2026年光通信行业系列报告二：光电共封装重构算力互连架构，CPO开启高密度高能效新时代

光电融合革命：CPO 技术如何重塑下一代算力基础设施

共封装光学 CPO（Co-Packaged Optics） 是一种将光引擎与交换 ASIC 芯片通过高密度互连 集成于同一封装载体内的先进架构。该技术通过将光引擎紧邻 ASIC 封装，显著缩短高速电 接口（如 SerDes）的传输距离，实现芯片间（D2D）及设备间（M2M）的短距光互连。CPO 方 案省去了传统架构中复杂的射频走线及 Redriver/Retimer 等中继器件，从而显著降低功耗 与系统成本，实现更高的集成度与带宽密度。在该架构下，光引擎取代传统光模块，成为光 电转换的核心单元，被视为下一代低功耗、高集成度封装技术的主要发展方向。 CPO 正成为突破算力扩展瓶颈的关键技术，其价值将在 Scale-Up 与 Scale-Out 两大路径中 充分体现。在 Scale-Up 层面，CPO 旨在解决节点内 GPU 互联的物理限制。传统铜缆在 200Gbps/lane 及以上速率时，传输距离最多只有两米且功耗高。CPO 通过光电深度融合，将 能效提升至接近大规模商用临界点（当前 Nvidia 方案已达 5.6pJ/bit，逼近铜缆 5pJ/bit 替 代阈值），从而打破机箱边界，实现跨机柜的低延迟统一内存访问，为构建超大规模计算单体 铺平道路。在 Scale-Out 层面，CPO 通过光引擎与交换 ASIC 的共封装，将助力突破 51.2T+ 交换机的带宽与能效瓶颈。它大幅提升了叶脊网络的互联密度，有效支撑 AI Fabric 的大规 模节点间通信，是实现分布式集群高效横向扩展的核心引擎。

CPO 核心优势：光电融合驱动的架构革新

光模块的演进历程，本质上是一场持续向交换芯片 ASIC 靠拢、不断缩短电光转换距离的技 术革命。纵观发展历程，可插拔光模块（Pluggable）→板载光学（OBO）→近封装光学（NPO） →共封装光学（CPO）→裸片级 CPO 封装内光学（OIO），这一过程的核心驱动力，始终围绕互 连距离的缩短、带宽密度与能效比的提升，以及光电融合的不断深化。在这一演进路径中， CPO 相较于目前广泛使用的可插拔架构，展现出高密度、高能效、高性能与架构简化等多重 优势；而未来的 OIO 将进一步把光 I/O 直接集成至计算/存储芯片，取代传统电 I/O 变为光 信号，在带宽与延迟方面实现更深层次优化。

2.1.高密度集成：突破物理空间限制，提升单位面积算力

在 CPO 架构下，系统集成密度实现数量级提升，显著增强单位面积的计算与通信能力。在相 同交换机前面板面积条件下，CPO 可支持的光通信端口数量可以突破传统可插拔模块限制。传统可插拔光模块作为独立单元，需配套外壳、连接器及高速 SerDes 接口，端口密度受限于 模块体积与 PCB 布线资源。相比之下，CPO 利用硅光平台与先进封装技术（如 CoWoS、微凸块 互连），将光引擎以裸芯片形式与交换芯片集成于同一基板，实现百微米级光电互连。从带宽 密度来看，传统可插拔光模块通常仅能达到约 5–40 Gbps/mm，而共封装光学（CPO）架构可 提升至 50-200Gbps/mm 级别，实现约一个数量级的提升。

