光电共封装(CPO)以及数据中心网络的未来

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引言

随着人工智能工作负载、云计算和数据消费的增加，电信和数据中心行业的网络流量持续激增。这种扩张推动了网络基础设施对更高带宽、降低功耗和提高可扩展性的需求。光电共封装(CPO)通过将光学组件直接与交换芯片集成，从根本上改变了数据中心的架构方式，代表了解决这些挑战的重大进步。
CPO技术简介
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光电共封装(CPO)代表了数据中心网络架构的范式转变。与传统的外部连接到交换芯片的可插拔收发器不同，CPO技术将光学引擎直接与交换芯片集成在同一封装中。这种架构变化消除了显著的信号损失，降低了功耗，并实现了更高的带宽密度，这对现代人工智能驱动的工作负载越来越重要。
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根据花旗研究报告，CPO解决方案预计将在2025年开始样品试验，同时为InfiniBand和以太网(Spectrum X)应用提供多个版本。"Rubin"平台的量产型号预计将在2026年下半年推出。尽管CPO即将推出，但业界已经在展望预计于2027-2028年左右出现的用于xPU互连的光学I/O(OIO)[1]。

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( ]+ ]9 D" {# k3 ^* O" W* j图1：网络中光学技术从传统可插拔收发器到光电共封装和光学I/O的演进。不同光学集成方法的带宽和能效得到改善。
CPO采用时间表和市场预测

虽然CPO技术具有显著优势，但其采用将是渐进的。报告预测，到2028-29年，CPO交换机渗透率将达到约25-30%。这种适度的采用率意味着传统收发器技术和CPO将在未来几年共存，使两个市场部分能够并行增长。
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4 ~" w4 z; X9 ~3 |  N5 |, o2 K8 @研究人员预测CPO交换机出货量(包括2027年OIO试验)将达到：
+ x( L- ?! l" l% q6 Q2025年300台
( s7 c1 h. I3 V8 j9 F" Q* S2026年5,000台
+ M8 A' g) |4 T) }  E$ C! A9 X6 A" O2027年100,000台
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影响这一采用时间表的几个因素包括：
需要证明CPO在生产环境中的可靠性
" ]1 N3 R( b" A/ [4 J: M# r制造和集成的技术挑战
7 F5 T( S4 j+ m  K大型语言模型(LLM)训练的扩展放缓
9 a' z0 T& t; P2 p. p' w; H行业中的解耦趋势

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图2：不同的CPO实现方法，包括代表最先进形式的晶圆级集成技术，在未来迭代中有望带来更大的性能提升。
7 O4 |: K- @2 }) T3 L+ BCPO架构的关键组件

  G$ D! B1 ]3 d2 c# mCPO架构包含几个使其功能和性能优势成为可能的关键组件：

1. 光纤阵列单元(FAU)和连接器：FAU连接器是通过光电子集成芯片(PIC)内的波导将单模光纤连接到光学引擎(OE)的基本组件。从固定插座格式到可拆卸FAU连接器的演变解决了之前CPO采用时面临的维护挑战。
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图3：90度FAU实现了交换ASIC与光纤之间的高效耦合。报告预测，到2027年，CPO/OIO的FAU/连接器市场将达到约人民币30亿元，初始内容价值约为每单元100美元。
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" K  E0 X$ g+ R) c+ F/ t2. 外置激光器小型可插拔(ELSFP)：ELSFP模块容纳了为光电子集成芯片提供光功率的连续波(CW)激光器，位于光学引擎之外。这种外部放置提供了几个优势：
更可靠的光源封装，可以轻松更换
与共封装ASIC的热环境解耦
# |2 H1 e4 x' R更高效的冷却控制
减少光电子集成芯片上的空间限制

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图4：ELSFP模块是CPO生态系统中的关键组件。报告估计，到2027年，ELSFP市场将达到人民币107亿元，初始内容价值约为每单元1,100美元。
光纤整理器(Fiber Shuffle)

0 P6 u" A" m. v5 t1 E$ f光纤整理器组件解决了CPO/OIO实施中的两个主要挑战：
9 w  O" a! t6 ^  Q  [7 {5 `由于光学引擎与交换ASIC之间的连接距离不同而导致的光纤长度不一致
7 s: J  U' z8 V% G随着带宽增加而变得更加复杂的线缆布线困难
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这些组件在柔性印刷电路上预先安排光纤的长度和方向，简化了安装和维护，同时节省了空间。

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图5：光纤整理器为复杂的互连创建了优雅的布线解决方案。光纤整理器组件市场预计到2027年将达到人民币33亿元，每个单元的价值可能在7,000-14,000美元之间，取决于配置复杂性。
CPO系统的带宽演进
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* j3 a) p" W% ]9 lCPO系统的带宽能力预计将迅速发展。初始InfiniBand CPO交换机试验将具有类似于InfiniBand-X800交换机的115.2T带宽，需要36个3.2T的光学引擎。

