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CPO 共封装光学走到哪一步?博通、英伟达、台积电进展,铜缆与光互联的现实分界线

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发表于 2026-10-21 07:47:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
导语

       AI 大模型训练集群规模持续膨胀,高速互联的功耗、带宽压力越来越突出。CPO 共封装光学(Co‑Packaged Optics)被视作下一代算力网络的关键技术,很多报道渲染 CPO 即将全面普及,甚至会彻底取代传统可插拔光模块。
      但现实的产业化节奏并没有想象中那么快:CPO 率先落地在网络交换机,GPU 芯片内部的光互联还需要数年时间。十万规模 AI 算力集群的电费测算,直观展现光互联带来的巨大 TCO(总拥有成本)差异;同时行业也没有简单的 “光淘汰铜”,而是按照传输距离,形成铜缆、有源电缆、NPO/NPO、CPO 的分层分工。
      本文结合博通、英伟达、台积电、Marvell、亚马逊等厂商公开路线,梳理 CPO 当前真实进展、技术取舍、产业链价值重构,同时厘清机柜内部 “铜缆还能撑多久” 这个行业核心疑问。
提示:本文为半导体通信产业科普,文中成本测算为行业公开假设推演,不构成任何投资建议。

一、一笔电费账:为什么全行业拼命推动光互联

Arista 创始人 Andy Bechtolsheim 做过一组行业测算:面向未来十万颗 AI 芯片的超大集群,对比三种互联方案五年电费支出:
  • 传统可插拔光模块:光互联部分五年电费约14.4 亿美元
  • LPO 线性可插拔光模块:五年电费约4.8 亿美元
  • CPO 共封装光学:五年电费约3.15 亿美元
两者相差超过11 亿美元,按单张 GPU 约 3.5 万美元计算,差额足以采购三万多张 GPU。
注意:该测算为面向未来的理想化假设,芯片功耗、电价、集群规模均取偏高情景,现实项目的绝对金额会更低,但功耗带来的长期成本差异逻辑成立。
传统可插拔光模块,电信号要在 PCB 板上走完十几到三十厘米路径,信号衰减严重,DSP 数字信号处理芯片就要消耗大量功耗。CPO 把光引擎和交换芯片封装到一起,极大缩短高速电信号传输距离,可以把单端口互联功耗降低 65%‑70%36氪。电力已经成为超大规模智算中心的硬性约束,降低网络功耗已经不是锦上添花,而是现实刚需。
但 CPO 并不是万能,激光器散热、光纤耦合、故障维护、良率,都是横在大规模商用面前的难题。目前 CPO 优先落地在交换机,GPU 直接集成光 I/O 还处在早期研发验证阶段。
二、博通三代 CPO 交换机迭代:从不可维护走向可插拔光源

交换机成为 CPO 第一个落地场景,有三点核心原因:
  • 交换机之间传输距离普遍几十米‑上百米,天然就需要光纤传输,网络整体架构不需要大改;
  • 单台交换机只有一颗主 ASIC 芯片,光引擎、散热、整机系统可以统一设计规划;
  • 交换机端口密度极高,功耗降低带来的收益最为显著。
博通是 CPO 领域迭代节奏最快的厂商,已经走完三代产品演进Broadcom I...:
  • 第一代 Humboldt(2021),25.6T 交换容量光引擎置于封装外侧,但激光器不可现场更换。一旦激光器损坏,需要整台交换机整机更换,可维护性差,腾讯、锐捷基于该平台做前期开发验证。
  • 第二代 Bailly(Tomahawk5‑Bailly,2023 发布,2024 量产交付,51.2T)业界第一款实现规模交付的 CPO 交换机,激光器模块支持现场拆卸更换,解决第一代维护痛点,Meta 是主要落地客户。高温实验室完成百万 400G 端口小时稳定性测试,没有发生不可修复链路闪断,而链路闪断对于 AI 大模型同步训练,会直接造成任务中断回滚。实测光学通道功耗相比带重定时 DSP 的可插拔模块降低 65%。
  • 第三代 Davisson(Tomahawk6‑Davisson,2025 年 10 月送样,102.4T)16 组光引擎环绕芯片四周,采用台积电 COUPE 共封装方案;激光器做成前面板可插拔模块,把光源和交换芯片实现热隔离,800G 端口功耗进一步下降至 3.5W 左右Broadcom I...。
三、英伟达、台积电的路线:交换机先上,GPU 机柜内部依旧用铜

