與博通雙雙落地商業產品，台積電 COUPE 硅光平台成為底層核心架構。

為什麼 CPO 如此重要？簡單來説，傳統光模塊是"插在交換機外面的"，信號要繞一大圈；CPO 則是把光引擎直接封裝進交換機芯片旁邊，信號路徑從幾十厘米縮到幾毫米。天風證券報告援引英偉達數據顯示，這一改變將插入損耗從 22dB 大幅降低至約 4dB，信號完整性提升 63 倍，系統光功率效率最高提升 5 倍，網絡韌性提升 10 倍。

英偉達雙平台落地，Spectrum-X 首款 CPO 以太網交換機全面量產

天風證券報告顯示，英偉達在 GTC 2025 上首次發佈 Quantum-X Photonics 與 Spectrum-X Photonics 兩條 CPO 產品線。

Spectrum-X 方面，其 CPO 交換芯片已進入全面量產階段。作為全球首款全面集成的 512 lane 200G-capable CPO 以太網交換機系統，已集成至 Vera Rubin 平台中的 Spectrum-6 SPX 網絡機架，採用 102.4 Tb/s 交換芯片。

能效是這一方案的核心賣點。報告援引數據稱，傳統 1.6Tbps 可插拔光模塊功耗約 30W，其中超過一半消耗於 DSP。英偉達 CPO 方案通過將硅光器件直接集成至交換機封裝內部並取消 DSP 結構，在系統層面實現了最高可達5 倍的光功率效率提升，以及10 倍的網絡韌性提升；同時減少激光器數量約 4 倍，降低運營成本與網絡中斷風險。

Quantum-X方面，液冷交換機系統 Q3450 搭載四顆 Quantum-X ASIC，總計 144 個 MPO 物理端口，整機全雙工帶寬達115.2Tbps，單顆 ASIC 吞吐能力 28.8Tbps。每顆 ASIC 集成 18 個光引擎，每個光引擎可提供 1.6Tbps 帶寬。

博通：從 Bailly 到 Davisson，能效提升超 3.5 倍

博通則是最早實現支持 CPO 系統的廠商之一，在英偉達加入之前，也是唯一一個發佈了配備 CPO 生產系統的廠商。

其 Tomahawk 5 – Bailly（TH5-Bailly）為業內首個量產 CPO 解決方案，整機帶寬 51.2Tbps，集成 8 個光引擎，每個光引擎帶寬 6.4Tbps，對應 64 條 100Gbps 通道。

代際升級方面，博通推出 Tomahawk 6 – Davisson（TH6-Davisson）102.4Tbps CPO 交換平台，單調製器速率達 200Gbps，較 Bailly 翻倍。報告稱，該平台相比傳統可插拔光模塊方案，光互連功耗降低約 70%，系統能效提升超過 3.5 倍。

值得關注的是，博通早期曾多次迭代採用 SPIL 開發的扇出晶圓級封裝（FOWLP）方案，但由於寄生電容較大，單通道速率難以擴展至 100Gbps 以上。為此，博通轉向基於台積電 COUPE 技術的封裝架構，以進一步降低信號調理需求並最大限度減少跡道損耗和反射。

台積電 COUPE 硅光：雙巨頭共同押注的技術底座

為什麼英偉達和博通都選擇了同一家供應商的同一套方案？

報告指出，COUPE（緊湊型通用光引擎）是台積電基於 SoIC 3D 混合鍵合技術構建的硅光平台，核心在於通過晶圓級垂直堆疊，將電子集成電路（EIC）直接鍵合至光子集成電路（PIC）之上。

可以做一個簡單類比：傳統方案中，PIC 和 EIC 之間的電信號連接就像隔着一條走廊喊話，能量損耗大、速度慢；而 COUPE 的 3D 鍵合相當於兩塊芯片直接貼合對話，路徑極短、損耗極低。

報告援引台積電數據顯示，與其他鍵合方法相比，SoIC 混合鍵合使 PIC-EIC 接口組合密度提升至少 16 倍，寄生電容降低約85%，在相同功耗條件下可實現約40% 的能耗下降或最高 170% 的速度提升；3 dB 帶寬仿真數據顯示可超過 100 GHz。

