CPO技术深度：市场现状、发展展望、产业链以及相关公司深度梳理

在当今数字化浪潮席卷全球的时代，数据量呈爆炸式增长，对高速、高效的数据传输需求愈发迫切。CPO（共封装光学，Co-Packaged Optics）技术作为光通信领域的关键创新，正逐渐成为推动行业发展的核心力量。它打破了传统光通信模块的架构模式，通过将光引擎和交换芯片进行更紧密的集成，在提升数据传输速率、降低功耗以及提高系统集成度等方面展现出了卓越的性能。

今天我们就将对CPO这种技术进行详尽地分析与梳理，试图从市场现状、CPO技术优势和光模块CPO驱动因素等基础层面对CPO技术进行梳理，并从产业链、市场机遇、相关企业市场发展的视角，对CPO技术所将带来的市场层面的产业机遇及相关企业布局进行相应分析。同时，也会立足发展的视角，对CPO技术后续的发展进行合理展望，以期帮助大家更为全面地了解CPO技术面貌，加深大家对相关层面知识的认知。

01

市场现状

1、CPO是一种新型的光电子集成技术

光电共封装（Co-Packaged Optics，CPO）是一种新型的光电子集成技术。光电共封装基于先进封装技术将光收发模块和控制运算的专用集成电路（ASIC）芯片异构集成在一个封装体内，形成具有一定功能的微系统。光电共封装技术进一步缩短了光信号输入和运算单元之间的电学互连长度，在提高光模块和ASIC芯片之间的互连密度的同时实现了更低的功耗，是解决未来大数据运算处理中海量数据高速传输问题的重要技术途径。

单比特成本和功耗的降低需求持续催化相关技术发展。根据Cisco数据，2010—2022年全球数据中心的网络交换带宽提升了80倍，背后的代价是交换芯片功耗增加约8倍，光模块功耗增加26倍，交换芯片串行器/解串器（SerDes）功耗增加25倍。由于光接口依赖于数模混合的SerDes技术，其能效演进低于ASIC部分，光接口的单比特成本和功耗下降的速率远落后于交换机ASIC部分，为了进一步降低功耗，需要通过缩短SerDes的距离或者减少SerDes的数量来降低功耗，因此在光互联的系统结构上出现了很多新型技术如OBO、NPO、CPO等。

1995年以来，可插拔光模块已被行业广泛使用，这些可插拔光模块安装在PCB边缘，ASIC在封装基底上，PIC/EIC与ASIC芯片之间的距离是最远的，走线较长，寄生效应明显，存在信号完整性问题，且模块的体积较大、互连密度低、多通道功耗较大。

2018年以来，板载光学（OBO）将光模块的关键组件，如光引擎/电引擎安装在与封装ASIC相同的PCB上，并围绕封装ASIC的四周排列，该方案使用PCB来连接封装ASIC和光引擎/电引擎。较可插拔光模块方案，PIC/EIC与ASIC之间的距离缩短，功率和电气性能方面有所改进。目前OBO已被部署于在特定需要比可插拔光学更高带宽密度的场景中，如IBM Power 775互连和Atos/BullBXI互连等，且多基于多模光学。COBO联盟完成了一个针对板载光学的MSA，包括关于八通道和十六通道（电气）板载光模块的规格，每通道最高可达56Gb/s。

2020年以来，业界提出近封装光学（NPO），将光引擎放置在与封装ASIC相邻的可选光学基板旁，集成在同一高性能基板上，使用高性能基板来连接封装ASIC和光引擎。根据OIF定义，NPO中ASIC和光学之间的长度可以达到150mm，同时将信道损耗限制在13dB以内。

2023年以来，自Intel和Broadcom推出CPO产品后，CPO得到进一步重视，其中光引擎（不包括光学基板）被放置在ASIC芯片的同一共封装基板的四周。此前业界已开始围绕CPO标准的建立共识，其中美国、中国和欧洲在标准化倡议方面走在了前列，包括光互联论坛（OIF）、机载光学联盟（COBO）、国际光子学与电子委员会（IPEC）和中国计算机互联技术联盟（CCITA）在内的组织在实施CPO标准方面取得了实质性进展，根据OIF规定，CPO将光引擎和ASIC的距离限制在50mm以内，信道损耗限制在10dB以内。由于跨度更短和损耗降低，CPO具有更低的功耗。根据Broadcom的数据，可插拔光模块的功耗从15pJ/bit到20pJ/bit不等，而CPO系统的功耗可以降低50%以上，达到5pJ/bit到10pJ/bit的范围。仿真结果表明，使用全对全通信模式时，时间缩短了40%。通过在交换机和服务器中实施CPO技术，可以将网络容量增加2倍，同时将交换机数量减少64%。

2、CPO：短期仍处于概念验证阶段

目前CPO还有许多亟待解决的关键技术问题需要突破，例如如何选择光引擎的调制方案、如何进行架构光引擎内部器件间的封装以及如何实现量产可行的高耦合效率光源耦合。短期来看，CPO设备总体仍处于概念验证阶段，仅博通有小批量试点——博通此前其与腾讯合作，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3．2TbpsSCIP光学引擎耦合和共封装；OFC2023上，博通展示了基于Tomahawk®5的CPO方案（Bailly）。

3、国外各主流芯片厂商积极布局CPO技术路线，方案百花齐放

（1）AMD：与Ranovus合作

2020年OFC：Ranovus首次展示了其共封装光学器件（CPO）的初步方案，利用其多波长quantum dot laser（QDL）和磁共振器技术创建了Odin系列硅光子学引擎，包含了用于800Gbps可插拔光模块的Odin8及适用于51.2Tbps以太网交换机的Odin32。Odin引擎包括一个1550纳米QDL、100Gbps基于硅光子学的磁共振调制器和光电探测器、一个100Gbps驱动器（Driver）、100Gbps跨阻放大器（TIA）、和控制电路。与当时的替代方案相比，Odin器件的功耗/Gbps降低了50%，成本/Gbps降低了75%。

