電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李彎彎）CPO（Co-Packaged Optics，光電共封裝）是一種將光學(xué)器件與電子芯片直接集成在同一封裝內(nèi)的技術(shù)，旨在解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中高速信號(hào)傳輸?shù)墓摹⒀舆t和帶寬瓶頸問題。隨著人工智能、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和能效的要求不斷提高，CPO技術(shù)逐漸成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

CPO光電共封裝技術(shù)原理及挑戰(zhàn)

CPO技術(shù)核心原理在于通過縮短光電器件與芯片之間的物理距離，減少信號(hào)傳輸損耗，提升系統(tǒng)性能。在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心或通信系統(tǒng)中，光模塊與交換芯片通常通過PCB板連接，信號(hào)傳輸距離較長，導(dǎo)致功耗高、延遲大，且難以滿足未來高速率的需求。

CPO的核心目標(biāo)是通過將光引擎（如激光器、調(diào)制器、探測(cè)器等）與交換芯片（如ASIC）直接封裝在一起，顯著縮短電信號(hào)傳輸路徑，降低功耗和延遲，提升帶寬密度和系統(tǒng)能效。

CPO將光引擎與交換芯片集成在同一封裝體內(nèi)，通常采用2.5D或3D封裝技術(shù)。2.5D封裝：通過硅中介層（Interposer）將光引擎與芯片連接。3D封裝：通過垂直互連（如TSV，硅通孔）實(shí)現(xiàn)更短的信號(hào)路徑。在CPO中，電信號(hào)從交換芯片到光引擎的傳輸距離縮短至毫米級(jí)，相比傳統(tǒng)方案的厘米級(jí)距離，信號(hào)損耗大幅降低。

光引擎負(fù)責(zé)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)（發(fā)射端）或?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（接收端）。CPO通過將光引擎與芯片集成，減少了外部光模塊的復(fù)雜性和功耗。由于信號(hào)傳輸路徑縮短，CPO可以減少對(duì)高功耗的SerDes（串行器/解串器）的依賴，進(jìn)一步降低功耗。

CPO具有低功耗、低延遲、高帶寬密度、小體積等優(yōu)勢(shì)。通過縮短信號(hào)傳輸路徑和減少SerDes使用，CPO可顯著降低功耗。例如，相比傳統(tǒng)可插拔光模塊，CPO的功耗可降低50%以上。信號(hào)傳輸路徑的縮短大幅降低了延遲，滿足AI、高性能計(jì)算等對(duì)低延遲要求苛刻的應(yīng)用場(chǎng)景。CPO支持更高的端口密度和帶寬，適用于未來數(shù)據(jù)中心和通信系統(tǒng)的高速率需求。集成化設(shè)計(jì)減少了系統(tǒng)體積，提高了空間利用率。

當(dāng)然CPO技術(shù)當(dāng)前也面臨挑戰(zhàn)：其一，由于光學(xué)器件對(duì)熱特別敏感，而共封裝結(jié)構(gòu)中芯片和光學(xué)元件的集成度較高，散熱空間有限，散熱難度增大。CPO模塊集成了大量的光電器件，在工作過程中會(huì)產(chǎn)生較高的熱量密度，可達(dá)500W/cm2。如此高的熱量密度如果得不到有效管理，將導(dǎo)致模塊溫度升高，影響器件的性能和可靠性，甚至可能引發(fā)故障。目前，液冷和微通道散熱技術(shù)被認(rèn)為是解決CPO散熱問題的有效途徑，但液冷系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本較高，微通道散熱技術(shù)的制造工藝難度較大等。

其二，封裝工藝是實(shí)現(xiàn)CPO技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其復(fù)雜性和技術(shù)難度較高。TSV和TGV（玻璃通孔）等先進(jìn)封裝技術(shù)是實(shí)現(xiàn)光電混合集成的重要手段，但TSV的良率較低，制造成本較高，TGV的對(duì)準(zhǔn)精度要求高，工藝復(fù)雜等，限制了CPO技術(shù)的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

CPO關(guān)鍵企業(yè)及技術(shù)實(shí)力

CPO涉及到的關(guān)鍵企業(yè)眾多，涵蓋了光模塊、光芯片、光器件、交換機(jī)、封裝設(shè)備、散熱材料等多個(gè)領(lǐng)域，如中際旭創(chuàng)、光迅科技、新易盛、華工科技、博創(chuàng)科技、仕佳光子、源杰科技、立訊技術(shù)、光庫科技、天孚通信、銳捷網(wǎng)絡(luò)、紫光股份等。

