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光模組的“架構革命”：CPO技術為何成為AI時代的破局點？
前 言
當前，我們正站在一場由人工智慧（AI）驅動的全球算力革命中心。這場革命的核心矛盾，已從單純追求晶片的峰值算力，轉向如何高效、可靠地連接與管理海量計算單元，建構真正的“AI超級電腦”。在此背景下，光互連技術，特別是共封裝光學（CPO，Co-packaged Optics），已從一項前沿探索迅速演變為決定算力基礎設施效能與規模的關鍵瓶頸與破局點。本文旨在深入剖析CPO行業的現狀、核心驅動力、正在發生的產業模式變革，並展望其與未來國家戰略的潛在共振點。
一、現狀審視——CPO從技術藍圖走向商業前夜
共封裝光學（CPO）並非對傳統可插拔光模組的簡單升級，而是一次光電融合的“架構革命”。其核心在於將光學引擎（光晶片、調製器等）與矽基計算晶片（如GPU、ASIC、交換晶片）在封裝層級進行高密度整合，從根本上重構了資料中心內部的資料傳輸路徑。這種整合將訊號傳輸距離從釐米級壓縮至毫米級，直接帶來了功耗、頻寬和延遲的性能飛躍。
（一）核心驅動力：AI算力洪流下的剛性需求
AI大模型的訓練與推理，催生了前所未有的資料交換需求。據行業分析，全球AI算力需求正以“每3.5個月翻一番”的速度增長。單個AI叢集內部，GPU間的通訊頻寬需求已從TB/s等級向PB/s等級邁進。例如，一個千卡GPU叢集在執行兆參數模型訓練時，內部互聯頻寬需達到幾十Tbps甚至上百Tbps，這對資料傳輸效率提出了極致要求。
傳統可插拔光模組依賴的“晶片-PCB走線-光模組”架構，在速率超過800G後，面臨訊號完整性惡化、功耗激增和物理空間緊張的巨大挑戰。可插拔光模組在800Gb/s高速傳輸下，電訊號需長距離傳輸後再轉換為光訊號，導致單連接埠功耗高達30W，訊號損耗達22分貝。這對於一個需要部署數萬甚至數十萬光模組的超大規模AI資料中心來說，電力消耗和散熱壓力已成為不可承受之重。
CPO技術通過架構革新實現了性能的跨越式提升。以輝達的CPO方案為例，其通過將光引擎與交換晶片ASIC整合封裝，使功耗降至9W/連接埠（降低70%），訊號損耗銳減至4分貝。下表對比了傳統可插拔光模組與CPO方案在關鍵性能指標上的差異：
圖表：CPO與傳統可插拔光模組性能對比
（二）行業拐點：2025年，從實驗室到量產的關鍵分水嶺
多方跡象表明，2025年已成為CPO技術商業化的關鍵轉折年。產業界從技術驗證、標準制定到產能佈局都已進入實質性階段，呈現出加速發展態勢。
巨頭產品落地方面，輝達已於2025年GTC大會上明確宣佈，將於下半年推出的GB300晶片及下一代Rubin平台將全面採用CPO技術。其Quantum-X InfiniBand Photonics平台（交換容量達115Tb/s）預計於2026年初上市，Spectrum-X乙太網路交換機（最高409.6Tb/s頻寬）則將於2026年下半年推出。這些產品具備了業界領先的頻寬性能，並配備高效的液冷系統，能夠應對高密度、高功耗的運行環境。
市場需求方面，2025年Q2全球TOP10的雲廠商（包括亞馬遜AWS、微軟Azure等）採購的AI伺服器中，已有62%選擇了CPO配置，而2024年同期這一比例還不到10%。這種“用錢投票”的趨勢明確顯示了市場對CPO技術的認可。國內產業鏈也在快速跟進，如華工科技在2025年美國OFC展會上發佈了全球首款適配下一代AI訓練叢集的3.2Tb/s液冷CPO超算光引擎，其能效低至5pJ/bit，較傳統可插拔模組功耗降低近70%。