2021年OFC：Ranovus宣布推出第二代CPO光学引擎，与第一代产品相比，Odin Analog-Drive CPO 2.0光学引擎可显著节省成本和功耗。新版本的Odin利用了模拟驱动方法，而不是上一代的数字驱动，模拟方法消除了对重定时器的需求，因此将成本和功耗降低了40%，并减少了芯片占用空间。新型Odin还利用了该公司基于硅光子学的100Gbps微环谐振器调制器和光电探测器、100Gbps驱动器、100Gbps跨阻放大器（TIA）和控制电路，封装在单个电子光子IC（EPIC）中。

2022年OFC：Ranovus宣布与AMD合作，展示Xilinx Versal自适应计算加速平台（ACAP）的CPO实现。Ranovus表示，该演示利用了RanovusOdin800-Gbps CPO2.0技术，并涉及AMD（收购了Xilinx）当时正在向客户发货的产品设计。Xilinx Versal ACAP将标量处理元件、矢量处理元件和可编程逻辑整合到单个器件中，旨在满足复杂的云、网络和边缘应用的需求。CPO的实施旨在降低功耗和成本，并简化电路板布线。AMD向客户提供的组合只需要800Gbps的I/O，这意味着只有一个单片ODIN芯片;但是根据Ranovus，两家公司已经合作设计了一种带有两个晶片的设计，以满足未来潜在的I/O要求。将Ranovus Odin与Xilinx Versal共同封装是一项重大进步，它使数据中心客户能够为下一代工作负载构建高效且经济高效的系统。

2023年OFC：基于两家公司在OFC2022上推出的CPO演示，Ranovus和AMD演示了AMD的Versal自适应SoC与Ranovus的Odin800G直接驱动光学引擎以及第三方800GDR8+重定时可插拔模块的互操作性演示。Ranovus的低延迟Odin光学引擎基于Global Foundries的Fotonix单片RF/CMOS硅光子学（SiPh）平台构建。它利用公司的RFCMOS、硅光子学、激光器和先进封装技术进行批量生产。根据Lightcounting，Ranovus对CPO和可插拔模块之间互操作性的演示是一个关键证明，证明他们的互连技术支持超大规模企业在优化AI/ML工作负载数据中心时所寻求的灵活性和可扩展性以及最低的功耗。

（2）博通：积极推动CPO技术从交换机侧向服务器侧渗透

2021：根据LightCounting新闻，2021年1月12日，Broadcom推出了配备CPO光学器件的下一代交换芯片系列，第一款25.6TbHumboldt将于2022年底上市，一年后将推出51.2TBailly。Broadcom还宣布了基于硅光子集成电路（PIC）的800GDR8可插拔收发器，并与DSP共同封装，以及未来将光学器件与CPU和GPU共同封装的计划。Broadcom很少在发货之前就宣布产品，但这是一个特例。

2022年OFC：根据博通官网，博通展示了与Tomahawk®4交换芯片共同封装的800Gb/s光学引擎，对博通而言这是一个很小但至关重要的里程碑，因为他们开始交付能够在超大规模网络中运行的产品。

OCP2022：根据博通官网及lightwaveonline，博通在OCP2022上展示了CPO进展，并宣布与腾讯和锐捷建立战略合作伙伴关系，在超大规模数据中心内部署世界上第一个基于Tomahawk®4的25.6T Humboldt CPO系统，而腾讯的合同制造合作伙伴锐捷网络将构建交换机平台。Humboldt CPO交换器件将Broadcom的StrataXGS Tomahawk 4开关芯片与四个直接耦合和共同封装的3.2Tbps硅光子学小芯片封装（SCIP）光学引擎相结合。

2023年OFC：博通展示了世界上第一个基于Tomahawk®5的51.2T Bailly CPO原型系统，还演示了一个功能齐全的基于Tomahawk®4的25.6T Humboldt CPO系统。基于Tomahawk®5的51.2TBaillyCPO标志着博通推出了全CMOSEIC，包括非常低功耗的TIA，以及PIC上单片集成的光学MUX/DEMUX。博通将光引擎带宽从Humboldt的3.2T增加到Bailly的6.4T，以便可以提供全光51.2CPO交换机解决方案，预计将光互连功率进一步降低到每800G5.5W。

2024年：2024年3月份，博通宣布向其客户交付了业界第一台51.2T的共封装光学（CPO）以太网交换机。该产品集成了8个基于硅光子学的6.4Tbps光学引擎和博通Tomahawk5交换芯片。与可插拔光模块解决方案相比，CPO使光互连的功耗降低了70%，使整个交换机功耗降低了大约30%。博通表示，一个800G模块将消耗13-15W的功率，而使用CPO并消除DSP复杂性等因素，功耗能降至4.8W以下。

未来：博通正在尝试将CPO技术从交换机进一步拓展到算力芯片，CPO可以实现更大规模的扩展域。相比交换芯片的CPO封装，GPU会更加复杂，涉及到更多的HBM和更多的计算块。当前，一套设备具备64x100G，两套设备可实现12.8T，未来有望提升到102.4T的高带宽。

（3）IBM：与Finisar合作开发MOTION

IBM与Finisar合作开发MOTION（Multi-wavelength Optical Transceivers Integrated on Node）。值得关注的是其激光光源的2：1冗余备份设计，适用于LGA及焊接试组装以提高其整体系统可靠性，不同于博通目前选择的外置可插拔光源的方案。

（4）英特尔：以光计算互连（OCI）为最终目标

英特尔2020年起布局CPO，并且以以光计算互连（OCI）为最终目标。英特尔深耕硅光子学领域多年，此前专注于硅光子学的可插拔光收发器和微环调制器技术的研发。自2020年起，它开始布局在CPO领域，以光计算互连（OCI）为目标，并利用其独特的硅光子学工艺平台开发基于微环调制器的CPO系统。在OFC2024上，该公司展示了其最新的OCI进展。每个PIC有64个光通道，单链路信号速率为32Gbps，整体信号带宽为2Tbps（双向带宽为4Tbps），链路误码率小于1e-12。此外，英特尔还开发了一种独特的可插拔光连接器，可以在封装前筛选PIC芯片以提高良率，为CPO的大规模量产奠定了基础。

