AI算力的「光速公路」！ CPO產業--解析（附相關標的）

一、傳統算力&數據傳輸的痛點

隨著AI、大數據等技術的發展，資料中心的運算晶片（如GPU、TPU）和儲存媒體（如SSD）效能呈指數級增長。

GPU的運算能力每兩年提升約3倍，儲存媒體的讀寫速度也大幅提升。然而，網路連結速度的提升相對滯後，每兩年僅成長約1.4倍。這種差距導致運算和儲存資源在等待網路傳輸資料時大量閒置，成為整體效能的瓶頸。

眾所周知,傳統資料傳輸的方式是用光模組--這個可插拔的裝置Pluggable！

傳統來看，作為算力的核心設備--伺服器，其主機板上會插一排的光模組，晶片的資料要先轉成電訊號，再進入光模組，轉換成光訊號，透過光纖光纜傳送給接收端，接收端再透過連接一個光模組，還原成電訊號。這個過程不只步驟多，能耗高，延遲還大。

下圖：傳統光模組工作原理：

如果把傳統的可插拔光模組比喻為一台「桌上型電腦」。那主機可視為交換晶片/ASIC；顯示器即光模組；鍵盤、滑鼠是獨立的設備。它們之間透過各種線纜/PCB走線連接。

其優點是那個零件壞了，可以單獨更換，靈活升級。但缺點也是顯而易見的，例如，桌面上線多、不只佔地方，頻寬密度低，整體耗電量也更大，耗電量也變得很高。

之前，我們一直熱衷於追求晶片的性能。如晶片從28奈米製程，提升到14奈米，再到7nm、5nm、3nm製程的迭代，晶片是變小了，能耗也降低了。但摩爾定律逼到了極限，根據「木桶原理」，一隻木桶能裝多少水，取決於它最短的那塊木板，而非最長的木板。顯然，現在資料傳輸最大的短板，不是晶片本身的效能了，而是「連結」！

那如何解決這些痛點和短板，CPO就應運而生了。

二、CPO基礎知識掃盲

1、什麼是CPO

CPO，全名為Co-Packaged Optics，即共封裝光學技術，那光學和誰封裝在一起？其實，這個詞後面應該要加幾個單字，with ASIC，這樣就比較好理解。

所以，CPO是一種創新的光電子整合封裝技術，旨在將光學元件（如雷射、調製器、光接收器等）與電子晶片/交換晶片（GPU、ASIC等）透過2.5D或3D封裝，整合在一起。

它透過Co-packaging 的封裝方式，大體積的可插拔模組被簡單的光纖配線架所取代，因此前面板的物理擁塞得以緩解，縮短光電訊號傳輸距離。更重要的是，交換器和光學器件之間的電氣通道大大縮短，因此功耗大幅降低。

例如，CPO技術就好比一個「家庭」所有成員，而不是分開居住，溝通交流就比較直接有效率。是下一代資料中心和高速通訊領域的關鍵技術，尤其適用於對頻寬、功耗和延遲要求極高的場景，如AI訓練、AI運算叢集、高效能運算HPC、雲端運算和5G通訊等。

2、三大優點

（1）高整合度，可靠性高

將光引擎與電晶片封裝在同一基板上，體積縮小40%，提高面板連接埠密度，支援高密度部署，減少設備佔用空間。

光電器件整合在同一包裝內，抗電磁幹擾能力強，物理層安全性高，減少訊號竊聽風險。

（2）低功耗、低延遲、高頻寬

透過縮短光訊號與電晶片之間的傳輸距離，減少訊號衰減和功耗。相較於傳統可插拔光模組，CPO可降低30%-50%的功耗，顯著降低資料中心的營運成本。

訊號傳輸距離縮短至毫米級，支援800G、1.6T甚至更高頻寬，延遲降低50%以上，滿足AI、雲端運算等對高速資料傳輸的需求。

（3）可擴展性強，成本優化

模組化設計支援靈活擴展，適應不同規模的資料中心需求，未來可透過升級光引擎和電晶片實現更高效能。

大規模量產後，單一位元傳輸成本可望降低，儘管初期投資較高，但長期來看可降低系統總成本。

3、CPO、LPO和光模組的區別

一言以蔽之，光模組是一個獨立的、可插拔的裝置；LPO保留可插拔設計，光模組可熱插拔，便於維護和升級，屬於過渡技術，兼顧成本與靈活性。 CPO是高度整合的系統級封裝技術,追求極致性能，是顛覆性技術。