從系統能效角度，傳統銅互連繫統功耗通常超過 30 pJ/bit，傳統可插拔光模塊亦在 10 pJ/bit 以上；而基於 COUPE 完全集成的光學引擎，單位能耗可降至2 pJ/bit 以下，同時延遲降低超過 95%。

報告還指出，在量產落地階段，隨着 CPO 封裝向大尺寸與多光引擎整合演進，具備系統級先進封裝能力的 OSAT 廠商可能參與後段整合。天風證券稱，"日月光已展示可在>75mm × 75mm 封裝中整合多個光學引擎與 ASIC，實現<5 pJ/bit 功耗並提升帶寬，因此，COUPE 路徑下的 CPO 封裝落地存在由日月光等廠商承接的可能。"

高密度互連器件：FAU 需求翻倍，MPO/MPC 突破空間極限

CPO 帶來的不只是芯片層面的變化，還有一個容易被忽視的難題：上千根光纖怎麼走線。

CPO 交換機內部有超過 1000 根光纖需要走線和管理，光纖耦合與高密度互連器件的重要性因此大幅提升。以英偉達 X800-Q3450 為例，天風證券報告指出，超過 1000 根光纖從光引擎中引出，"造成了重大的組織挑戰"。這直接帶動了一批光學陣列器件的需求。

天風證券報告指出，光纖陣列單元（FAU）被廣泛用於輔助 CPO 中至關重要的光纖耦合過程，以低插入損耗將來自硅透鏡的光耦合到光纖中。據電子發燒友網引用數據，在 CPO 應用場景中，單台 CPO 交換機所需 FAU 數量可達傳統方案的 3 至 5 倍。博通已在其 Bailly CPO 交換平台中集成康寧（Corning）提供的精密光纖陣列（FAU）。

在連接器層面，報告介紹了兩類關鍵產品：

MPO 連接器：可同時完成多芯光纖的並行傳輸，大幅提升佈線密度。SENKO 的 MPO EZ-Way 連接器採用更低矮的外形設計，與傳統 MPO 連接器相比，可在光模塊接口上安裝的 MPO 連接器數量增加一倍。

MPC 連接器：專為 CPO 和高速數據中心應用設計的光纖到芯片直連方案，通過微鏡陣列將光直接耦合到芯片，連接器高度可降至 0.6mm，將插入損耗降至最低。

此外，報告還提到，OIF 正通過制定 3.2T CPO 模塊實施協議，推進多平面互連中的光接口一致性與外部激光源的模塊化，以期構建開放的 CPO 生態系統。

外部激光源：可換模塊解決可靠性痛點

傳統數據中心光學系統中，激光器反覆經歷熱循環，是導致故障和網絡中斷的主要原因之一。CPO 的解決方案是把激光器"請出來"，集中放置在獨立温控環境中。

天風證券報告介紹，英偉達 Quantum-X Photonics 配備 18 個外部激光源（ELS），每個 ELS 模塊包含 8 個獨立激光發射器，整機共 144 個。每個激光器支持 4×200Gbps 通道，單 MPO 連接器總帶寬 800Gbps。

關鍵優勢在於：激光器集中部署後，與傳統設計相比"數據中心內激光器總數減少了四倍"，且每個 ELS 模塊支持現場更換，"不影響周邊交換機基礎設施"。天風證券報告援引英偉達數據稱，這使網絡韌性提升 10 倍。

BOM 成本拆解：7 萬美元一台，光引擎與混纖盒是最大成本項

一台 CPO 交換機到底值多少錢？天風證券報告給出了詳細拆算。

以英偉達 X800-Q3450 為例：

• 光引擎：每個單元完整組裝（含光纖連接單元）成本約 1000 美元，僅光引擎總物料成本即達35,000 至 40,000 美元（針對 3.2T 光引擎版本）；

• 混纖盒：用於組織超過 1000 根光纖，處理數千根光纖的 X800-Q3450，混纖盒採購成本將超過3000 美元；

• BOM 總成本：含 2000 米光纖及其他雜項組件，合計約70,640 美元；

• 終端售價估算：假設毛利率 60%，售價約 176,600 美元，加上三年服務與保修分配的 28,256 美元，含服務總售價約 204,856 美元；

• 總功耗：3,548 瓦。

報告提示，上述成本估算基於當前生產規模，隨着產量擴大可能有所改善。