2.2.高能效表现：重构光电转换路径，大幅降低系统功耗

2.2.1.架构重构实现能效跃升

CPO 技术最突出的优势在于其卓越的能效表现，能够将光通信系统整体功耗显著降低 50%以 上。这一突破性成果源自对传统架构中“电-光转换”环节的根本性重构。CPO 架构的核心优 势源于极短的电互连：1）物理长度的急剧缩短直接降低了驱动功耗与阻抗损耗；2）由此带 来的优质信号完整性，降低了对高功耗 DSP 进行复杂信号补偿的依赖；3）光电协同设计消除了冗余的信号调理链路。实际数据印证了这一优势：以 Nvidia Spectrum-X Photonics 为 例，其 1.6Tb/s CPO 方案总功耗仅为 9W（光引擎 7W，激光器 2W），而传统可插拔光模块总功 耗高达 30W（仅 DSP 就达 20W，激光器 10W），CPO 方案实现了约 3.5x 的能效提升。博通在 ECOC 2025 公布的测试结果显示，在同等 800G 带宽下，传统 800G 2×FR4 可插拔光模块功耗 约 15W，而采用 CPO 交换芯片时，其光引擎与外置激光源合计功耗约 5.4W，对应约 65%的功 耗下降。在 Nvidia 的大规模 AI 集群测算中，CPO 的优势进一步放大。以 GB300 NVL72 架构、 三层网络为例，传统 DSP 光模块仅光收发器即消耗 17MW 电力；切换至 CPO 后，光互连相关 功耗可下降约 84%，即便考虑交换机侧新增光引擎与外置激光源，整体网络功耗仍可降低约 23%。若结合 CPO 高端口密度带来的网络扁平化（由三层向两层演进），总网络功耗降幅可扩 大至约 48%。

2.2.2.规模部署带来显著节能收益

CPO 的节能效益随交换机容量提升而呈指数级放大。在 25.6T 系统中，CPO 相较于可插拔方 案节能约 46%-56%，单台日节电量约为 4.6-6.9 度。而当容量升级至 51.2T 时，其节能幅度 进一步提升至 58%-66%，单台日节电量大幅增至 11.5-16.1 度。在大规模数据中心部署下， 万台 51.2T 交换机规模的数据中心每年能够因此省下约 4205-5887 万度电。这不仅直接转化 为巨额电费节省，大幅降低 OPEX，更极大地缓解了数据中心的供电和散热压力，降低了碳排 放，符合“双碳”战略目标。因此，CPO 是未来超大规模数据中心实现高速互联与绿色发展 的关键技术路径。

2.3.高性能突破：解决信号完整性瓶颈，支撑高速率与低时延性能

CPO 技术从传输速率、信号质量、降低延迟三方面突破了可插拔光模块的性能瓶颈。在传输 速率方面，CPO 将电互联距离从厘米级缩短至百微米级，这一关键突破大幅降低了信号在传 输过程中的衰减、反射和串扰，使得 224G 及以上 SerDes 的信号完整性问题得到根本性解决， 为稳定实现 3.2T 及更高速率铺平了道路。在信号质量方面，CPO 通过极短距离的电互联，在 200Gbps 通道，将传统 EML 方案高达 22dB 的连接损耗大幅降至仅 4dB。更重要的是，虽然光 速是有限的，但 CPO 架构通过两个关键机制实现了纳秒级的延迟降低：1）电信号传输距离 的缩短，直接减少了信号传播时间；2）由于传输路径大幅缩短，信号质量显著提升，这使得 原本用于信号修复的复杂数字信号处理（DSP）得以简化甚至移除，消除了 DSP 处理带来的主 要延迟。这种纳秒级的延迟降低对于需要极低延迟通信的高性能（HPC）计算和 AI 训练集群 具有重要意义。

2.4.架构简化：降低系统复杂性和总拥有成本

相较于传统可插拔光模块，CPO 通过架构层面的深度集成，从根本上降低了系统的整体复杂 性与总拥有成本。其核心优势体现在三大关键路径上： 简化信号路径，降低电气复杂度与材料成本：CPO 将光引擎与计算/交换芯片在封装内紧 密集成，极大地缩短了高速电信号的传输距离。这不仅显著缓解了对 PCB 材料、布线工 艺和信号完整性的极致要求，更直接降低了高速板材的使用与主板设计的复杂度，从而 在源头上压缩了硬件成本。 统一热管理，提升散热效率与能源效益：CPO 将光学器件纳入主芯片的统一散热体系中， 构建了更短、更高效的热管理路径。这种集成化散热方案降低了对复杂独立光模块进行 冷却的能耗，提升了整体散热效率，有助于直接降低数据中心的冷却功耗，实现运行成 本的节约。优化物理布局，提升密度与可靠性：CPO 采用光纤阵列直接出光，彻底避免了设备内部 大量的光纤跳线。这不仅解决了机柜内布线混乱、空间占用多的问题，使得设备布局更 加紧凑可控，也减少了因连接器松动和线缆弯折导致的故障点，提升了系统可靠性与可 维护性。 总而言之，CPO 通过信号路径的简化、热管理的统一与物理布局的优化，实现了系统架构的 代际升级，不仅降低了前期的硬件与材料成本，更通过减少空间占用、降低冷却能耗和提升。

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