技術成熟度方面，頭部企業的CPO良率已從早期的60%左右提升至90%以上，部分企業甚至達到95%，成本下降40%，為規模化應用掃除了障礙。
（三）市場規模與結構：一個高增長的細分賽道正在形成
儘管CPO總體市場規模仍處於起步階段，但增長曲線極為陡峭。據摩根士丹利預測，CPO市場規模在2023-2030年間年複合增長率將達172%，到2030年達到93億美元。這一增長速度在科技產業中極為罕見，反映了市場對CPO技術的強烈預期。以下為CPO市場規模的增長趨勢圖：
圖表：全球CPO市場規模預測
從市場結構看，CPO產業價值正向核心環節集中。光引擎設計、先進封裝測試等上游環節的價值佔比從傳統光模組的35%提升至60%以上。這表明CPO不僅是一項技術創新，更在重構光通訊產業的價值分配格局。
區域市場方面，中國CPO產業鏈正在快速成長。中際旭創、新易盛等國內頭部光模組企業2025年三季度業績呈現“爆發式增長”，行業整體營收同比增長83%，淨利潤同比增長127%。這些企業已獲得輝達等國際巨頭的CPO訂單，預計2026年開始批次交付。同時，中國在“十五五”規劃中將“算力基礎設施升級”列為重點，CPO作為核心技術之一，相關項目可享受政策支援，這為國內CPO產業創造了有利的發展環境。
總的來說，CPO技術正從藍圖走向商業前夜，這是一場由AI算力需求驅動的、涉及材料、晶片、封裝、系統多層次的產業鏈協同革命。它不僅是一種新技術，更是未來AI基礎設施的核心支撐點，值得政府部門在政策制定和產業引導上給予高度重視。
二、產業深潛——技術路線、模式變革與價值鏈重塑
CPO的崛起絕非單一產品的勝利，它正在引發光通訊產業從技術路線、商業模式到價值鏈的連鎖反應，其影響深度和廣度遠超一般的技術迭代。這場變革的核心在於，CPO正推動產業從“模組級組裝”向“晶片級整合”躍遷，進而重塑競爭規則和利益分配格局。
（一）技術路徑：共存、融合與多元探索
當前產業界的一個關鍵共識是：CPO並非要完全取代可插拔光模組，而是形成一種“分工協同、長期共存”的格局。這種分工主要由應用場景的差異化需求驅動。在AI算力叢集內部，尤其是千卡級GPU之間的Scale-up互連場景，資料交換頻寬需求已突破TB/s等級，傳統可插拔光模組的功耗和密度瓶頸難以克服。例如，輝達GB200超算叢集中，CPO技術將GPU間互連功耗從傳統方案的30W/連接埠降至9W/連接埠，降幅達70%，同時將訊號損耗從22dB銳減至4dB，這是支撐兆參數模型訓練的基礎。而在資料中心機櫃外部互聯（Scale-out）和電信傳輸等距離較長、需靈活維護的場景，可插拔光模組仍具成本優勢。據Lightcounting預測，到2027年，800G和1.6T連接埠總數中CPO連接埠佔比將接近30%，同時可插拔光模組市場自身仍將保持增長，這充分說明了互補共存的趨勢。
技術路線的多元化競合態勢愈發明顯。矽光技術憑藉其與CMOS工藝的相容性，成為CPO的主流平台，博通、英特爾等巨頭均以此為基礎推出CPO交換機晶片。但其他材料體系也在特定細分領域展現潛力：例如，薄膜鈮酸鋰調製器憑藉高線性度、低損耗特性，在長距相干通訊場景受到關注；而面向未來更高整合度需求，OIO（光學I/O）技術試圖將光I/O以Chiplet形式與計算晶片直接整合，實現頻寬密度從當前的幾十Gbps/mm²向1Tbps/mm²邁進，這被業界視為更終級的解決方案。下表對比了三種主要光電互連技術的特性與適用場景：
