2026年专用设备行业AI珠峰系列五：CPO渐行渐近，有望重构高效算力互连架构

CPO：下一代光互联架构，开启高密度连接时代

（一）CPO：传统光模块的下一技术路径，性能优势显著

传输速率需求上升凸显传统光模块长距离电信号传输弊端。传统机柜间主要采用光 模块进行光电转换信号传输，根据Semi analysis，进行光通信的光模块通常位于距 离XPU或交换ASIC 15-30厘米处，因此电信号需经长距离PCB走线传输到光模块。 近年来随着大模型Token消耗需求量的持续上升，数据中心的带宽和能效要求也随 之提升，其中在I/O接口数量有限的情况下，SerDes的信号传输速率提升是主要方向， 而这会使光模块的长距离PCB电信号传输面临信号完整性和功耗的双重制约。

电信号传输速率提升会加剧电信号长传输过程中信号失真问题。在信号完整性方面， 根据张冠男《光电共封装技术发展及TSV工艺优化》，电信号在导体内的传输存在损 耗，且速率越高损耗越大。在传统电芯片封装体中，1310nm波长光纤的典型传输损 耗为0.35dB/Km，而高速电信号的板级传输损耗即高达5dB以上。因此，随着SerDes 电信号速率的不断增大，为了满足高速信号的长距离低损耗传输，将电信号转化成 光信号进行传输势在必行，其中缩短光模块核心器件与交换ASIC的电信号传输距离 是主要优化方向。

为补偿信号衰减，光模块会使用DSP芯片来重新定时和重整长距离传输来的电信号。 根据Semi analysis，DSP芯片是光模块中最耗电且价格最昂贵的组件之一，在功耗层面，DSP占模块总功耗的近50%，800G和1.6T光模块中DSP芯片的功耗分别为6- 7W和12-14W；在成本层面，若采用高端品牌的光模块，DSP芯片可占集群总拥有 成本的近10%。因此降低交换ASIC与光模块之间的传输距离，进而舍弃DSP芯片是 重要发展方向。

为实现短距离的电信号传输，CPO共封装光学（Co-packaged Optics）应运而生。 CPO的核心理念是将光学引擎与交换芯片ASIC或计算功率芯片直接集成在同一封 装中。该设计取消了传统通过前面板接口连接主板的可插拔光模块，将电信号传输 路径从几厘米缩短到毫米级，从而显著降低信号衰减、功耗和延迟。根据Broadcom 官网，与光模块相比，CPO核心是将原本光模块的1、2、3电信号传输步骤缩短至了 只有1的传输步骤。传统800G光模块单端口功耗约为15W，CPO方案的800G光引擎 单端口功耗仅为5.4W，能节省约65%功耗。

从结构来看，CPO核心变化是舍弃了DSP交换芯片并外置了ELS激光光源。根据亿 源通科技官网，CPO交换机以交换芯片ASIC为中心，将OE光引擎与ASIC直接共封 装在同一基板或中介层上。CPO采用了ELS外置激光光源方案，通过保偏光纤组件 将纯净激光输送至光引擎内部，同时通过柔性光背板实现光信号的柔性布线与高密 度连接，最终由连接器/适配器对接外部光纤链路。光引擎接收到电信号后，利用ELS 注入的连续激光完成电光调制，将数据“刻”在光载波上，再通过柔性光背板和连接器输出到光纤中传输。接收端则反向操作，将光信号解调成电信号传回ASIC。

CPO与传统光模块在光引擎的核心架构上存在本质差异。CPO采用的硅光方案与传 统光模块的差异核心体现在集成方式与器件构成上。传统光模块的光引擎多采用分 立器件组合形式，调制器、探测器、光波导等关键光电元件相互独立，通过外部耦 合、组装实现光路连接，器件离散程度高。而CPO依赖的硅光芯片则依托硅基集成 平台，将调制器、无源波导、光电探测器等核心光路组件直接集成在同一芯片基底 上，实现了光电器件的单片化整合，从分立组装转向芯片级集成。

目前NPO是光模块向CPO发展的过渡阶段，CPO与NPO的本质区别是光引擎与 ASIC是否共用基板。在NPO中，光引擎与交换芯片ASIC分别封装，但安装在同一块 PCB板上并通过PCB走线连接，电气互连距离较长。在CPO中，光引擎与交换芯片 直接集成在同一个封装基板或封装壳体内，电气互连距离短。