4、国内厂商也加紧跟进产业布局

国内大厂跟进：国内华为、腾讯、阿里等大厂也高度重视CPO技术的发展，积极开展相关设备的储备和采购工作，将其应用于自身的超算业务中，同时通过与国内产业链上下游企业的紧密合作，促进了CPO技术在国内的快速发展，提升了国内在该领域的技术水平和产业竞争力，为CPO技术的国产化进程奠定了坚实基础。

光模块厂商布局：头部光模块厂商敏锐捕捉到CPO技术的发展机遇，近几年相继推出共封装光学CPO方案，在技术研发和产品创新方面持续发力。光通信上下游产业链厂商如联特科技、锐捷网络、旭创、通宇通讯、中京电子、天孚通信、罗博特科、新易盛、光迅科技、德科立、仕佳光子、亨通光电、剑桥科技、博创科技等多家企业也纷纷透露有CPO相关技术研发或业务布局，涵盖了从芯片制造、模块封装到系统集成等各个环节，形成了较为完整的产业链生态，共同推动着CPO技术的产业化发展和应用普及。

02

CPO技术优势

1、技术原理

把硅光模块和CMOS芯片用高级封装的形式耦合在背板PCB上，将激光器、调制器、光接收器等光学器件封装在芯片级别上，直接与芯片内的电路相集成，使光引擎和电交换芯片共同封装在一起，缩短交换芯片与光引擎之间的距离，从而提高电信号在芯片和引擎之间的传输速度。

2、技术变化

CPO技术与传统光模块相比，在元器件的使用上有以下变化：

（1）减少的元器件

部分有源光器件：如传统光模块中的一些分立的激光器芯片、探测器芯片等有源光器件，在CPO技术中，光引擎集成了多种光器件，使得部分分立的有源光器件需求减少。

部分机械组件：传统光模块中的一些机械结构件，如用于固定光器件和连接光纤的复杂机械结构等，在CPO技术中，由于光芯片和电芯片直接封装在一起，部分机械组件因直接集成到CMOS衬底上而需求减少。

部分信号处理芯片：传统光模块中的DSP芯片在CPO中可能不再需要，因为CPO方案将光引擎和交换芯片紧密封装在一起，可通过交换芯片或其他集成方式实现信号处理功能，减少了对独立DSP芯片的需求。

（2）增加的元器件

光引擎：这是CPO技术中的关键部件，集成了多种光器件，如激光器、探测器、调制器、滤波器等，实现光信号的产生、传输、调制和解调等功能。

硅光芯片：随着硅光集成技术在CPO中的应用，硅光芯片的使用增加，它能够在硅基材料上实现光学器件的集成，提高了集成度和性能。

薄膜铌酸锂调制器：可以用来制造薄膜铌酸锂调制器，能够直接集成到ASIC旁边，实现数据的高速光传输，显著降低信号传输的延迟和功耗，提升数据中心和高性能计算系统的效率。

高速电互连结构：为了实现光引擎和交换芯片之间的高速电信号传输，需要采用更先进的高速电互连结构，如TSV（硅通孔）等3D垂直封装结构或类似于co-packaged的架构，以保证信号的完整性和传输效率。

3、CPO技术可显著降低功耗及信号延迟，被认为是解决AI时代大数据高速传输的关键技术

CPO（Co-Packaged Optics，共封装光学）技术通过将电子集成电路（EIC）和光子集成电路（PIC）进行共封装，大幅缩短了交换芯片和光引擎间的距离--将高速电气串行器/解串器(SerDes)链路的距离缩短至几毫米，从而降低I/O的总功耗和发热量，显著降低信号延迟，提高带宽密度并改善信号完整性。CPO可以显著降低功耗及信号延迟。

CPO交换机内部核心价值环节主要包括：

OE光引擎：光引擎是整个CPO系统中负责光电转换的核心有源器件，通过2D、2.5D或3D封装的形式，将PIC光芯片与EIC电芯片封装在一起。

2D封装：将PIC和EIC水平并列在PCB上，通过引线键合或倒装芯片连接。这种方法可以单独设计制备EIC和PIC，灵活性高、成本效益高，但是PIC及EIC的电互联较长，高频信号会发生明显衰减，且尺寸较大。

2.5D封装：将PIC与EIC倒装在中介层上，两者之间有毫米级连接，再通过中介层的金属实现PIC与EIC的互联，中介层与封装基板或PCB板相连。2.5D封装是一种较为折中的方案，在性能、成本与制造周期之间取得了平衡。

3D封装：通过硅穿孔（TSV）、凸点（Bumping）、重布线（RDL）等先进的半导体封装技术，将PIC直接作为中介层，将EIC垂直方向进行垂直互联。能够实现更短的距离、更高的气密性、更高频的性能及更低的功耗，但实现难度也更大。

ELS外置光源：External laser source外置激光光源，现阶段的CPO交换机将激光源与PIC分离成一个独立模块，外置激光光源可插拔，后期维护简单、灵活。ELS内部由若干个CW激光器芯片组成。

FAU光纤阵列：FAU用于将光纤与光引擎进行精确的耦合对齐，减少信号损失，提高数据传输效率。

MPO连接器：用于普通光纤SMF与保偏光纤PMF的连接，高芯数的MPO（如16芯MPO）可以有效缩减前面板所需端口数量。

Fiber Shuffle光纤柔性板：CPO交换机中有成百上千根光纤（包括SMF及PMF），需要解决这些光纤在交换机空间内部布线的问题，所以在光引擎及前端面，通过光纤柔性光背板Shuffle的方式可以解决高密度光纤的问题。柔性光背板结合MT光纤接头，来自定义光纤的路由线路，以支持光纤的分配和处理。