圖表：主要光電互連技術路徑對比
（二）產業新模式：從供應鏈到“系統-生態”共同體
CPO的高整合度特性徹底改變了光模組行業傳統的“晶片-元件-模組”的線性供應鏈模式，推動產業向“系統-生態”共同體演進。這種轉變主要體現在三個方面：
首先是縱向整合加劇與競爭焦點上移。CPO要求光、電、機、熱等多領域知識的深度耦合，使得單一企業難以掌握全部核心技術。這促使企業通過戰略結盟或垂直整合來建構能力。例如，晶圓代工龍頭台積電推出COUPE（緊湊型通用光子引擎）平台，為CPO提供從矽光製造到3D封裝的完整解決方案，其路線圖明確規劃了從2026年OSFP光引擎向2028年處理器封裝內整合12.8Tb/s的演進路徑。這種整合使得產業價值重心顯著向上游轉移：光引擎設計和先進封裝測試的價值佔比，已從傳統光模組的約35%提升至CPO領域的60%以上。與此同時，無源器件如高密度光纖連接器（MPO/MTP）、光纖陣列單元（FAU）等，因需滿足CPO系統更高的密度和性能要求，其技術複雜度和價值量也隨之提升，成為新的增長點。
其次是系統級競爭與開放生態的博弈。以輝達、博通為代表的系統廠商，傾向於提供整合CPO的完整交換或計算系統，形成“黑盒”式解決方案。例如，輝達的Quantum-X InfiniBand交換機將CPO作為默認配置，降低了使用者整合難度，但也引發了大型雲服務商（如Google、Meta、微軟）對供應鏈鎖定和技術自主權的擔憂。作為應對，這些雲服務巨頭正積極倡導建立開放的CPO生態系統和行業標準，如參與OIF（光互聯論壇）、COBO等標準組織，推動介面規範化。未來的產業競爭，很大程度上將是封閉系統方案與開放生態標準之間的博弈。
圖表：CPO產業鏈各環節價值量分佈
（三）產業鏈地理格局：全球協作與區域化風險並存
CPO產業鏈天生具有高度全球化的特徵，但目前地緣政治因素正成為影響產業格局的關鍵變數。從現有分工看，美國在核心晶片設計（如輝達、博通）、系統架構與整合方面保持領先；中國在光模組製造、封裝測試及部分無源/有源器件領域具有顯著的成本和規模優勢，例如2025年上半年中國頭部光模組企業營收同比增長均超過80%；而台灣則在半導體製造（台積電）、矽光代工和精密光學元件方面佔據關鍵位置。
然而，這種全球化協作正面臨區域化風險的挑戰。美國BIS（工業和安全域）等機構已將部分先進光晶片製造裝置納入出口管制範圍，這直接影響到了國內CPO產業鏈在14nm以下光晶片領域的進階。這種風險一方面促使全球客戶考慮供應鏈多元化，另一方面也倒逼中國大陸產業鏈加速核心技術攻關。國內企業正通過多種方式尋求突破：一是加大研發投入，如光迅科技定增募資35億元，專項用於高速光互聯技術研發；二是加強產業鏈協同，例如華為與中際旭創聯合推出xPU-CPO原型系統，探索GPU直接出光。總體而言，地緣政治因素在短期內增加了產業鏈的不確定性，但中長期看也加速了國內CPO產業在核心技術領域的自主攻堅處理程序。
三、挑戰、風險與不確定性
儘管CPO技術前景廣闊且發展迅猛，但其從實驗室走向大規模商業化部署的道路並非坦途，仍面臨著一系列嚴峻的技術瓶頸、成本困境和產業鏈協同挑戰。這些挑戰不僅關乎技術本身，更涉及製造工藝、經濟帳計算和標準制定等深層次問題，需要產業界共同破解。
