CPO商用化提速:Scale-out突破0到1,Scale-up有望率先大規模落地?

華爾街見聞
04/10

要站在光裏,不要光站在那裏。今日CPO概念板塊中,新易盛中際旭創創歷史新高,沃格光電漲停,中富電路等跟漲。

光電共封裝(CPO)技術正從實驗室走向大規模商用,AI算力爆發帶來的功耗與帶寬瓶頸,正將這一技術推至數據中心建設的核心議題。

西部證券研發中心最新發布的光模塊行業深度報告,英偉達博通等頭部廠商推動下,CPO商業化進程明顯提速。

在Scale-up側,由於NVLink等縱向擴展網絡屬於專有封閉體系,頭部廠商具備垂直整合能力以推動CPO落地,商業化推進需求的迫切性更高,但供給端的良率與產能瓶頸同樣更為關鍵。

在Scale-out側,CPO商用突破0到1,滲透率有望逐步提升;但對功耗和成本的改善幅度相對有限(三層網絡架構下總功耗僅優化2%、總成本僅優化3%),商業化節奏相對平緩。

同時,CPO交換機供應鏈高度碎片化,激光源、ELS模塊、光電測試等各環節均涉及多家供應商;建議關注大功率CW光源、FAU等分工清晰、已率先參與CPO交換機廠商聯合研發或有訂單預期的環節。

CPO核心優勢與現實短板

CPO(Co-packaged Optics,光電共封裝)通過將光引擎與交換機ASIC芯片集成封裝在同一基板上,從物理層根本上緩解了傳統數據中心網絡架構的瓶頸。

其核心優勢體現在三個維度:

一是大幅降低功耗,較DSP光模塊節能50%以上,英偉達Q3450 CPO每800G帶寬功耗僅4-5W,節能幅度達73%;

二是突破銅纜限制,支持跨機架擴展,英偉達Spectrum 6800理論上可連接131,072個GPU;

三是信號完整性顯著改善,電信號傳輸距離從15-30釐米縮短至數十毫米,MTBF(平均無故障時間)達260萬小時,遠超可插拔模塊的50-100萬小時。

長期來看,兩層網絡場景下,CPO方案可使集群總成本降低7%、網絡成本降低46%、光模塊成本降低86%。

但CPO並非沒有代價。光引擎單套成本高達3.5-4萬美元;高密度集成帶來嚴峻的散熱挑戰,需配套液冷系統;由於光引擎與主芯片固化集成,一旦故障通常需要更換整塊板卡,可維護性和靈活性較差。

此外,缺乏統一行業標準導致跨廠商兼容性差,英偉達的COUPE方案與博通的FOWLP方案之間目前尚無互操作共識。

多技術路線並行,過渡方案各有側重

當前業界並非單押CPO一條路線,而是多種技術方案並行演進,形成從可插拔到共封裝的技術光譜。

LPO(線性可插拔光模塊)通過移除傳統收發器中的DSP芯片、將信號處理轉移至主機端ASIC,實現功耗、成本和延遲的降低,但傳輸距離受限,系統兼容性存在挑戰。

NPO(近封裝光學)定位"內置式可插拔",相較CPO具備光引擎可插拔、適配PCB板工作、不佔用先進封裝資源及可大規模量產等優勢,在功耗和時延方面存在一定劣勢,被視為CPO的重要過渡方案。

XPO(超高密度可插拔光學)則代表可插拔路線的激進演進。2026年3月,Arista正式宣佈成立XPO MSA,目標形態為64通道、12.8Tbps單模塊帶寬,支持每模塊最高400W的冷板散熱能力,相對1600G-OSFP光模塊實現約4倍密度提升,兼具大帶寬、原生液冷和可插拔運維特性。

此外,立訊精密主推的CPC(共封裝銅纜)方案通過從封裝基板直接引出雙同軸銅纜,在信號完整性方面具備關鍵優勢,有望為448G SerDes部署提供可行路徑;