PMF保偏光纤：保偏光纤的全称为Polarization Maintaining Fiber，由于CPO光引擎对光的偏振状态非常敏感，需要光源保持激光偏振态。保偏光纤可以使光在光纤中仅沿着一个偏振方向传播，以此保证信号的稳定性。

CPO交换机能够显著降低集群功耗。根据博通官网，博通推出51.2TbpsCPO交换产品Bailly，采用2.5D封装方案，该产品包含8个6.4TBailly硅光引擎（(64x 100 GbpsFR4)）和Tomahawk5交换芯片，可以实现30%的功耗下降。同时，根据博通在ECOC2024上的演讲，相比于传统可插拔光模块的方案，使用CPO方案可以让一个NVL576（B200）架构集群的功耗由16.2kw降低至7.1kw，让一个由30528张GPU组成的AI集群功耗由832kw降低至366kw。

CPO作为一种新型光电子集成技术，通过将光引擎与交换芯片近距离互连，能缩短光信号输入和运算单元间的电学互连长度，具有高带宽密度、低功耗、高集成度、低延时、小尺寸等优势，并可通过半导体制造技术实现规模化生产，被认为是解决AI时代大数据高速传输的关键技术。

03

光模块CPO驱动因素

1、CPO技术成为2024年800G模块规模化应用的重要技术路径

由于800G和1.6T可插拔模块利用了100G和200G单波长光学器件的优势，随着大算力应用场景的渗透，可以在QSFP-DD和OSFP-XD封装中实现技术和成本效益。但是在所需的电气和光学密度、热管理和能源效率方面，可插拔封装在支持6.4T和12.8T容量方面的能力将受到限制。由于采用离散电气器件，功耗和热管理正在成为未来可插拔光学的限制因素。使用硅光子学技术平台的共封装（CPO）旨在克服上述挑战。

Yole预计可插拔技术在未来10年可能发生整合，而CPO市场将形成多供应商的商业模式。CPO是一种创新方法，将光学器件和ASIC紧密结合在一起。在当今的技术下，使用16个3.2Tbps光模块环绕50T交换芯片具有挑战性，因此近封装光学(NPO)通过使用位于主机板上的高性能PCB基板(一种interposer)来解决这一问题，而CPO则是在多芯片模块基板上使用模块环绕芯片。虽然NPO interposer的空间更大，使芯片和光模块之间的信号路由更容易，同时仍能满足信号完整性要求，但是CPO的模块与主机ASIC的距离更近，可以实现更低的信道损耗和功耗。

2、数据流量及数据交汇量的增长推动光模块市场发展

根据IDC数据，全球数据流量由2015年的8.59ZB（ZB指泽字节，代表十万亿亿字节）增长至2019年的41ZB，预测2025年将增长至175ZB，CAGR2015-2025达35.18%。传统的光通信设备难以满足高速率、大容量的数据流量的计算、存储、处理与传输需求，由此推动光通信设备向大容量、高速率方向实现技术升级和应用。

3、AI高算力传输需求驱动数据传输速率朝向400G及更高演进

AI高算力传输需求驱动数据传输速率朝向400G、600G、800G甚至更高演进。光纤通信(FOC)技术在过去的25年里取得了巨大发展，可用的商业光纤链路的最高容量从20世纪90年代的2.5-10Gb/s发展到如今的800Gb/s。同时流媒体超高清（UHD）视频驱动网络流量一直以惊人的速度增长，并且跨越了从长途、移动访问到DC内网络的所有网络架构，催涨更高的数据吞吐量需求。受到大型云服务运营商大量采用昂贵的高数据速率400G和800G模块以及国家电信运营商对5G网络无线光收发模块的高需求的推动，2021年光收发模块市场规模约为102亿美元，预计在2027年将达到247亿美元，CAGR2021-2027为16%。

具体来看，数通领域光收发模块包括以太网、AOC/EOM以及CPO/OBO光收发模块；电信领域光收发模块包括波分复用设备、PON设备以及无线前中回传设备光收发模块，其中以太网光收发模块与CPO/OBO光收发模块市场规模的CAGR2021-2027分别为20%与84%，增速较快。

以太网光收发模块作为光收发模块最大细分市场，LightCounting指出，全球TOP5的云厂商，阿里巴巴、亚马逊、Facebook、谷歌和微软在以太网光收发模块上的支出将由2020年的14亿美元增长到2026年的超过30亿美元，800G光模块将从2025年底开始主导这一细分市场。另外，谷歌计划在4-5年后开始部署1.6T模块。

4、更高数据传输速率的光模块催涨配套光通信器件需求

目前400GbE的部署正在数据中心网络中迅速展开。目前许多云提供商和电信运营商在寻求800Gbps光生态系统来提高带宽容量以跟上不断增长的数据需求，800G光模块可支持更多配置，如2倍400GbE、4倍200GbE或8倍100GbE。当今的现代以太网交换机专用集成电路（ASIC）提供25.6Tb/s的总容量，以50GbpsSerDes（串行/解串）通道速率运行，由50GPAM-4调制技术驱动。在线卡中，通常需要重新定时器将PAM-4数据从交换机同步到光纤接口。在400G光模块中，可以使用额外的硅齿轮箱芯片将50GPAM-4电输入和输出（I/O）转换为每波长100G的光学I/O，以连接到100G单波长光学器件。到2023年的下一代ASIC芯片将提供51.2Tb/s的总容量，并以100GbpsSerDes通道速率运行。因此，以太网交换机ASIC的升级在简化开关系统内的电光转换并加速高速光模块的交换的同时，催涨配套光通信器件及相关芯片需求。