（一）技術複雜性：奈米級精度與熱管理的極致挑戰
CPO的技術複雜性首先體現在異質材料整合的難度上。它需要將基於矽的光子積體電路（PIC）、基於CMOS的電子積體電路（EIC）以及可能使用的化合物半導體雷射器等多種材料體系整合進單一封裝內。這些材料的熱膨脹係數存在差異，在裝置運行的溫度波動下會產生熱應力，若處理不當可能導致介面開裂或性能漂移。例如，矽光子晶片與有機基板之間的熱膨脹係數差異可達2-3倍，對封裝結構的長期可靠性構成嚴峻考驗。
其次，奈米級的光纖與晶片對準是規模化生產的主要障礙。高效的光耦合要求單模光纖與晶片上尺寸僅幾百奈米的波導之間的對準精度須控制在亞微米等級（通常小於0.1µm）。這好比要將一根頭髮絲精確地對準到另一根頭髮絲的特定剖面上，其難度可想而知。目前主流的主動對準工藝依賴精密裝置即時調整光纖位置至光功率最大，雖能保證精度，但效率較低且裝置昂貴。而無源對準（如V型槽結構）雖有利於降低成本和提高效率，但對加工精度要求極高，任何微小的偏差都會導致耦合損耗顯著增加。有分析指出，光耦合環節的良率損失是制約當前CPO整體製造良率提升的關鍵因素之一。
再者，熱管理是CPO系統可靠性的核心。光子器件，尤其是雷射器和微環諧振器，對溫度波動極其敏感。溫度每變化1°C，可能導致微環諧振器的波長漂移約0.1nm。在CPO封裝內，高功耗的計算晶片（如ASIC/GPU）是巨大的熱源，其產生的熱量會傳導至鄰近的光子晶片，引起溫度不穩定，從而導致光訊號波長漂移和性能劣化。為解決此問題，業界普遍採用外部雷射源（ELS）方案，將發熱的雷射器與對熱敏感的光子晶片物理分離，但這又增加了系統的複雜性和成本。同時，高效的散熱設計，如採用先進液冷技術（如輝達和博通在其CPO交換機中應用的技術）成為必然選擇，這無疑對資料中心基礎設施提出了更高要求。
（二）成本困境：高昂的前期投入與漫長的TCO回報周期
目前，CPO系統面臨的成本困境非常突出，其前期成本遠高於傳統可插拔光模組。一個1.6T CPO連接埠的初始成本估計可達2800美元，而同等速率可插拔光模組連接埠成本約為1200美元，CPO成本高出約133%。這主要源於幾方面：核心晶片（如矽光晶片、特定用途的DSP）成本高昂，其設計和製造涉及尖端工藝；先進封裝（如2.5D/3D整合）的費用可觀，測試流程因高度整合而複雜且耗時；此外，與之配套的專用交換機和液冷系統也推高了整體部署成本。
因此，CPO的推廣關鍵在於證明其總擁有成本（TCO）優勢。這意味著需要將初期投入與後續營運中的電費節省、空間資源最佳化以及算力效率提升所帶來的收益進行綜合權衡。有研究指出，在AI叢集等典型場景下，CPO的節能優勢可能需要系統持續運行2-3年才能抵消初期的溢價。這種回報周期對於許多資料中心營運商來說，決策壓力較大。特別是在當前技術迭代飛快的背景下，他們可能擔心裝置尚未收回投資就面臨技術過時的風險。
市場接受度也因此呈現明顯的場景分化。超大規模雲服務商（如Google、Meta）和頂尖AI算力提供商（如主導AI叢集的廠商）出於對極致性能和能效的追求，對CPO的接受度更高。然而，對成本更敏感或規模相對較小的企業使用者則可能持觀望態度，等待技術更成熟、成本進一步下降。
（三）標準化滯後與生態博弈：開放與封閉的路線之爭