一個形象的比喻：桌上型電腦VS手提桌上型電腦 VS 筆記型電腦。

（1）概念與本質

① 光模組：是一種獨立的光學設備，可插拔，核心功能是將電訊號轉換為光訊號（光電互轉），並透過光纖傳輸，再將光訊號轉換回電訊號。它包含光發射組件（如雷射）、光接收組件（如光電探測器）、電路板、電氣介面等，透過標準化封裝（如SFP、QSFP等）實現與設備的熱插拔連接。

② LPO：Linear Pluggable Optical，線性驅動可插拔模組，是一種光模組封裝技術，透過線性直驅技術取代傳統的DSP，實現系統降功耗、降延遲的優勢，但係統誤碼率和傳輸距離有所犧牲。它摒棄數位訊號處理器（DSP），透過使用具有優異線性度和均衡能力的轉阻放大器（TIA）和驅動晶片（DRIVER）來取代DSP，消除訊號恢復需求，降低處理開銷和系統延遲。

③ CPO：是一種封裝技術，將光引擎（含調變器、偵測器等）與運算晶片 /交換晶片（如GPU、ASIC）直接封裝在同一基板或插槽上，縮短訊號傳輸距離，減少功耗和訊號損耗，無獨立可插拔外殼。

（2）應用場景

① 光模組：適用於中長距離傳輸（如跨機房、資料中心互聯），在傳統資料中心、電信網路等領域廣泛應用。

② LPO：短距離（<2km）傳輸，特別適合時序要求極高的高效能運算中心（HPC）中GPU 間通訊場景。

③ CPO：晶片基互聯，公分和微米級，主要針對超大型資料中心（AI運算群集）、高效能運算（HPC）短距高速場景（如機櫃內GPU互聯），對頻寬、能耗、延遲要求極高的場景。

（3）技術成熟度&發展趨勢

① 光模組：憑藉可插拔的可維護性和靈活性，技術和產業鏈成熟，當前和可見的未來任然會是主流；在中長距場景仍佔主導，但隨著速率提升（如800G、1.6T），功耗和體積問題逐漸凸顯。

② LPO：技術成熟，由於DSP是耗能大戶，能耗佔49%，移除DSP晶片，簡化了光模組內部結構，降低了模組複雜度和功耗；目前已實現800G/1.6T量產，在CPO成熟之前，LPO是過渡技術。

③ CPO：處於商業化初期，需突破矽光整合、先進封裝等技術瓶頸。被視為下一代資料中心互聯的關鍵技術，產業鏈集中在少數頭部企業（如輝達、台積電），技術壁壘高；未來可能在3.2T及以上速率場景成為主流，但短期內與光模組、互補、並存。

知識卡：MPO，Multi-Fiber Push On，是一種高密度多芯光纖的實體連接器，是CPO內部的結構，主要用於高速資料傳輸和高密度佈線場景。它透過多芯光纖實現高速資料傳輸，常用於資料中心、雲端運算等領域。隨著光模組速率的提升（如400G、800G、1.6T），MPO的芯數也會隨之增加（如12芯、16芯、24芯），以滿足更高的傳輸需求。

4、CPO未來應用：OIO和光計算

（1） OIO：

OIO是 Optical I/O的縮寫，中文名為光互連輸入輸出。它是為瞭解決運算晶片（如CPU、GPU、XPU等）之間的連網問題而提出的技術方案，利用光互連的低功耗、高頻寬、低延遲優勢，取代傳統的電氣I/O（Electrical I/O）方案。 OIO透過將光模組與運算晶片封裝在一起，實現晶片間的光訊號傳輸，顯著提升資料互動效率，有望成為未來晶片間互聯的終極解決方案。

OIO是光通訊領域的前沿技術，隨著人工智慧和大數據的發展，其市場需求將持續成長。未來，OIO可望與CPO（光電共封裝）等技術協同發展，共同推動資料中心與運算架構的變革。