MicroLED CPO則通過將微米級發光二極管陣列與CMOS驅動電路集成封裝,以並行光發射方式實現更高密度傳輸,代表更遠期的技術探索方向。

綜合供應鏈成熟度和性能優勢,CPO相較於NPO和可插拔方案的綜合性價比優勢目前仍不明顯,客戶認可度有待提升。後續核心觀察變量在於:交換機芯片與SerDes通道的迭代情況,以及NPO規模化生產良率與CPO總成本之間的動態比較。

英偉達CPO交換機結構件全拆解

以英偉達Quantum X800-Q3450 IB CPO交換機為樣本,系統拆解CPO核心結構件與製造難點。首先該交換機配置如下:

該交換機配備4顆Quantum-X800 ASIC芯片,採用台積電4nm工藝,單芯片帶寬28.8T,總帶寬達115.2T,擁有1070億個晶體管。

光學側搭載72個1.6T光引擎,每三枚為一組可拆卸光學子組件,每枚光引擎對應8個單通道200Gbit/s微環調製器(MRM)。

激光源採用18個ELS模組,共計144個連續波(CW)DFB激光芯片,每顆功率輸出約300-350mW。

收發兩端合計1440根光纖,其中1152根用於發射/接收,288根為保偏光纖,對應144個單模MPO端口和36個保偏MPO。

存在以下四大核心製造環節:

微環調製器(MRM):相較於馬赫-曾德爾調製器(MZM),MRM尺寸極緊湊(面積25-225μm²),功耗低,天然支持WDM,但溫度敏感性極高(約為MZM的10-100倍),需精密溫控系統,非線性特性也給高階調製帶來挑戰。

PIC與EIC封裝:從2D、2.5D逐步向3D封裝演進,3D封裝通過垂直互連實現更短傳輸距離、更高集成度,但工藝難度和良率壓力顯著上升,是當前CPO技術研究的熱點與難點。

OE與ASIC芯片封裝:以英偉達Spectrum-X Photonics交換芯片封裝為例,其基板尺寸達110mm×110mm,遠超Blackwell架構的70mm×76mm;封裝過程中需先將36個已知合格的光學引擎通過倒裝焊技術固定在基板上,再進行中介層模塊鍵合,良率控制難度極高;隨着中介層尺寸增加,翹曲問題亦日益凸顯。

光纖耦合:CPO系統要求光纖以亞微米級精度對準芯片上的波導,且需在存在熱效應的交換機機箱內部完成操作,難度遠超可插拔模塊場景。邊緣耦合為當前主流方案,依賴微透鏡聚焦與波導錐形結構實現高效耦合。

供應鏈高度碎片化,關注分工清晰的核心環節

當前CPO供應鏈的碎片化程度,是制約其商業化提速的核心障礙之一。

從英偉達CPO交換機供應鏈圖譜來看,激光源、ELS模塊、FAU、MPO連接器、晶圓代工、OSAT封裝、光電測試等各環節均涉及多家供應商,但具備完整光電融合工藝能力的代工廠、專用高精度光電測試設備供應商及標準化封裝材料商仍相當稀缺。

在Scale-up側,CPO面臨的供給端制約更為突出。由於NVLink等縱向擴展網絡屬於專有封閉體系,頭部廠商具備垂直整合能力以推動CPO落地,商業化推進需求的迫切性更高,但供給端的良率與產能瓶頸同樣更為關鍵。

在Scale-out側,CPO對功耗和成本的改善幅度相對有限(三層網絡架構下總功耗僅優化2%、總成本僅優化3%),商業化節奏相對平緩。

建議投資者優先關注兩類方向:

一是分工清晰、已率先參與CPO交換機廠商聯合研發或有訂單預期的環節,包括大功率CW光源、FAU及ELS模組;

二是相較可插拔光模塊具有彈性增量的環節,包括CPO耦合/測試設備、保偏光纖、先進封裝(PIC和EIC封裝)、ASIC芯片和OE封裝、光纖分纖盒等。

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