什么是共封装光学（CPO）？
共封装光学技术将光学引擎（包括磷化铟（InP）激光器、硅光子小芯片、调制器和光电探测器）直接集成到与交换机专用集成电路（ASIC）或 AI 加速器相同的封装中。通过消除前面板可插拔收发器与交换机硅芯片之间的长电气走线，CPO 能够以极低的单位比特功耗实现每个端口 1.6T - 6.4T 的传输速率。随着 AI 加速器架构扩展到单个机架之外，CPO 成为了光输入/输出（I/O）的关键技术。
四层封装结构
1. InP 激光芯片：由磷化铟镓制成的芯片，可发射连续波或调制光。它基于采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长有源层的 InP 外延晶圆制造。
2. 混合键合接口：通过铜 - 铜和氧化物 - 氧化物直接键合技术，将 InP 芯片以亚微米级的对准精度与硅光子小芯片融合在一起。
3. 硅光子（SiPh）小芯片：采用互补金属氧化物半导体（CMOS）级的绝缘体上硅（SOI）材料，制作有被动和主动波导、环形调制器、光栅耦合器和锗光电探测器。
4. 交换机 ASIC 或加速器：通过先进封装技术，与光学元件距离仅数英寸的数字硅芯片（如博通（Broadcom）的 Tomahawk、英伟达（NVIDIA）的 Spectrum - X / Quantum - X 以及超大规模数据中心定制的加速处理单元（XPU））。
供应链瓶颈
- SOITEC：提供工程化 SOI 晶圆，是硅光子衬底的唯一功能性供应商。
- 阿斯麦（ASML）：为前沿交换机 ASIC 提供极紫外（EUV）光刻技术，是全球唯一的供应商。
- 住友电气（Sumitomo Electric）和 IQE：供应 InP 外延晶圆，形成双寡头垄断，交货周期长达多个季度。
- EV Group：提供晶圆 - 晶圆混合键合机，是激光器与硅光子接口的限速环节。
- 台积电（TSMC）：为组装好的 CPO 堆栈提供晶圆级芯片封装（CoWoS - S 和 CoWoS - L）先进封装技术。
- Lumentum、Coherent、Sivers Photonics：垂直整合的 InP 和商用连续波/电吸收调制激光器（CW/EML）光源供应商，其中 Sivers 是具有战略重要性的非亚洲、非美国代工厂。
- 信越化学（Shin - Etsu）和胜高（SUMCO）：为硅光子小芯片提供 12 英寸硅晶圆。
- 林德（Linde）和液化空气（Air Liquide）：为 EUV 光源和 III - V 族 MOCVD 反应器提供氦气和超纯稀有气体。
为何 CPO 正在取代可插拔收发器
可插拔光模块将光接口置于机箱前面板，需要承受长且损耗大的电气走线带来的功率损失。在 800G 传输速率下，这种损失尚可接受；但在 1.6T 时，就变得难以承受。通过将光学元件与 ASIC 封装在一起，CPO 消除了走线损耗，将单位比特功耗降低了约一半，并为拥有数百万个加速器的 AI 训练架构解锁了所需的带宽密度。博通从 2025 年开始大规模出货 CPO 交换机，英伟达的 Spectrum - X / Quantum - X / Bailly 平台以及超大规模数据中心定制的 CPO 交换机将在 2026 - 2027 年跟进。