（2）光計算：

光計算是一種新興的計算技術，利用光訊號執行計算任務，具有更高的平行運算能力、光子傳輸幾乎無能量損耗，散熱壓力小，符合綠色運算需求，且光訊號不受電磁場幹擾，抗干擾性強，保密性好，還具有更大的頻寬、更快的反應時間等特性。

光訊號可同時攜帶多維訊息，實現天然並行處理，適用於大規模矩陣運算和深度學習任務。在量子化學、流體力學等領域，光計算可加速數值模擬。

與AI結合後，可以處理更龐大的資料量，建立更優秀的模型，研究更精確的演算法。光運算作為下一代高效能運算的重要方向，正逐步從實驗室走向產業化。

三、CPO技術演進史

從2D平面封裝（400G以下）到2.5D中介層封裝（800G主流），再到3D垂直封裝（1.6T以上），CPO技術路線逐步成熟，朝向高頻寬、更低功耗邁進，成為AI、高效能運算等領域的關鍵支撐技術。

如下圖：光引擎與switch晶片的距離越來越近

1.無源銅纜連接 Copper DAC：

Direct Attach Cable，被動銅纜，將ASIC（專用積體電路）與銅纜透過主機板相連，實現兩端直接連接；

2.可插拔光模組 Pluggable Opitcs TRX：

引入光模組，但仍以插拔方式透過介面與主機板再與ASIC相連，再透過主機板將光電轉換功能從面板搬到主機板處理器或關聯電晶片旁。這樣節省空間提高了密度，並減少了高頻訊號的走線距離，進而降低功耗。

3、板載光學On-Board Optics TRX：

透過將光收發單元（OE和EE））與電子晶片ASIC封裝在同一基板上，引入被動接頭連接光收發器與電子晶片，排列在ASIC四周，縮短了PIC/EIC和ASIC之間的距離，不再採用可插拔式接頭，縮短了光功率傳輸路徑，減少了訊號損耗和功耗，是傳統的可插拔式接頭，縮小了光電式傳輸路徑，減少了訊號電輸出和功耗，是傳統的啟用端線端（Pgable）（ApableC）ApableApable（ApablePableD（ApablePable）單元在傳統的電不能插入電模組（介於傳統）。

4、2.5D CPO：

透過矽通孔（TSV）互連技術，直接將光驅動與Switch ASIC倒裝在中介層（Interposer）上，利用中介層上的金屬互連實現光電晶片的連接，再將中介層與下方的封裝基板或PCB板連接起來。這種封裝方式縮短了光電訊號傳輸路徑，降低了功耗和延遲，進一步縮短線距，增加I/O密度。

5、3D CPO：

透過3D封裝的技術直接光學IC直接連接到中介層上，實現互連距離<50μm，它透過將光電晶片進行垂直堆疊，實現更短的互連距離、更高的互連密度、更好的高頻性能、更低的功耗以及更高的整合度，成為技術主流方向。

例如，博通推出的3D CPO光引擎將PIC倒裝在EIC上方，透過基板與ASIC晶片互連，實現了12.8Tbps的頻寬，功耗降低40%。

輝達的Quantum-X交換器採用3D CPO技術，支援3.2Tbps連接埠速率，為AI叢集提供高效互聯。

四、市場&競爭格局

1、市場空間

CPO整體上，市場即將迎來指數級增長期。

根據Yole Intelligence數據，2024年全球CPO市場規模約4,600萬美元，到2030年將飆升至81億美元，期間年複合成長率（CAGR）高達137%。另一權威預測，2024年全球CPO模組市場規模約4,080萬美元，到2031年將達到10.16億美元，CAGR為46.4%。

2、國際巨頭佈局

國際科技巨頭透過垂直整合主導CPO高端市場：

（1）輝達（NVIDIA）

GPU+CPO全端方案領導者。 2024年8月提前量產GB200 NVL72機架，採用1.6T CPO互連，光引擎由自研（Mellanox設計）+天孚代工組合，2025年下半年預計月產5000櫃。其H200/B200 GPU預留CPO光介面，支援OIO（Optical I/O）演進。

另外，輝達在2025年的GTC大會上推出了Quantum-X矽光共封晶片、Spectrum-X矽光共封晶片以及衍生出來的三款交換器產品：Quantum 3450-LD、Spectrum SN6810和Spectrum SN6800。Quantum-X交換器基於IB網路技術，預計2025年稍後上市；Spectrum-X交換器基於乙太網路技術，預計2026年上市。