04

产业链分析

1、产业链概况

CPO产业链结构主要包括上游、中游及下游，具体如下：

上游：原材料与设备供应

光芯片：包括激光器、探测器等，是CPO技术的核心部件之一。代表性企业有长光华芯、仕佳光子等。

光器件：如光模块、光连接器等，用于实现光信号的传输和转换。相关企业包括天孚通信、太辰光等。

光材料：包括硅光材料、光纤材料等，是制造光芯片和光器件的基础。光库科技、天通股份等是该领域的代表。

生产设备：如光刻机、刻蚀机、封装设备等，用于光芯片和光模块的制造。德龙激光、罗博特科等企业在此领域有所布局。

中游：CPO产品设计与制造

光模块制造：将光芯片、光器件等集成到光模块中，形成完整的CPO产品。中际旭创、新易盛等企业在光模块制造方面具有较强的实力。

封装测试：对制造完成的CPO模块进行性能检测和验证，确保其符合设计要求和应用需求。封装测试环节对产品的质量和可靠性至关重要。

下游：应用领域及最终用户

数据中心：CPO技术可以实现更高的数据密度和更快的数据传输速度，应用于高速网络交换、服务器互联和分布式存储等领域。例如，Facebook在其数据中心网络中采用了CPO技术。

人工智能：在AI领域，CPO技术有助于提高算力和能效比，成为高能效解决方案之一。

云计算：通过CPO技术，云计算平台可以实现更高的数据传输速度和更低的功耗。微软的Azure平台就采用了CPO技术。

5G通信：CPO技术在5G通信系统中可以实现更快的无线数据传输和更稳定的网络连接。华为等企业在5G通信领域积极应用CPO技术。

2、市场竞争格局

CPO主要涉及三类核心技术挑战：高密度的光电（驱动）芯片设计技术、高密度及高带宽的连接器技术、封装和散热技术。

CPO技术存在壁垒，进入门槛较高。目前整个产业链环节以海外厂商为主导，全球主要有博通、英特尔、Ranovus、英伟达、AyarLabs等少数公司具备向市场提供专有解决方案的内部能力。博通2021年宣布进军CPO领域，2022年8月宣布国内厂商腾讯和锐捷网络成为该领域的合作伙伴。在HotChips2024大会上，博通展示了带有光学附件的AI计算ASIC，通过结合CPO技术，将计算ASIC与光学模块和高带宽内存封装在一起，提供了更高的计算密度和更低的功耗。思科预计CPO的试用部署与51.2Tb交换周期一致，然后在101.2Tb交换周期内进行更大规模的采用。英伟达同时布局交换机侧及GPU侧CPO。英伟达通过战略投资AyarLabs、TSMC构建硅光平台、芯片共封装能力，计划2025年左右通过CPO技术实现GPU芯片与NVSwich芯片之间的光连接。

国内方面，在光引擎、激光光源及最后的组装环节有望加速突破。光引擎方面，由于光引擎中除了硅光芯片还需要FAU等无源器件，国内厂商例如天孚通信提供光通信系统中所需的各种光源组件，如激光器、光放大器等，有望凭借其丰富的无源器件产线进入供应链。激光光源方面，国内厂商如源杰科技有望通过成本优势进入供应链。CPO组装环节，国内厂商如新华三、锐捷网络作为国内市占率领先的交换设备厂商有望为国内客户提供基于博通等方案的CPO设备。国内厂商新华三已经发布了800GCPO硅光数据中心交换机；锐捷网络发布了51.2Tbit/s的CPO交换机。

3、市场应用趋势

CPO主要涉及高密度的光电芯片设计技术、高密度及高带宽的连接器技术、封装和散热技术。目前主流的CPO有两种技术方案，基于VCSEL的多模方案和基于硅光集成的单模方案，分别面向不同的应用场景。随着数据中心对带宽密度的要求增加，CPO在大规模数据中心和高速率应用领域有望取得竞争优势。

05

市场机遇

当前CPO发展主要以海外AI算力需求为核心，产业链参与厂商以海外企业为主导，其发展或对传统光通信产业链格局产生较大影响：

一是硅光技术重要性进一步凸显；二是CPO加大对先进半导体工艺的需求，整体来看，以下板块值得重点关注：

1、光引擎板块

硅光光器件/光模块：硅光光引擎作为CPO的核心器件，且与硅光光模块技术通源，是传统光模块厂商的重要切入点，CPO的发展本质上是对光模块/光引擎厂商综合实力的长期考验，一方面硅光器件/模块厂商有望充分受益于产业发展，另一方面，硅光芯片具有较高产业壁垒，头部厂商的深度布局有望迎来新一轮产业演化；

硅光工艺配套：从硅光工艺流程看，硅光与微电子技术逐步趋同，面临着光学、电学、热力学等交叉学科的融合和多层级的跨越，具有产业独特性，需高度重视配套工艺设备、软件厂商的市场机会，如光引擎封测设备、仿真、设计软件等；

2、光互连板块

ELS：ELS作为当前CPO主流光源方案，且CW-DFB光源也是当前硅光芯片主流方案，随着CPO的发展，ELS的需求有望得到提升，同时光通信速率需求的不断提升，硅光芯片的通道数也随之增长，CW光源需求量有望得到进一步发展，重视ELS及CW芯片供应厂商；无源器件：相较于传统可插拔光模块方案，CPO方案在交换机内容引入额外的光纤及连接器，包括PM光纤、FAU、光纤连接器（如MPO/MT/扩束连接器等）、根据光纤整理方案的不同，还或涉及Fibershuffle等无源产品，相关无源器件供应商或得到发展机遇。

3、先进工艺板块

Interposer：作为2.5D封装电气互连基础，根据材质不同可以分为硅基、玻璃、有机Interposer，针对不同封装方案，相关产品供应商将得到市场关注；封装工艺：CPO技术涉及大量先进半导体工艺，以及封装方案，随着CPO技术逐步落地，国内厂商有望直接获得相关份额，或与国内光引擎厂商合作，通过光引擎的封装及测试代工切入到CPO产业链条。

