技術_CPO
定義
CPO（Co-Packaged Optics，共封裝光學）是把「光引擎（Optical Engine, OE）」直接封裝在 XPU 或交換器 ASIC 旁邊的互連技術。傳統可插拔光模組（transceiver）插在前面板的 cage 上，距離 ASIC 約 15–30 cm，訊號得先用長距（LR）SerDes 拉過去、再經模組內的 DSP 還原與轉光；CPO 把光引擎移到 ASIC 旁，省掉 DSP、改用低功耗短距 SerDes，較 DSP 可插拔光模組可省電 50% 以上（業界目標上看 80%）。
CPO 在 scale-out（後端橫向擴展） 提供選項，但真正的主戰場是 scale-up（縱向擴展，GPU 對 GPU 高頻寬低延遲互連）——銅互連的觸及距離只有約 2 公尺，限制了單一 scale-up 域的「world size」，光互連是突破機櫃邊界把 world size 做大的關鍵。SemiAnalysis 判斷 CPO 的 TAM 會由 scale-up 主導。
圖解
圖（SemiAnalysis，2026-01）：CPO 概念——光引擎緊鄰 XPU/ASIC，省去 DSP 與長距 SerDes，較 DSP 光模組大幅降低每位元能耗。
圖（SemiAnalysis，2026-01）：CPO 系統內 PIC（光子）／EIC（電子）與光纖耦合的封裝關係示意。
技術原理
互連演進：銅 →（co-packaged copper）→ DSP 光模組 → LPO（線性可插拔，去 DSP）→ CPO。每一步都在拿掉訊號鏈上的耗電元件。
圖（SemiAnalysis，2026-01）：從 DSP-based transceiver 演進到 LPO 再到 CPO 的訊號鏈簡化。
封裝整合：TSMC COUPE（Compact Universal Photonic Engine）成為主流選項。 PIC（含調變器、波導、光偵測器）用成熟的 N65 製程（光元件不靠微縮、大尺寸反而更好）；EIC（驅動器、TIA、控制邏輯）用先進的 N7。兩顆 die 以 TSMC SoIC 無凸塊混合鍵合，在 iso-power 下較凸塊整合提供逾 23 倍的頻寬密度。採 COUPE 等於綁定 TSMC 製造的 PIC（TSMC 不替其他晶圓廠的 SiPho 晶圓做封裝）。Nvidia、Broadcom、Ayar Labs 等都把 COUPE 納入路線。
調變器三選一（MZM／MRM／EAM）：
- MRM（微環）：體積小、可直接做波長多工，但對溫度極敏感（約 70–90 pm/°C，2°C 漂移就可能讓共振失效），需加熱器穩定。Nvidia/TSMC 已能量產 200G MRM。
- MZM（馬赫–曾德）：最易實作、熱穩定佳，但體積大、需高電壓擺幅、耗電。
- EAM（電吸收）：體積小、熱容忍度高（可容忍瞬間 35°C），是 Celestial AI 的差異化選擇（GeSi EAM，C-band），但較難進入開放 chiplet 生態。
外部雷射源（ELS）：CPO 需較高功率的 CW DFB 雷射（每顆約 350 mW）。Nvidia Q3450 用 18 個 ELS 模組、每模組 8 顆 CW DFB chip。
光纖耦合（FAU）：邊緣耦合（edge coupling）vs 光柵耦合（grating coupling，GC）。GC 利於 2D 密度與晶圓級測試，TSMC COUPE 偏好 GC + MRM。
頻寬擴展的多重向量：更多光纖、WDM（波長多工）、更高階調變、提高 baud rate——這是 CPO 相對銅（只能靠更快 SerDes 硬拚）的結構優勢。
關鍵參數 / 判斷指標
| 指標 | 意義 | 觀察重點 |
|---|---|---|
| 光引擎 attach 良率 | 每顆 OE 耦合後須完好（焊接基板無返工路徑） | 目前約 95%；量產經濟需 ~99.5%；32 顆 COUPE 下 95%^32 ≈ 1% 系統良率，99.5% 才達 ~85% |
| 插入損耗（insertion loss） | 吃掉光通道預算 | Spectrum 6 CPO 曾測得 4.5 dB，吃光整個通道預算 |
| 每 lane 速率 | 200G PAM4 為現階段主流 | MRM 能否穩定跑 200G |
| 每位元能耗（pJ/bit） | CPO 賣點 | 較 DSP 光模組省 >50%，目標 80% |
| 調變器熱穩定性 | 直接影響可靠度 | MRM 敏感、EAM 容忍度高 |
技術瓶頸 / 風險
- 系統級整合良率是主要關卡：在 32 顆 COUPE 規模下，attach 良率複利效應使系統良率極低，且焊接式 OE 無返工路徑。
- 可靠度與可維修性：Google 因可靠度疑慮短期不採 CPO。