（2）博通（Broadcom）

博通不將CPO 視為獨立產品，而是將其作為與交換器及其他晶片整合的技術增強方案，交換晶片與CPO方案綁定。 Tomahawk 5（25.6T）支援12.8T CPO光引擎，2024年推出TH6（102T）支援1.6T×64埠CPO，2025年配套Meta/AWS交換器出貨。

（3）思科（Cisco）

思科提供系統級解決方案，基於Silicon One晶片的CPO交換器取得微軟Azure訂單，2025年AI乙太網路交換器營收翻倍，2026年中東主權AI專案將採用其CPO方案。

（4）邁威爾（Marvell）

邁威爾在2022年3月在OFC22宣佈推出CPO技術平台，展示了Marvell面向51.2T交換機的未來3.2T CPO平台的基礎；在OFC 2024上首次亮相的Marvell 3D SiPho引擎，是業內首款支援200Gbpsps電介面和光電介面的技術，為業內首款支援200Gbpspps電機提供了基礎。

2025年1月宣佈CPO技術上取得了重要進展，用於定製AI加速器（XPU），基於最新發布的HBM計算架構，Marvell通過讓客戶將CPO無縫整合到下一代定製XPU中，實現從當前單個機架內數十個XPU使用銅纜連接，到跨多個機架數百個XPU使用CPO連接的轉變。

五、結構&產業鏈

（一）結構

CPO交換器主要由交換晶片ASIC、 OE光引擎（含PIC）、 ELS外接光源、柔性光背板、MPO連接器等零件組成。

以輝達Quantum-X CPO交換器為例：

（1）交換晶片（ASIC）：採用先進製程製程（如台積電4nm），整合高密度電晶體（如1,070億個），支援高速資料交換與路由功能。

透過Chiplet架構實現模組化設計，單晶片頻寬可達28.8Tbps，支援144個800G連接埠。

（2）矽光引擎（Silicon Photonics Engine）：整合式微環調變器（MRM）與鍺矽探測器，實現光訊號調變與接收。採用3D堆疊封裝技術，與交換晶片直接連接，縮短訊號傳輸距離，降低功耗和延遲。單引擎頻寬1.6Tbps，支援PAM4調製，透過多波長復用技術提升傳輸效率。

（3）光纖陣列單元（FAU）:負責連接矽光引擎與外部光纖，實現高密度光訊號傳輸。採用光纖陣列技術，支援16芯/連接埠的MP0連接器，總光纖數達1152根，滿足高頻寬需求。

（4）外部雷射光源（ELS）:提供連續波雷射訊號，波長覆蓋1310nm-1550nm，支援波分複用。採用外接設計，透過保偏光纖連接矽光引擎，降低交換器內部熱負載。

（5）連接器與光纖管理:MPO連接器支援熱插拔，實現光纖的快速連接與更換。光纖管理模組優化光纖路徑，減少訊號衰減，支援高密度光纖佈線。

（二）產業鏈

CPO產業鏈上游：原料與設備供應商；中游：CPO產品設計與製造商；下游：終端用戶與應用領域。

1、上游：原料與設備供應商

（1）光晶片：負責光電訊號轉換，包括矽光晶片、雷射晶片（如VCSSEL、EML）、偵測器晶片等。主要企業有長光華芯、源傑科技、仕佳光子等國內企業，以及Intel、Lumentum、Coherent等國際企業。

（2）光材料：用於製造光晶片及光元件，如矽光材料、薄膜鈮酸鋰、磷化銦等。雲南鍺業、海特高新等企業在光材料領域有一定地位。

（3）生產設備：包括光刻機、蝕刻機、封裝設備等，是CPO模組製造的關鍵工具。德龍雷射、羅博特科、華工科技等企業為CPO產業鏈提供生產設備。

2、中游：CPO產品設計與製造商

（1）光模組製造：將光晶片與光元件整合，完成CPO模組的整體開發。中際旭創、新易盛等企業是全球光模組市場的領導者，具備強大的技術實力與量產能力。

（2）光引擎：CPO系統的「心臟」，技術障礙最高。相當於一個整體的光學子系統。它負責光訊號的收發、傳輸和處理，是系統性能的關鍵決定因素，直接影響傳輸品質和速率。天孚通訊在光引擎領域佔據優勢，是輝達等國際巨頭的核心供應商。