4、交换机板块

交换机&交换芯片：CPO作为高速交换机方案之一，随着AIGC发展，交换机产业链有望长期受益。

06

相关公司

1、源杰科技：国产光芯片领军企业，强研发突破高端市场

深度耕耘激光器芯片领域，IDM模式全流程自主可控。公司主营产品为2.5G、10G、25G及更高速率激光器芯片，主要应用于光纤接入、移动通信网络及数据中心等场景。经多年耕耘公司已成功建立成熟的IDM全流程业务体系，更适用于注重工艺成熟、稳定及可靠性的激光器芯片领域，同时芯片设计与晶圆制造过程联系更加紧密，反馈测试周期短，有助于进一步优化改良，助力公司产品不断推陈出新。公司已形成了“两大平台”和“八大技术”的先进生产制造工艺，可实现激光器芯片高速调制、高可靠性、高信噪比等性能优化及良率提升、封装简化等成本降低，产品性价比及竞争力不断提升。

产品性能优质行业认可度高，客户资源丰富市占率国内领先。在2.5G及10G激光器芯片国产化程度较高领域，公司提供全波段、多品类产品及低成本集成方案差异化竞争；在25G及更高速率领域，公司率先实现大批量供货。根据C&C数据，2020年公司对外磷化铟半导体激光器芯片对外销售国内第一，其中10G、25G出货量国内均列第一名。根据ICC数据统计，公司2021年全球10GDFB激光器芯片出货份额占比20%，排名首位。公司各类产品已实现向国际前十大及国内主流光模块厂商海信宽带、中际旭创、博创科技的批量供货，竞争地位行业领先。

Marvell全线产品涨价印证光芯片高景气，公司有望在数通高速光芯片领域持续突破。10月21日，美国光芯片大厂Marvell宣布全产品线于2025年1月1日起涨价，再次确认AI对于硬件端光模块及光芯片的旺盛需求。上半年公司CW光源产品已经开始批量交付，100GPAM4EML在配合客户进行产品测试，200G PAM4 EML产品初步完成性能研发及厂内测试，数通领域高速光芯片研发及量产进度走在国内前列，伴随着光芯片供需关系进一步紧张，下游客户需求将更加迫切，源杰科技有望在数通高速光芯片领域实现进一步突破。CW光源等数通产品放量有望助推公司业绩持续成长。

2、天孚通信：高速光引擎交付平稳，CPO产业链核心供应商

高速光引擎项目实现交付，CPO产业链核心供应商。公司“面向5G及数据中心的高速光引擎建设项目”目前业务进展平稳。公司800G光引擎已平稳量产，根据客户需求和物料供给状况动态调整每月的产量。下一代速率产品会配合客户加快提产进程。高速光引擎作为共封装光学CPO路径采用的核心技术之一，在AI算力爆发下是能够帮助解决光模块功耗指数级增加的痛点，随着相关产业链逐步完善及技术成熟度提升，长期来看CPO方案有望成为光模块主流技术路径，公司作为光引擎重要供应山尽享CPO渗透率提升红利。

激光雷达、医疗检测等新领域不断拓展，光器件送样旨在打开新成长空间。天孚通信依托成熟的光器件研发平台和在材料、元器件、设计、继承封装等领域的丰富经验向激光雷达、医疗检测等新兴领域拓展。公司激光雷达用光器件产品小批量认证顺利，持续优化工艺做好量产供货准备。此外公司也为医疗检测客户提供配套新产品。随着新产品顺利导入客户供应体系实现放量，公司有望开辟第二增长引擎。

3、中际旭创：算力Capex+AI应用开始螺旋共振，长期成长空间打开

2025年或将步入AI商业落地元年，有望提振算力估值，旭创作为全球光模块龙头将持续受益。AI端侧百花齐放，百度、阿里、Rokid、Snap、三星等纷纷进军AI眼镜快速推动新品，以及基于字节豆包大模型的AI玩具等陪伴终端开始兴起；机器人和自动驾驶受AI驱动带来快速迭代；应用侧以AI agent产品大量涌现市场。AI端侧、应用侧的积极进展和落地，有望进一步推动AI算力和应用的闭环效应，强化未来算力需求信心。

公司业绩持续高增，800G产品需求持续旺盛，1.6T放量在即。公司连续7个季度业绩环比快速增长：24年业绩预告中值52亿元，同比增长139%，主要原因为AI算力基础设施的持续建设、资本开支强劲增长，拉动公司800G和400G光模块销量大增长，产品结构持续优化，营收和利润大幅增长。其中Q4业绩预告中值为14.5亿元，同比增长65%，环比增长4.3%，公司在芯片原材料紧张+NV新产品出货延迟背景下，仍可实现季度环比持续增长，反映800G需求尤为旺盛，未来随着1.6T产品放量、800G旺盛需求的持续释放和芯片原材料供应缓解，预计公司季度业绩环比增长有望再进入提速通道。

硅光和CPO等新技术布局上依旧领先，公司仍具备长期成长空间。公司自研硅光产品相比传统光模块可以在成本端带来较大优势，随着2025年以太网市场800G光模块进一步上量、1.6光模块逐步提升，公司持续扩充产能，提升良率和降低BOM成本以及积极推广硅光方案，加大硅光模块的出货比例，保持整体经营继续向上成长。此外，CPO是光模块未来发展路径的一种新形式，公司通过投入大量研发资源，在硅光芯片设计研发和技术储备方面已取得显著进展，已具备一定技术基础研发CPO相关产品。

4、仕佳光子：国内领先的光芯片厂商，深耕有源和无源工艺平台

公司是国内领先的光电子核心芯片供应商。公司聚焦光通信行业，主营业务覆盖光芯片及器件、室内光缆、线缆材料三大板块，主要产品包括PLC分路器芯片系列产品、AWG芯片系列产品、DFB激光器芯片系列产品、光纤连接器、室内光缆、线缆材料等。公司产品主要应用于骨干网和城域网、光纤到户、数据中心、4G/5G建设等，成功实现了PLC分路器芯片和AWG芯片的量产。