中際旭創(chuàng)，全球光模塊行業(yè)龍頭，專注于800G/1.6T高速光模塊研發(fā)生產(chǎn)，產(chǎn)品用于數(shù)據(jù)中心和AI算力集群，800G光模塊全球市占率超50%，在CPO相關(guān)光模塊領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，深度綁定英偉達(dá)等國際巨頭。

光迅科技，在CPO封裝和硅光芯片領(lǐng)域有多年積累，產(chǎn)品覆蓋光芯片、無源器件及模塊。主要面向電信運(yùn)營商和超算中心，提供定制化CPO解決方案。2024年聯(lián)合思科發(fā)布全球首款1.6T硅光模塊，并參與制定國際CPO標(biāo)準(zhǔn)。

新易盛，800G光模塊量產(chǎn)能力領(lǐng)先，已在OFC2023期間推出相關(guān)1.6T光模塊產(chǎn)品，是全球少數(shù)掌握1.6T光模塊量產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)，2024年啟動(dòng)CPO試產(chǎn)線，預(yù)計(jì)2026年規(guī)模化量產(chǎn)。

華工科技，國際一流光電企業(yè)，具備從芯片到模塊的全產(chǎn)業(yè)鏈能力。其光模塊產(chǎn)品覆蓋400G/800G，并布局CPO封裝測(cè)試產(chǎn)線。全球首發(fā)3.2Tb/s液冷CPO超算光引擎，能效低至5pJ/bit，功耗降低70%。

博創(chuàng)科技，硅光技術(shù)領(lǐng)先，400G量產(chǎn)、800G完成驗(yàn)證，CPO散熱方案降低功耗23%，綁定Marvell開發(fā)AEC產(chǎn)品，是國內(nèi)唯二實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的企業(yè)，PLC光分路器/DWDM技術(shù)領(lǐng)先，布局CPO配套器件。

仕佳光子，提供CPO核心組件，如高功率CW DFB激光器、MPO連接器，適配1.6T光模塊，是光芯片國產(chǎn)化標(biāo)桿，PLC分路器全球市占率20%。

源杰科技，25G激光器芯片技術(shù)突破者，CPO上游核心芯片供應(yīng)商。全球10G激光器芯片市占率第一，CW大功率激光器技術(shù)適配CPO需求。單波100G EML、50G VCSEL芯片量產(chǎn)，支撐800G以上光模塊升級(jí)。

立訊技術(shù)，在CPO技術(shù)領(lǐng)域有深厚積累。自主研發(fā)的“共封裝光互連技術(shù)”創(chuàng)新性地將光收發(fā)芯片、光電信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片與處理器集成，模塊體積縮小40%。與全球頭部硅光芯片廠商聯(lián)合開發(fā)專用光/電芯片，優(yōu)化信號(hào)完整性與功耗表現(xiàn)。

光庫科技，800G鈮酸鋰調(diào)制器芯片量產(chǎn)，適配CPO封裝，降低光模塊全周期成本40%，進(jìn)入英偉達(dá)、思科供應(yīng)鏈，覆蓋長距骨干網(wǎng)與超算中心。

天孚通信，光器件一站式解決方案商，CPO上游核心供應(yīng)商。CPO系統(tǒng)是一個(gè)高度集成的光電通信架構(gòu)，其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括激光器、微環(huán)調(diào)制器、光波導(dǎo)、光電探測(cè)器、驅(qū)動(dòng)電路、光耦合器和熱管理系統(tǒng)等。天孚通信為CPO提供激光器、光放大器等關(guān)鍵無源器件，與中際旭創(chuàng)、博創(chuàng)科技等廠商深度合作。在高速光引擎封裝和散熱設(shè)計(jì)上具備專利優(yōu)勢(shì)。

銳捷網(wǎng)絡(luò)，全球首推CPO交換機(jī)，整機(jī)功耗降23%+液冷散熱成本降35%，參與制定CPO交換機(jī)國際白皮書，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)話語權(quán)突出。

紫光股份，推出國內(nèi)首款51.2T CPO硅光數(shù)據(jù)中心交換機(jī)，融合液冷散熱和硅光技術(shù)，單芯片帶寬達(dá)51.2T，功耗降低40%以上，主要服務(wù)于AI算力網(wǎng)絡(luò)，滿足低時(shí)延、高吞吐需求。

寫在最后

CPO技術(shù)的工作原理是通過將光引擎和交換芯片集成在同一封裝體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)的高效轉(zhuǎn)換和低損耗傳輸。其核心在于縮短信號(hào)傳輸路徑、優(yōu)化功耗和熱管理，從而滿足未來高速率、低延遲、高帶寬密度的通信需求。隨著封裝工藝和散熱技術(shù)的進(jìn)步，CPO技術(shù)有望在數(shù)據(jù)中心、高性能計(jì)算、人工智能等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。