（3）封裝與測試：對CPO模組的效能與可靠性至關重要。長飛光纖、羅博特科等企業為CPO模組提供封裝與散熱解決方案。

3、下游：終端用戶與應用

（1）資料中心IDC：是CPO模組的主要應用領域之一，微軟、Meta、騰訊等雲端服務商透過採用CPO技術，實現資料中心的高密度資料傳輸和低功耗運作。

（2）通訊設備：通訊設備企業如華為、中興通訊等在5G/6G網路中探索CPO技術的應用，推動通訊技術的升級。

（3）高效能運算：在科學運算、氣象預報等高效能運算場景中，CPO模組提供TB級資料傳輸能力，提升運算效率。

六、相關標的

以下為不完全列舉：

(1) 交換器:

① 銳捷網路：主營業務為網路設備及雲端運算解決方案，主要產品包括1.6T/3.2T CPO 交換器。

② 新華三：主營業務為光通訊元件及模組研發生產，主要產品包括數通800G 矽光模組、 CPO 產品試製。

③ 紫光股份：交換器龍頭，CPO矽光交換器領先企業，全球首款單晶片800G CPO矽光交換器（H3C S9827系列），支援64個800G連接埠，功耗降低30%；已應用於國內兆參數大模型訓練。

（2）CPO光連接

① 中際旭創：高階光通訊收發模組的研發、生產及銷售，提供雲端資料中心客戶100G、200G、400G、800G 和1.6T 的高速光模組。重視CPO方向佈局，與多家國際大廠保持緊密的合作關係。

② 新易盛：領先的光收發器解決方案和服務供應商，專注於光模組的研發、製造和銷售；光模組在光纖終端完成光電訊號轉換，是光纖傳輸的最核心部件；在CPO技術領域已經進行了全面的佈局，並且已經發布了LPO技術光纖模組。

（3）光引擎&裝置

① 天孚通訊：是業界領先的光元件整體解決⽅案供應商和先進光學封裝製造服務商，產品廣泛應用於光纖通訊、光學感測、雷射雷達、醫療檢測等領域。主要產品包括適用於CPO 的高速光引擎、1.6T/800G 光引擎產品。

② 光迅科技：光元件銷售額國內第一，全球第四，，「晶片-元件-子系統」全鏈條能力企業，矽光晶片國產化先鋒，公司於2023年發布可插拔CPO ELS自研光源模組。

③ 博創科技（長芯博創）：是國內首家實現PLC光分路器量產的企業，其PLC光分路器和密集波分複用（DWDM）器件在全球市場份額佔比約10%-15%，技術優勢顯著，主營光通訊無源和主動器件。

（4）MPO連接器

① 太辰光：全球光密集連接產品龍頭，尤其在高密度光纖連接器（如MPO/MTP連接器）領域佔據領先地位。其核心業務聚焦光通訊元件，深度綁定北美頭部雲廠商及輝達、博通等算力龍頭供應鏈。

（5）光晶片（含光源）

① 仕佳光子：光晶片及光元件領域的細分龍頭，尤其在平面光波導（PLC）分路器晶片國內第一、陣列波導光柵（AWG）晶片、DFB雷射晶片等核心產品領域具有顯著優勢。

② 源傑科技：國產雷射晶片龍頭，10G、25G雷射晶片出貨量國內第一，200G PAM4 EML完成開發，CPO所需的300mW高功率CW光源技術取得突破。

③ 長光華芯：國內高功率半導體雷射晶片龍頭，VCSEL晶片市場份額國內第一，VCSEL晶片適用於短距CPO系統（如資料中心內部互聯），取代部分DFB方案，功耗降低20%。

（6）光設備封裝等

① 羅博特科：控股公司Ficontec矽光設備市佔率全球第一，達50%，CPO自動化封裝設備精度達±0.5μm，在全球光電子及半導體自動化封裝及測試領域領先的設備製造商，擁有世界領先的核心微納運動控制及自主的創度微

② 奧普光電：國內軍工光電測控儀器的龍頭，主營光電測控儀器設備、光柵編碼器及光學材料，子公司長光集智，參與光刻機曝光系統等核心零件研發。 （Aiden的硬科技行研）