光芯片位于光通信产业链上游，作为光模块核心元件有望持续受益。随着AI应用推动技术创新和市场需求的不断增长，光芯片行业快速发展，C&C预计2023-2027年全球光芯片市场的年复合增长率将达到14.86%，高速率光芯片市场的增长速度将远高于中低速率光芯片。下游光模块厂商布局硅光方案，大功率、小发散角、宽工作温度DFB激光器芯片将被广泛应用。中美贸易摩擦加快进口替代进程，给我国光芯片企业带来增长机遇。

公司PLC分路器芯片全球市场占有率第二。公司是全系列PLC光分路器、AWG芯片、模块自主开发及生产企业，已开发出20余种均分光分路器，近年来开发出FTTR非均分光分路器，是国内外知名的光分路器芯片制造企业，得到全球客户的广泛认可。公司在硅光用高功率CWDFB激光器的性能指标上取得突破，目前正在客户端可靠性验证中，并已实现小批量销售。

公司是国内较早从事室内光缆业务的企业，坚持“光缆材料+汽车线缆材料”双轮驱动市场战略。CRU预计全球光缆市场在2025年将迎来复苏，年增长率为6.2%。公司凭借在室内光缆领域的多年业务积累，整合在“光纤连接器—室内光缆—线缆材料”方面的协同优势，改进各产品环节的性能指标以提升光纤连接器等产品整体竞争力。随着应用场景的拓展，以光纤连接器为纽带，公司室内光缆及线缆材料业务与光芯片及器件业务存在一定的客户重合，有利于公司发挥协同优势，满足客户需求。

5、新易盛：Q4继续全面超预期，2025迎接800G、1.6T及新品放量

Q4继续全面超预期，AI驱动高速光模块放量。公司单Q4季度业绩再次创下历史新高，全面超市场预期，预计主要是市场蛋糕变大，公司产品需求提升所致。预计公司Q4利润水平与前三季度基本一致，考虑到Q4汇率走势，预计汇率对公司单业绩起到正面影响。从产品结构上，预计800G收入占比有望进一步提升，但2024年全年依旧以400G为主，公司一如既往高质量高效率经营，是业绩超预期的重要保障。

2025年速率全面升级，800G和1.6T将成主力产品。从目前产业链进展看，头部csp正在积极部署10万卡及以上超大规模GPU集群，预计800G光模块进入大规模放量阶段，与此同时1.6T光模块也将在今年正式商用放量。公司在海外市场拥有丰富的客户资源，是少数长期参与全球算力市场的光模块厂商，预计公司在2025年，产品结构将从400G为主、800G为辅的结构，升级到800G为主，1.6T和400G为辅的结构，预计公司产品出货量、产品平均单价及产品速率均将继续提升。

聚焦长期价值，是公司持续增长的核心。公司管理团队高度专注，长期聚焦在客户需求和核心产品技术研发上，经营管理高效，费用管控得当，供应链长期稳定可靠，这些是公司多年以来持续成长的关键。公司产品布局全面，且紧跟客户需求持续进行品类拓张，公司布局硅光芯片多年，目前已经掌握CPO晶圆级封装，表明公司在硅光、光引擎、CPO等前沿领域有着长期跟踪布局，预计公司在本轮AI产业机遇下，基于光通信多年的积累优势，继续实现高速成长突破。

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发展展望

总体来看，CPO是实现高集成度、低功耗、低成本、小体积的最优封装方案之一。虽然CPO具有显著的潜在优势，但CPO目前处于产业化初期，除了技术上的挑战外，更受集成光学器件的市场接受度、标准和制造能力的限制。作为光通信解决方案的一环，其发展仍需整体产业链的协同推进。

1、技术方面，CPO在工艺、仿真以及测试等方面仍面临很多挑战

封装工艺：CPO涉及到TSV、TGV、多层高密度互连基板、Bumping和芯片堆叠等先进封装中的关键技术，每种关键技术都有各自的优缺点，比如：TGV通孔技术可能会损伤玻璃造成表面不光滑，大多数TGV加工方法效率低，没法大规模量产，TGV结构的电镀成本和时间比TSV略高，玻璃衬底表面的黏附性较差，容易导致RDL金属层异常，玻璃本身的易碎性和化学惰性给工艺开发带来了难度；TSV的通孔加工、孔填充都有较高的工艺要求，此外还涉及到晶圆减薄，存在潜在的成品率和可靠性的问题；

器件性能问题：目前的硅光技术还有一些需要克服的技术难题，比如如何减少硅波导的损耗、如何实现波导与光纤的有效耦合、如何克服温度对于功率和波长稳定性的影响等。

散热技术：热会导致机械应力，可能导致基板翘曲，影响光耦合和电子互连的性能，CPO中分配给光学和电气元件的空间非常有限，由于光学元件对热量较为敏感，散热设计成为CPO另一个挑战；

仿真技术：随着集成密度的不断提高，为提高产品的一次设计成功率，仿真技术在CPO设计阶段的应用将显著提升，由于CPO面临着光学、电学、热力学等交叉学科的融合和多层级的跨越，对仿真提出了更高的要求。目前光子设计自动化（PDA）工具能够提供精确的光子器件仿真，但仿真效率较低，不适合大规模系统级仿真，同时电子设计自动化（EDA）工具大多基于电路级或系统级仿真，因此能够应用于电路级和系统级仿真的光子器件模型是大规模电子-光子联合仿真的关键，是未来光电共封装器件大规模商业化的重要条件，可以提高设计效率。光-电-热-力多物理场的跨维度耦合仿真以及芯片-封装-系统的跨尺寸联合仿真将成为仿真领域的发展趋势和难点；

测试和良率挑战：由于光芯片是直接与电芯片通过先进封装工艺封装在一起，这给良率和测试带来了诸多挑战，同时光器件和电器件建立在不同的制造工艺技术上，因此具有不同的测试要求。共封装的光学器件具有较高的通道密度，同样给测试带来挑战。