英伟达 CPO 交换机与机柜互联策略

英伟达 2025 年推出两款 CPO 交换机:Infiniband Quantum XPhotonics、以太网 Spectrum‑X Photonics,后者 2026 年已经全面量产,采用微环调制器方案,一套激光源可以供给多路光引擎,激光器数量缩减至四分之一,官方数据相比可插拔光模块能效提升 5 倍,平均无故障时间提升十倍。
但非常关键:NVL72 机柜内部 72 张 GPU 之间,NVLink 全部使用铜缆。黄仁勋对此的解释:机柜内部一两米距离,铜缆方案成本更低、可靠性更好,如果换成光互联,单个机柜会额外增加约两万瓦功耗。
英伟达公开的迭代路线图:
  • Rubin 世代(NVL576):机柜内部保持铜缆;跨机柜之间才使用可插拔光模块;
  • Feynman 世代(预计 2028 年):NVLink 支持铜缆与 CPO 光互联两种选项。
英伟达明确对外表态:铜和光两条路线并行,不会单方面赌死某一条技术。短距离机柜内铜缆依旧占据主场,光互联优先用于机柜和机柜之间的长距离互联。
台积电 COUPE 共封装平台

台积电 COUPE(Compact Universal Photonic Engine),2026 年启动生产,把光芯片和电芯片集成在封装基板上,使用 200G 微环调制器。对比板级可插拔方案,功耗效率提升两倍,延迟降低至原来十分之一。博通 Davisson、英伟达 XPhotonics 交换机均采用这套平台;未来计划结合 CoWoS 先进封装,向 GPU 计算芯片的共封装演进,但这属于中长期规划,还没有大规模落地。
可以看出一个产业现实:即便 CPO 封装技术已经成熟,最先落地的是交换机,GPU 直接集成光 I/O(光学 I/O)还处在起步阶段。
四、光学 I/O 赛道:让 GPU 芯片本身直接用光通信,资本疯狂涌入

比交换机 CPO 更进一步,是光学 I/O(OIO):不再仅仅是交换机用光引擎,而是 GPU 这类计算芯片封装内部直接集成光引擎。这也是未来 scale‑up 大规模 GPU 集群的终极方向,目前还处于样品、验证阶段,但资本投入非常活跃:
  • Marvell 收购 Celeste AI(Photonic Fabric):主打电吸收调制器,对温度容忍度更高,适合 GPU 芯片的高温环境。第一代 16T,第二代 64T,计划 2027 年初批量部署,给出 2028‑2029 财年明确营收目标。亚马逊拥有绑定采购条件的认股权证。
  • Ayar Labs:光 I/O 小芯片方案,通过 UCIe 标准接口和计算芯片封装集成,2026 年完成 5 亿美元融资,投资方包含英伟达、AMD、联发科等头部芯片厂商,在新竹扩产测试能力。
五、CPO 浪潮之下,整个光通信价值链正在重塑