未来CPO产品预计将按以下方式扩展：
2 Z. j/ V1 U" P2025年第三季度115.2T带宽(InfiniBand CPO)
& x, S, G* |$ g& |2025年底204.8T带宽(以太网CPO)
0 s- f7 ?, K+ y2026年下半年409.6T带宽(Rubin CPO)

/ a4 @) L, a9 L( O' B这代表了比传统网络交换机更快的升级步伐，带宽可能每代增加4倍，而不是传统系统中典型的2倍。这种加速扩展可通过CPO的基本架构优势实现。
0 [7 W8 g; g" x" q4 j- U/ ^主要行业参与者和市场机会
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报告确定了几个将从CPO革命中受益的关键参与者：

: m% X  g- b( d- W0 W/ z) O; d1. T&S Communications(300570.SZ)：T&S Communications被强调为行业首选，在光纤整理器组件方面具有特殊优势。凭借其主导的市场地位和与康宁(NVIDIA的供应商)的强大业务关系，T&S Communications预计将保持光纤整理器技术的市场领导地位。到2026年，该公司每CPO交换机的内容价值可能达到4,320-6,144美元。
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' W4 m9 q9 E  U, w  ~2. TFC Optical Communication(300394.SZ)：TFC Optical Communication被确定为另一个主要受益者，特别是在ELSFP和FAU连接器市场。作为Mellanox(NVIDIA)的关键光学引擎供应商，TFC Optical Communication有很好的条件扩展其产品范围，包括CPO/OIO系统所需的关键组件。其成熟的制造能力和研发关系给予了竞争优势。

3. 其他关键参与者：报告还提到了Innolight(300308.SZ)和Eoptolink Technology(300502.SZ)作为可能参与CPO生态系统的公司，特别是在高功率CW激光器等ELSFP模块的关键组件方面。
OIO：CPO之后的下一个前沿
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虽然CPO代表了一个重大进步，但业界已经在展望用于xPU互连的光学I/O(OIO)。OIO预计将进一步提高带宽密度和能效，同时降低延迟——这些是AI推理应用的关键因素。

报告表明，OIO可能是比CPO交换机本身更大的市场机会。假设每个NVL72机架使用当前的9个交换机托盘设置，如果有400万个GPU部署在类似DGX NVL72机架的解决方案中，可能需要约50万个交换机托盘(相比之下约13.9万个IB交换机)。
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图6：OIO组件潜在长期市场规模的预测，与初始CPO交换机市场相比显示出显著更大的机会。
CPO采用的挑战和考虑因素

5 L. i6 U' ]& u  P% |尽管前景广阔，CPO采用面临几个挑战：
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1. 供应链风险：报告指出，CPO涉及许多新组件，如光电子集成芯片和可拆卸FAU连接器，可能面临生产挑战。该行业已经在NVL72机架等技术方面经历了延迟，类似的问题可能影响CPO时间表。
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& r" g: _  g' @& e/ j5 c1 N, f2. 竞争格局：FAU连接器等CPO组件的市场预计将充满竞争，天孚光通信、Senko和康宁等公司都在争夺市场份额。考虑到不同组件类别所需的数量要求和专业知识，单一供应商不太可能主导整个生态系统。
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( B' }! v* ^' [3. 技术挑战：制造与ASIC集成的高精度光学组件带来了显著的技术挑战，包括：
( B! n4 _4 j5 I; ]# k: z& _实现高良率
确保可靠的信号完整性
, U0 r$ W, Z6 \, j6 R  j管理热考虑因素
2 H, p; s2 O2 V7 \开发强大的测试方法
# n+ p' d3 r1 q6 J6 u结论
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4 a" ^7 V9 z( L4 E! I8 H6 p8 w光电共封装的转变代表了数据中心网络架构的根本转变，有望在带宽密度、能效和可扩展性方面带来显著改进。虽然采用将是渐进的，但市场机会非常可观，预计到2027年，相关生态系统价值将达到数十亿美元。

7 j, H( `2 o: X: \3 IT&S Communications和TFC Optical Communication等公司通过在光纤整理器组件、FAU连接器和ELSFP模块方面的专业知识，有很好的条件从这一转变中受益。随着CPO技术的成熟和OIO成为下一个前沿，该行业将在光学网络技术方面持续创新，为下一代AI和云计算基础设施提供动力。

7 H2 K) q3 ^. v; p1 j, Z网络世界正处于这场光学革命的风口浪尖，初始CPO部署将于2025年开始，并在2027年及以后加速。计划数据中心策略的组织应密切关注这些发展，并为光学和电子在封装级别融合的未来做好准备。
参考文献

[1] L. Tsang and K. Wong, "CPO is Coming But Adoption Takes Time; Buy T&S/TFC Optical as Networking Winners in Channel Expansion," Citi Research, China Communications Infrastructure, Mar. 11, 2025.
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