- 時程下修風險（見下方衝突 callout）。
資訊衝突：CPO 量產時程（觀點演進）
- 報告_Semianalysis_CPO_20260102（報告日：2026-01-02）：結構性看多，scale-up CPO 自 2026 起放量（AWS/AMD/Feynman），scale-out 由 Nvidia/Broadcom 2025–2026 帶動；Celestial AI 在 Marvell 旗下估 2028 年底達 $1B run-rate。
- 報告_Semianalysis_CPOand800VDC_20260609（報告日：2026-06-09）：重設預期——「2027 CPO 預期太積極」，將下修 2026/2027 的 scale-out CPO 出貨；Spectrum 6 CPO（SN810/SN800）滑期逾兩季、4.5 dB 插損問題未解；市場估 2027 年產 7–10 萬台以上 scale-out CPO 交換器「過於積極」；scale-up CPO 仍自 2026 爬升，但 2028 的跳升「看起來樂觀」。
- 狀態：同機構（作者群含 Nishball）半年後對自身積極時間表的下修，較新且含實測數字者可信度較高。
關鍵廠商
| 環節 | 廠商 | 角色 |
|---|---|---|
| 交換器 / GPU 平台 | NVDA.US(nvidia) | Quantum-X / Spectrum-X Photonics；首批 COUPE 產品 |
| 交換器 ASIC | AVGO.US(broadcom) | Humboldt→Bailly→Davisson；CPO 老將，未來轉 COUPE |
| 客製 ASIC / 光互連 | MRVL.US(marvell) | 收購 Celestial AI，切入 scale-up 光互連 |
| 封裝整合平台 | 2330_台積電（市） | COUPE（PIC N65 + EIC N7，SoIC 混合鍵合） |
| 雷射 / ELS | LITE.US(lumentum) | Nvidia 首批 CPO ELS 預期主供應商 |
| FAU / 光纖被動件 | 3363_上詮（櫃） | 光纖被動元件、FAU 相關 |
| CPO 設備 / 測試 | 2360_致茂（市） | 雷射二極體 / 光通訊測試，潛在切入 CPO 測試 |
| CPO 自動光纖耦合設備（主供） | ficonTEC（飛控泰克，德國未上市） | 博通傳統首供；5 nm 級運動控制精度，單台約 $500 萬 USD，CPO 耦合良率 80–90%，交付周期 9–12 個月；產能瓶頸源於製造周期長、無法完全自動化；當前實質壟斷 CPO 耦合設備 |
| CPO 自動光纖耦合設備（第二供） | 科瑞技術（中國，未建頁） | 2026-01 小批量導入博通產線；當前精度亞微米級，良率約 60%（量產門檻需達 80%）；與 ficonTEC 存在約 2 年技術代際差距；博通引入邏輯：降成本 + 供應鏈安全，非技術不滿 |
| CPO 耦合設備（硅光方向） | ASMPT（新加坡上市，未建頁） | 技術水平接近 ficonTEC，主聚焦矽光工藝，尚未切入 CPO 賽道 |
CPO 純玩家（本次未建頁）：Ayar Labs（TeraPHY，UCIe 光 retimer chiplet）、Nubis（2025/10 被 Ciena 收購，MZM、2D 光纖陣列）、Celestial AI（被 Marvell 收購，EAM、Photonic Fabric）、Lightmatter（Passage M1000 光中介層）、Xscape Photonics（ChromX 可程式雷射）、Ranovus（Odin OE）、Scintil（LEAF Light）。整合測試端（未建頁）：GlobalFoundries、Tower、ASE/SPIL、AMKR.US(amkor)、Fabrinet、Keysight、Teradyne。
CPO 設備生態
CPO 光纖耦合是整條光模塊產線台數最多、精度要求最高的環節（台數比例：1 台共晶 + 3 台固晶 + 16–20 台耦合），貼片、耦合、測試合計佔整線價值約 90%。
耦合精度決定供給格局
| 設備類別 | 耦合精度 | 技術難度 | 國產化狀況 |
|---|---|---|---|
| 普通光模塊耦合 | 3–5 µm | 基準 | 較高（普莱信、猎奇等，紅海競爭） |
| CPO 耦合 | < 0.3 µm | 約 10× | 極低，ficonTEC 實質壟斷 |
設備投資規模估算
2026 年光模塊新增設備投資約 200–300 億元（基於 800G 出貨 6,000 萬支 + 1.6T 出貨 2,000 萬支）。