2、产业协同：AI时代CPO方案或与可插拔方案长期共存

根据Yole报告，CPO技术路线下，产业链分为了设计、光引擎、激光光源、芯片供应商、硅光代工、设备商（CPO组装）。随着CPO产业的逐步成熟，CPO正逐渐从学术研究成果转变为市场需求产品，但在当前可插拔光学器件行业逻辑下，要成为商业化主流方案，仍需交换芯片及设备厂商、各模块厂商、各元器件厂商和运营商共同参与，其商业落地或将会对产业格局产生深远影响：

CPO方案与可插拔方案产生直接竞争。目前可插拔光模块市场供应链已经非常成熟，具备成熟工业生态系统，它包括分立或集成元件供应商、生产发射器和接收器光学组件（TOSA和ROSA）的光学公司、多路复用器、数字信号处理器（DSP）和PCB，以及组装/测试集成商，商业体系复杂，参与厂商众多；CPO严重依赖硅光子学，随着高度集成的硅光芯片的出现，新的工程能力和代工厂将非常需要，这对于传统的中型企业来说具有较大挑战，传统供应商方案转向成本较高；可插拔外形尺寸在所需的电气和光密度、热管理和能源效率方面支持高容量的能力或将受到限制，分离器件方案对功耗和热管理正成为未来可插拔光学器件的限制因素，但用于可插拔外形尺寸的新光学技术，包括硅光，薄膜铌酸锂（TFLN）、钛酸钡（BTO）等，可以帮助实现所需的低功耗，并且可以在不改变现有网络系统设计的情况下推向市场；尽管CPO解决方案的主流部署主要针对大型云运营商，但仍有许多小型企业数据中心尚未采用最新的互连技术，这或将影响CPO落地节奏；若CPO成为主流技术，可插拔模块在技术上或经济上不可行的几个应用中仍有较高的需求，例如长途应用和边缘数据中心，因此可插拔方案有望和CPO方案较长时间共存，但可插拔光学器件行业可能会整合。

CPO产业有望带动硅光代工行业发展。随着AI/ML系统的发展，未来数十亿个光互连、芯片-芯片和板-板的市场潜力推动大型代工厂为大规模生产做准备，由于大多数光子学制造知识产权（IP）由非代工公司持有，因此Tower Semiconductor/Intel、Global Foundries、ASE Group、TSMC和Samsung等大型代工厂正在准备硅光子学工艺流程，以接受设计公司的任何光子集成电路（PIC）架构。他们积极参与Peripheral Component Interconnect Express（PCIe）、Compute Express Link（CXL）和Universal Chiplet Interconnect Express（UCIe）等行业联盟；小芯片互连的通用规格支持构建超过最大标线尺寸的大型片上系统（SoC）的封装，这使得在同一封装中可以混合来自不同供应商的组件，并通过使用更小的芯片来提高制造良率，每个小芯片都可以使用适合特定器件类型或计算性能/功耗要求的不同硅制造工艺。

受益于底层硅光技术的进一步发展，龙头芯片/主机厂商的深度布局及示范作用，以及AIGC算力需求对高带宽、低功耗、低成本的光通信方案的追求，CPO有望在AI时代迎来其历史机遇期，特别是随着CPO相似技术的OIO技术的进一步成熟，商业系统中的通信和计算技术更紧密地集成，传统架构（基于铜的电气互连）的芯片到芯片或板到板的能力瓶颈有望被打破，使得高性能计算等领域得到拓展，CPO商业化落地有望得到进一步加速，但另一方面，CPO作为整体光通信解决方案中的一环，其实际商业化发展高度依赖于产业协同，特别是在传统可插拔方案的成熟市场下，其与可插拔光模块方案在不同应用场景下仍各有优劣，并有望保持较长时间的共存。根据Lightcounting预计，CPO出货预计将从800G和1.6T端口开始，于2024至2025年开始商用，2026至2027年开始规模上量，主要应用于超大型云服务商的数通短距场景。全球CPO端口的销售量将从2023年的5万增长到2027年的450万。2027年，CPO端口在800G和1.6T出货总数中占比接近30%。Yole报告数据显示，2022年CPO市场产生的收入达到约3800万美元，预计2033年将达到26亿美元，2022-2033年复合年增长率为46%。

3、实现路径：CPO是光通讯实现光电转换的长期路径

CPO是长期路径。CPO方案是通过在交换机光电共封装起到降低成本、降低功耗的目的。长期来看，CPO是实现高集成度、低功耗、低成本以及未来超高速率模块应用方面最优的封装方案。由于目前的技术与产业链尚不成熟等原因，短期内难以大规模应用。相比之下，LPO主要的技术壁垒在于更复杂的RF模块，仍然采用可插拔模块的形式，可靠性高且便于维护，可以直接应用于目前成熟的光模块供应链。

CPO是在成本、功耗、集成度各个维度上优化数据中心的光电封装方案。CPO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，最终将光引擎和电交换芯片封装成一个芯片。理想情况下，CPO可以逐步取代传统的可插拔光模块，将硅光子模块和超大规模CMOS芯片以更紧密的形式封装在一起，从而在成本、功耗和尺寸上都进一步提升数据中心应用中的光互连技术。

高速率CPO渗透率预计从24年开始显著提升，高速率光模块需求海外先行。根据LightCounting数据预测，800G/1.6T光模块与AOC加上CPO出货将从2022年不到百万件增长至2027年超过1500万件，其中CPO渗透率将从24年开始快速提升。2023年4月5日全球光互连论坛OIF发布业界首个3.2T共封装模块实施协议，可见目前海外市场，尤其是高速率板块对CPO需求更为迫切，国内上量节奏紧随其后。

CPO的发展考验光模块/光引擎厂商的长期综合实力。CPO的技术路线在逐步推进的过程中本质上也是对整个网络架构的优化，需要数据中心整体产业链的协同推进。其中涉及到的环节在现有光模块产业链的基础上预计还需要得到交换芯片及设备厂商，以及各元器件厂商的合作。因此CPO的进度本质上是对光模块/光引擎厂商综合实力的长期考验，包括在光模块零部件、封装等方面的技术积累与研发实力，以及下游客户的关系。