一、引言：當“光”走到晶片身邊
2026年8月14日，輝達宣佈Spectrum-X乙太網路矽光交換機進入全面量產階段，這是全球首款200G/lane共封裝光學（CPO）乙太網路交換機系統實現規模化商用。CoreWeave、Lambda Labs與甲骨文成為首批客戶。這一事件標誌著CPO技術從實驗室驗證正式邁入規模商用階段。
CPO並非橫空出世的新概念——早在2022年博通就展示了CPO交換機原型。但直到2026年，隨著AI算力叢集從千卡向萬卡、十萬卡等級躍遷，光互連才真正從“可選項”變成“必選項”。而在這條從電到光、從可插拔到共封裝的演進路徑上，矽光技術始終是那個繞不開的名字。
那麼，矽光究竟是CPO的“唯一解”，還是眾多技術路線中的一條？本文將從技術背景、市場驅動與未來方向三個維度展開分析。
二、技術背景：電訊號跑不動了
理解CPO為何需要矽光，首先要理解傳統架構的困境。
在傳統可插拔光模組方案中，交換晶片輸出的高速電訊號需要沿著PCB走線傳輸十幾釐米，到達前面板上的光模組完成電光轉換。在單通道速率僅為10Gbps或25Gbps的時代，這十幾釐米不是什麼問題。但當單通道速率提升到200Gb/s之後，電訊號在PCB上的損耗呈指數級惡化——介質損耗、趨膚效應、訊號反射全部隨頻率攀升。
更直接的資料是：單個800Gbps可插拔收發器功耗在9至15瓦之間，一個擁有128000個GPU的計算叢集需要近50萬個收發器。功耗、散熱、連接埠密度，三重壓力疊加。
CPO的思路極其簡潔：把矽光子引擎和交換ASIC封裝在同一塊基板上，電訊號剛出晶片就轉成光。傳輸路徑從十幾釐米縮到幾毫米，鏈路損耗從約22dB降至約4dB。損耗每降3dB，訊號功率翻一倍，18dB的改善意味著訊號完整性提升約64倍。
但CPO要實現這個“極簡”思路，光引擎必須滿足幾個苛刻條件：與交換晶片在物理上共封裝、在電學上高速互聯、在熱學上協同管理。能夠同時滿足這些條件的，矽光是最自然的選擇——它基於CMOS工藝，與電晶片的製造平台同根同源，天然具備大規模整合和低成本量產的優勢。
三、市場驅動：資料會說話
市場資料清晰地勾勒出CPO的爆發曲線。
從整體光模組市場來看，LightCounting資料顯示，AI叢集用高速光模組與CPO市場2025年規模達165億美元，2026年預計增至260億美元，連續兩年保持約60%的增速。
聚焦CPO本身，Yole資料顯示其市場規模將從2024年的4600萬美元飆升至2030年的81億美元，年複合增長率高達137%。TrendForce的預測則更為樂觀，認為CPO/NPO市場規模將從2025年約1億美元躍升至2030年的390億美元以上。
滲透率方面，集邦諮詢資料顯示2026年CPO在AI資料中心光通訊模組中的滲透率約0.5%，至2030年有望躍升至35%。Cignal AI則預測CPO連接埠部署從2026年開始小規模起步，到2030年將增長至每年數千萬個。
矽光本身也在迎來拐點。LightCounting指出，2026年將是使用矽光子調製器的收發器銷售額首次超過整體市場50%的第一年。到2031年，光收發器、NPO和CPO的銷售額將達到近800億美元。
驅動這一切的核心力量是什麼？SK海力士聯合多家國際學術機構在《自然·電子學》發表的CPO技術路線圖給出了明確答案：算力每兩年增長約3倍，而互聯頻寬僅增長約1.4倍。“頻寬牆”已成為AI算力擴展的核心瓶頸，CPO被列為突圍關鍵路徑。
四、未來方向：矽光不是終點，但可能是必經之路
CPO的未來技術方向，可以從三個層面來審視。
第一，封裝整合度持續提升。 當前的CPO主要採用2.5D中介層整合方案，將光子積體電路（PIC）和電子積體電路（EIC）並排放置在中介層上。台積電的COUPE平台已進入CoWoS封裝量產階段。但產業界正在向3D堆疊演進——通過混合鍵合、矽通孔（TSV）等工藝，將PIC和EIC垂直堆疊，進一步縮短互連距離、提升頻寬密度。Rain Tree Photonics已展示6.4T晶圓級玻璃通孔3D封裝矽光CPO光引擎，單通道速率達224Gbps。
第二，光源架構從整合走向外接。 輝達CPO方案採用外接光源模組（ELSFP）統一供光，一個模組頂過去多個收發器的雷射器用量。雷射器是光模組中最貴且失效率較高的部件，砍掉四分之三，成本和可靠性同時受益。ELSFP採用盲插光電對接設計，單顆雷射失效時可現場熱更換。據Cignal AI預測，ELSFP市場規模將於2026年突破1億美元，2030年超15億美元。
第三，材料體系從III-V族向矽基平台過渡。 傳統光晶片以磷化銦（InP）、砷化鎵（GaAs）等III-V族材料為基材。矽光CPO則將雷射器、調製器、探測器等器件整合在矽基襯底上，通過CMOS工藝製造。LightCounting預測，矽光子晶片在2025年佔所有光晶片的三分之一，到2031年將貢獻整個光晶片市場的42%，即63億美元。
但矽光並非沒有天花板。受衍射極限及“調製效率-頻寬-光損耗”制衡關係的影響，傳統矽光調製器的工作頻寬僅60GHz左右。CPO對器件的頻寬、功耗、整合度要求極高，薄膜鈮酸鋰等新材料因此被產業界密切關注。
五、挑戰與展望：前路並非坦途
矽光是CPO的未來嗎？從當前的技術演進和市場走向來看，答案偏向肯定——但需要加上一個註腳：矽光是目前最可行的CPO實現路徑，但不一定是唯一終局。
CPO仍面臨多重挑戰。技術層面，光電封裝、散熱、良率及可靠性等工程難題仍需突破，光電封裝與製造成本甚至高於光引擎本身。當光子器件與高功耗晶片同封裝時，溫度波動會引發環形諧振器、調製器等元件的頻率漂移。產業層面，CPO技術門檻高，當前僅行業寡頭可參與，還存在研發周期長、行業標準缺失、現場可維護性差等問題。
輝達CPO量產的里程碑意義在於：它證明了這條技術路線可以走通。而從“可以走通”到“大規模普及”，中間還有很長的路。正如行業分析機構所言，“CPO的競爭關鍵不只是光晶片，而是光、電、熱、封裝與測試的一體化量產能力”。
矽光為CPO提供了從實驗室走向產線的工程基礎，而CPO為矽光打開了從光模組走向晶片級整合的應用空間。兩者互為表裡、相互成就。在可預見的未來，矽光仍將是CPO最核心的技術基石——直到下一代材料或架構帶來真正的範式革命。 (TGV玻璃基板前沿)