當前CPO領域標準化工作嚴重滯後於技術發展，這已成為制約產業鏈健康發展的重要因素。在介面規範、封裝形式、管理協議（如是否相容CMIS標準）以及可維護性設計等方面，業界尚未形成廣泛認同的統一標準。這種局面導致初期產品大多基於廠商的專有設計，例如輝達的Quantum-X/Spectrum-X光子交換機和博通的Bailly CPO交換機都採用了不同的整合方案。這種碎片化狀態阻礙了第三方供應商的介入，限制了規模效應的形成和良性競爭，不利於成本下降和技術普及。
標準化滯後也引發了更深層次的產業鏈生態博弈。目前主要存在兩種模式：一是以輝達、博通為代表的系統廠商主導的“黑盒”模式，提供整合了CPO的完整解決方案，優點是交付便捷、性能最佳化，但缺點是使用者可能被單一供應商鎖定，缺乏靈活性。另一種是以Meta、微軟等大型雲服務商倡導的開放生態模式，旨在推動建立開放的介面和標準，允許不同廠商的裝置互操作，優點是給予使用者更多選擇權和供應鏈韌性，但需要複雜的產業協同。這場博弈的結果將深刻影響未來CPO產業的競爭格局和價值分配。
（四）產業節奏風險：理性看待技術炒作與業績兌現
市場對CPO等新技術的迭代節奏有時會表現出過於激進的預期。光通訊產業本身有其客觀發展規律，從800G到1.6T，再到未來的3.2T，每一代技術的成熟和規模化應用都需要時間，通常遵循著2-3年一代的迭代周期。這個周期涵蓋了技術研發、標準制定、產品化、規模化量產和生態建構等多個環節，難以一蹴而就。
因此，需要理性看待CPO的業績兌現節奏。一方面要認識到CPO是滿足未來AI算力洪流下高速互連需求的關鍵方向，具有長期戰略價值；另一方面也要意識到，從技術突破到穩定量產，再到產生顯著的經濟效益，需要一個過程。短期內，避免因過度炒作導致資本市場預期與產業實際發展脫節至關重要。對政府部門而言，尊重技術發展規律，引導產業穩健投入，攻克核心關鍵技術，完善產業鏈配套，比單純追求短期市場規模擴張更具長遠意義。
綜上所述，CPO技術雖然前景可期，但其大規模普及仍面臨來自技術、成本、標準和市場節奏的多重挑戰。應對這些挑戰，不僅需要產業鏈上下游企業持續的技術創新和協同合作，也需要政府部門在產業政策、標準引導和基礎研究方面提供支援，共同推動CPO技術走向成熟，賦能數字經濟的可持續發展。
四、未來展望——與“十五五”國家戰略的同頻共振
展望“十五五”時期（2026-2030年），CPO技術的發展路徑與中國國家戰略的多項重點方向存在深刻契合。它不僅是單純的技術升級，更有可能成為賦能新質生產力、驅動產業鏈升級、促進綠色低碳發展的關鍵支點，與國家戰略形成強有力的“同頻共振”。
（一）賦能新質生產力，築牢算力基礎設施底座
“十五五”時期，以AI為代表的新質生產力發展，以及全國一體化算力體系的建構，將對底層算力基礎設施的效率、密度和能耗提出極致要求。CPO技術通過其顛覆性的架構創新，直接服務於這一核心國家戰略。具體而言，CPO所能實現的功耗降低50%-70%、延遲減少50%以上、頻寬密度提升數倍的特性，正是突破當前超大規模智算中心性能和能效瓶頸的關鍵。例如，在建構類似於“東數西算”工程所需的跨區域高速互聯骨幹網時，採用CPO技術有望將端到端傳輸延遲控制在微秒等級，這對於高性能計算和即時AI推理至關重要。根據行業預測，到2030年，中國CPO市場規模有望佔據全球份額的40%以上，這背後正是國家算力基礎設施巨大需求的驅動。因此，大力發展CPO技術，本質上是在為國家的數字經濟發展和智能化轉型鋪設高品質、高效率、低能耗的“資訊高速公路”和算力動脈。
