CPO技术原理、优势、发展催化及趋势分析

光电共封装（CPO）是一种新光电互联集成技术。

光电共封装（CPO）是一种在数据中心光互连领域应用的光电共封装方案。其 核心是将光模块不断向交换芯片靠近，缩短芯片和模块之间的走线距离，并逐 步替代可插拔光模块，最终把交换芯片（或XPU）ASIC和光/电引擎（光收发 器）共同封装在同一基板上，光引擎尽量靠近ASIC，以最大程度地减少高速电 通道损耗和阻抗不连续性，从而可以使用速度更快、功耗更低的片外I/O驱动器。 CPO技术的核心是光电芯片，它包含了光学器件和电子器件。在光电芯片内部， 光学器件将光信号转换成电信号，电子器件将电信号转换成光信号。

智算中心驱动的高速率场景下，降本、降低功耗需求显著。SerDes速 率不断提升，光模块之间的功耗不断升高，随着40G、100G、400G、 800G的迭代，相比2010年的交换机，目前51.2T的交换机中，光器件 能耗增加26倍，光模块整体功耗大约可占交换机功耗的40%以上。 根据SENKO数据，CPO显著降低光模块功耗，助力系统整体功耗减少 25%-30%。

LPO（linear drive pluggable optics)，线性驱动可插拨光模块，通过线性直驱技术替换传统的DSP，实现系统降功耗、降延迟的优势，但系统误码率和传输 距离有所牺牲。LPO摒弃数字信号处理器（DSP），通过使用具有优异线性度和均衡能力的转阻放大器（TIA）和驱动芯片（DRIVER）来替代DSP，消除信号恢 复需求，降低处理开销和系统延迟，特别适用于对时序要求极高的高性能计算中心（HPC）中GPU间通信场景。目前SerDes主流规格112G很快升级到224G， LPO无法跟上224GSerDes的要求。部分DSP领域较弱厂商推进LPO方案。Macom、Semtech、美信等DSP领域较弱的电芯片厂商大力推进LPO，以绕开DSP短 板。目前LPO方案标准化尚未成熟，主要集中在电接口和光接口。 相对于LPO，CPO注重光电共封装，适用于高速高密度互联传输场景，能满足高速数据传输需求，且在适配未来高规格 SerDes 方面可能比LPO更具潜力。随着 数据量爆发式增长，对高速传输需求日益迫切，CPO 因具备满足高速传输需求的优势以及较大技术潜力，能跟上技术升级步伐，为行业发展提供持续技术支持。 目前CPO技术已经开始小批量商用。在2022年，博通就与腾讯合作，博通将提供25．6Tbps Humboldt CPO交换设备，采用博通Tomahawk®4交换芯片，直 接与4个3．2Tbps SCIP光学引擎耦合和共封装。

本轮AIGC革命拉动了新一轮数据中心网络发展，CPO技术同样受益，主要发展催化点包括： 发展催化一：AIGC技术迅猛发展，算力需求激增，全球互联网云厂持续加大资本开支。四大北美互联网云厂商2025年规划资本开支合计预计超过3100亿美元， 中国四大互联网云厂2025年资本开支合计预计超过5000亿人民币。 发展催化二：英伟达、博通、Marvell等头部芯片厂商均在加速落地CPO交换机。博通已经研制了两代商用产品，英伟达已经研制支持IB协议和以太网协议的 产品。 发展催化三：国内交换机厂商已陆续发布CPO交换机，国内光模块龙头企业也在布局CPO技术。

本轮AIGC革命也推动了CPO技术加速迭代更新，未来CPO技术主要演进路径包括： 技术趋势一： 电信号SerDes传输速率不断迭代，2024年224G速率成熟，推动光电信号单通道传输速率再提升一倍，CPO集成度持续提升。未来随着 SerDes传输速率的提升，CPO技术能力将继续增强。  技术趋势二：通过硅光材料实现降本降功耗。 技术趋势三：采用3D先进封装，将光电芯片进行垂直互连，可以不仅能实现更短的互连距离、更高的互连密度和更好的高频性能，还能实现更低的功耗、更 高的集成度和更紧凑的封装。 技术趋势四：Ayarlabs、博通、intel等头部厂商均在积极研发Optical IO技术，实现算力芯片间的光互联。