传统可插拔光模块时代:光模块厂商采购 DSP、激光器、光学器件,组装成品模块销售给云厂商,价值大量沉淀在光模块整机厂商手中。
进入 CPO 时代,产业链价值发生转移:✅价值向上游转移:
  • 交换 / 计算芯片厂商:光引擎变成芯片封装不可分割的一部分;
  • 先进封装代工厂(台积电等):共封装工艺成为关键门槛;
  • 外置激光器、光纤耦合组件供应商,成为独立关键零部件。
❌被弱化的环节:传统光模块内部的 DSP 重定时芯片,在 CPO 架构中被大量简化甚至取消。有意思的现象:Marvell、博通本身就是 DSP 芯片的主要供应商,现在主动推动 CPO,等于在颠覆自己现有成熟产品线,属于 “自我颠覆好过被别人颠覆”。
但这不代表传统可插拔光模块会立刻消亡。行业机构 Lightcounting 预测,到 2030 年,带重定时的高速可插拔光模块出货量依旧会增长至 2025 年三倍。现阶段 CPO 主要用于交换机横向组网;服务器网卡依旧大量使用可插拔模块。国内光模块厂商也在布局 LPO/NPO/CPO,转型做光引擎、外置光源零部件供应商,而不只是做整机组装。
六、大厂的策略:多条路线同时下注,没有人敢笃定终局

以亚马逊为代表的超大规模云厂商,采取分散押注的策略:铜线 + 重定时、有源铜缆、NPO、CPO 多条路线同时布局。亚马逊对多家光互联供应商签署带采购条件的认股权证,不管哪条技术路线最后胜出,自己都可以享受产业发展红利。这恰恰说明,即便是最大的终端客户,也无法 100% 预判哪一条技术路线会成为最终标准答案。
光和铜的现实距离分界线

并不是 “光取代铜”,而是按传输距离分工:
  • 芯片内部、封装内部:电信号为主;
  • 主板十几厘米级别:铜线 + 重定时;
  • 机柜内部一两米:铜缆、有源电缆;
  • 超过数米,跨机柜:光模块、光互联登场;
  • 交换机芯片端口:已经开始小规模落地 CPO;
  • GPU 芯片直接光 I/O:预计 2027‑2028 之后才会逐步商用。
行业普遍预期:CPO 大规模全面部署窗口落在2028‑2030 年,不是短期马上全面普及。
七、常见认知误区澄清

  • 误区:CPO 已经大规模全面商用,可插拔光模块很快就要被淘汰。纠正:目前 CPO 主要是交换机小批量送样、客户验证;GPU 光学 I/O 尚早。可插拔、LPO、NPO、CPO 会长期并存,2030 年之前可插拔光模块依旧是市场主力。
  • 误区:CPO 可以解决所有问题,用上 CPO 就万事大吉。纠正:CPO 有散热、光纤耦合、故障可维护、良率多重工程难题,不是简单把光塞到封装里就完成。
  • 误区:英伟达 NVL72 证明铜缆比光互联更好,光互联没有未来。纠正:只是机柜内部短距离场景铜更合适;跨机柜长距离场景光互联优势不可替代,英伟达 Feynman 世代也规划 CPO 选项,属于长短距离分工。
  • 误区:CPO 就是把现有光模块塞进芯片包装盒。纠正:架构完全重构,取消大部分 DSP 重定时电路,激光器外置,光引擎和 ASIC 共用封装基板,整套工艺链条全部重构。
  • 误区:11 亿美元电费差额是现实项目真实账单。纠正:来自行业理想化假设推演,参数全部取偏高,用于展示成本趋势,实际项目绝对金额会低很多。
文末总结

CPO 共封装光学,核心价值是大幅降低超大规模 AI 集群网络互联功耗,但产业化节奏要比大众媒体宣传的更慢。目前落地主要集中在网络交换机领域;GPU 芯片直接集成光学 I/O 还处在资本密集的早期研发验证阶段。
产业并不是简单上演 “光进铜退”,而是按照传输距离形成分层分工:短距离优先铜缆,长距离启用光互联。CPO 的到来正在重塑整个光通信价值链,封装、外置光源、光纤耦合器件的地位持续抬升,传统可插拔光模块不会一夜消失,LPO/NPO 会作为重要过渡方案长期存在。
包括亚马逊在内的头部云厂商,选择多条技术路线同时押注,也恰恰说明,谁会成为最终主流方案,现在还没有盖棺定论,大规模商业化时间窗口普遍指向 2028‑2030 年。

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