可插拔光模块虽具备热插拔、易维护的灵活性，但难以支撑800G以上速率的长期发 展；NPO作为向CPO过渡的中间形态，将光模块移至紧邻ASIC的独立基板，把电互 联距离缩短至1–5厘米，在功耗效率和带宽密度上实现了中度改善，能适配早期AI高 密度聚合场景，但仍需与ASIC散热协同。而CPO则将光引擎与ASIC集成在同一基底 /中介层，电互联距离压缩至1厘米以内，不仅能实现50%以上的功耗降低，还拥有最 高的带宽密度潜力，是面向超高密度、功耗敏感型AI/ML场景的终极方案。

（二）CPO 交换机：主流厂商进展迅速，即将商业化落地

CPO交换机即将商业化落地，英伟达、博通和Marvell较为领先。现阶段尽管CPO技 术仍处于早期商业化阶段，但英伟达、博通和Marvell等主要厂商已在CPO交换机赛 道开辟专有解决方案。英伟达CPO交换机以Spectrum-X和Quantum-X两个系列为核 心，博通CPO交换机经过两个版本的迭代已计划推出Davisson系列，Marvell也已布 局全栈式CPO技术体系，最新推出TX9190 CPO交换机。

1. 英伟达：发布两款CPO交换机Spectrum-X和Quantum-X

英伟达已发布两款CPO交换机Spectrum-X和Quantum-X。根据Semi analysis，英 伟达GTC 2025上，英伟达首次推出了面向扩展网络的基于CPO的三款交换机，分别 为Quantum X800-Q3450、Spectrum 6810和Spectrum 6800。根据微电子制造公众 号，2026年3月英伟达正式发布两款硅光网络交换机Spectrum-X和Quantum-X。两 款交换机适配不同场景，Spectrum-X用于以太网平台，适合多租户、超大规模AI工 厂；Quantum-X用于InfiniBand平台，采用液冷设计。Quantum-X交换机预计2026年 后期上市，Spectrum-X交换机将会由领先供应商在2026年推出。 Quantum 3450：该款CPO交换机拥有144个物理MPO端口，支持144个800G逻辑 端口或72个1.6T逻辑端口，总带宽为115.2T，采用四颗28.8Tbit/s带宽的QuantumX800 ASIC芯片，每个ASIC外围有六个可拆卸的光学子组件，每个子组件内含三个 光引擎。 Spectrum-X：Spectrum-X Photonics平台代表CPO交换机技术的下一步演进，该产 品线包括Spectrum 6810提供102.4T的总带宽和Spectrum 6800通过四封装设计提 供409.6T带宽的两种配置。Spectrum-X不同于使用四个独立的单片交换封装的 Quantum X800-Q3450，Spectrum-X采用多芯片模块，中心是更大的102.4T交换 ASIC，周围环绕八个224G SerDes输入/输出chiplet，每侧两个chiplet。每个 Spectrum-X光子多芯片模块交换封装在单个102.4T交换封装中集成36个光引擎。 Spectrum-X 6810交换盒使用一个多芯片模块封装单元来提供102.4T总带宽。更大 的Spectrum-X 6800交换盒通过利用四个这样的Spectrum-X交换封装实现409.6T的 总带宽，这些封装在多平面配置中连接到外部物理端口。

2. 博通：在CPO交换机领域布局较早

博通在CPO交换机领域布局较早，2022年就已推出首款CPO交换机。根据Semianalysis，博通第一代CPO器件称为Humboldt，基于Tomahawk 4交换ASIC，于2022 年推出时主要作为概念验证。第二代CPO器件Bailly基于Tomahawk 5交换ASIC，在 2024年推出。2026年，博通正在推出基于Tomahawk 6交换ASIC的Davisson CPO 交换机。 Humboldt：第一代Humboldt系统配备25.6T以太网交换机，一半CPO一半电气连接， 使用4个3.2T光引擎和32x100Gbps DR连接，光引擎是键合到SiGe EIC的光电子集 成芯片，约有250个光学组件。 Bailly：第二代Bailly系统，配备51.2T以太网交换机，全光CPO连接使用8个6.4T光 引擎和64x100Gbps FR4连接，光引擎是键合到CMOS EIC的光电子集成芯片，包含 约1000个光学组件。 Davisson：Davisson以太网交换机的物理实现，配备开发的CPO 200G/lane PAM4技术和16x 6.4T OE chiplet的DR光学配置。交换ASIC采用TSMC的N3工艺节点制 造，每个封装提供102.4 T每秒的带宽。