（二）驅動產業鏈升級，搶佔光電融合戰略制高點
CPO的興起絕非單一產品突破，它代表著資訊技術領域最前沿的光電融合趨勢，其技術和產業影響外溢效應極強。對CPO技術的戰略性佈局，將強力牽引國內在矽光晶片、先進封裝、高端光學材料、精密儀器等基礎環節和短板領域的進步。這完全符合“十四五”規劃中強調的“打好關鍵核心技術攻堅戰”精神的延續，並有望在“十五五”期間成為積體電路產業之外，又一個國家級的高科技戰略支點。目前，中國企業在光模組封裝整合等中游環節已具備全球競爭力，中際旭創、新易盛、天孚通訊三家企業全球市佔率合計已超過40%。但在上游核心晶片和材料領域，例如高端矽光晶片和薄膜鈮酸鋰調製器，仍需加速突破。政策層面，國家積體電路產業投資基金二期已明確將矽光晶片和先進封裝列為重點扶持領域。“十五五”期間，通過集中資源攻關，有望實現CPO產業鏈關鍵環節的自主可控，帶動整個電子資訊製造業向高附加值環節攀升，形成類似在太陽能、新能源車領域的叢集優勢。工信部在《光通訊產業高品質發展指導意見》中設定的目標，即到2025年實現1.6T CPO規模化應用，正是這一戰略意圖的清晰體現。
圖表：CPO產業鏈核心環節發展態勢與國產化前景
（三）促進綠色計算，服務“雙碳”戰略目標
在“雙碳”戰略目標背景下，資訊技術產業的綠色低碳轉型至關重要。資料顯示，近五年中國資料中心耗電量保持15%以上的平均增長率，2020年耗電量已佔全國總用電量的2.7%。CPO技術最直觀的優勢之一便是大幅降低資料傳輸功耗，這使成為實現綠色資料中心目標的關鍵技術路徑。推廣CPO等節能技術，不僅能直接降低超大規模資料中心營運商的巨額電費成本，更能產生顯著的節能減排社會效益。一個典型的案例是，微軟Azure在部署採用CPO技術的交換機後，其資料中心能源使用效率（PUE）值降至了1.05的極低水平。這為中國資料中心實現“十四五”規劃中提出的PUE≤1.5的能效標準乃至更嚴格的目標提供了技術可行性。可以預見，在“十五五”期間，CPO技術將與液冷散熱等其它綠色技術深度融合，共同推動資料中心PUE向1.1-1.2甚至更低的水平邁進，從而使中國的“東數西算”等國家工程不僅是算力佈局的最佳化，更是綠色算力的典範，為國家中長期綠色發展戰略做出實質性貢獻。
綜上所述，CPO技術的發展與“十五五”國家戰略的契合度極高。它既是提升國家算力競爭力的關鍵技術武器，也是驅動產業鏈向高端躍遷的重要牽引力，同時還是落實“雙碳”目標的有效實踐路徑。前瞻性地進行戰略佈局，加大研發支援力度，完善產業生態，對於中國在未來全球數字經濟競爭中佔據有利位置具有深遠意義。
五、結論
總而言之，光模組（CPO）行業正處在一個激動人心的歷史性拐點。AI的迫切需求將其從幕後推至台前，一場由架構創新引領的產業變革已然啟動。短期內，CPO將與可插拔模組分工共存，率先在頂級AI資料中心開闢市場。中長期看，其發展將遵循從專用到相對開放、從系統整合到生態建構的路徑。這個過程充滿了技術、成本和生態博弈的挑戰，但也蘊藏著重塑全球光通訊產業格局的巨大機遇。
對於中國而言，CPO既是一個必須跟上的技術賽點，也是一個依託龐大市場和應用場景實現產業鏈向上突破的窗口。其發展脈絡，與未來國家在算力基建、科技自立自強和綠色發展等方面的戰略方向高度同頻。站在“十五五”的門檻上，客觀、理性地認識和佈局CPO這一關鍵領域，對於建構自主可控、高效綠色的數字未來，具有至關重要的意義。 (中投未來產業研究中心)