設備需求三重乘數（彈性遠大於出貨量）：
- 新增產能（量的增加）
- 精度升級→台數增加（1.6T 耦合時間 5–6 min vs 800G 約 4 min，同等出貨需多 25–50% 台數）
- 單台設備價值量提升（CPO 耦合機 ~$500 萬 USD）
追蹤催化劑
2027 Broadcom CPO 出貨量 3–5 萬支：是市場判斷 CPO 設備需求能否規模化的關鍵驗證節點。科瑞技術良率能否突破 80% 是觀察國產替代進展的前哨指標。
技術演進時程
gantt title CPO 導入節奏（SemiAnalysis 觀點） dateFormat YYYY section Scale-out（橫向） Nvidia Quantum/Spectrum CPO 試水溫 :active, 2025, 2027 出貨低於市場預期（June note 下修） :2026, 2028 section Scale-up（縱向，TAM 主場） 銅互連為主（NVLink） :done, 2024, 2027 scale-up CPO 起步 :2026, 2028 真正放量（AWS/AMD/Feynman） :2028, 2030 section Broadcom CPO 設備驗證 科瑞技術導入博通產線（小批量） :active, 2026, 2027 CPO 出貨量驗證節點（3-5萬支） :milestone, 2027, 2027
NPO vs CPO 過渡期（2026–2028）
NPO（Near-Package Optics）是 2026–2027 年市場的主流過渡方案：
| 比較項目 | NPO | CPO |
|---|---|---|
| 可維護性 | 較好（靠近芯片但仍可換） | 差（晶圓廠封裝後不可換） |
| 功耗降低 | 中等 | CPO 可低至 14–15 W（vs NPO 降幅 30%+） |
| 量產節點 | 2026–2027 主流 | 2028 年市場爆發預期 |
| 2026 CPO 價格 | — | 比 NPO 高 1.5–2 倍 |
NVIDIA Spectrum X CPO 進展（2026Q2 調研）：
- 計劃 2026 年 Q4 啟動量產流程，但仍面臨 DFAU 良率問題和外置光源燒毀端面問題
- Spectrum X 單台售價 ~10 萬 USD，較電交換機高 20–30%（差距 ≤50%）
- Spectrum X：可插拔式 FAU，單個 OE 對應 36 芯；1 台需 16 個外置光源（每個對應兩個 3.2T 光通路），使用 400 mW 激光器
- Quantum X：固定式 FAU，對應 18 芯；2025 計劃交付 2,000–3,000 台但至今未交付
1.6T CPO 市場規模（2026 年）：
- 全球 1.6T 光模塊出貨約 1,400–2,000 萬只
- 其中 CPO 滲透率從 10–15% 提升至 20%+，出貨量約 300–400 萬只
Google CPO + OCS 組合採購計劃（2026–2028）：
| 年份 | Google OCS 需求 | 備註 |
|---|---|---|
| 2026 | 2.5–3 萬台 | — |
| 2027 | 4–5 萬台 | — |
| 2028 | 8–10 萬台 | — |
| 合計 | 20 萬台（3 年） | 2025-11 TPU v7 後德州 $400 億投資推動 |
Google CPO 態度：會採用但需等故障率極低後才大規模部署；每年給 Lumentum 光芯片 forecast 激進（每年翻倍）。
3.2T NPO 訂單：
- 谷歌計劃 2027 H2 採購 3.2T NPO，2027–2028 總需求 1,200 萬只
- AWS 配合 Trainium 4，2027 年 5 月起採購，2027–2028 總需求 1,000 萬只
- 3.2T NPO 光引擎單價 ~1,000 USD；配套 ELS 光源（每兩個光引擎一個）~430 USD
應用場景
- AI 叢集後端 scale-out 網路（Nvidia Quantum-X800 InfiniBand、Spectrum-X 乙太網）
- AI scale-up 縱向互連（取代/補足 NVLink 銅，擴大 world size）
- 客製 ASIC（hyperscaler）內部 scale-up fabric
- OCS 全光交換機（Google TPU Ironwood + 2026–2028 快速部署）
相關技術
- 技術_800VDC供電架構（同屬 2026-06 多空重設的兩大題材）
- 技術_HVLP銅箔（CPO/cableless 延後也影響 PCB 材料節奏）
- 技術_ABF載板、技術_玻璃基板（先進封裝/基板同源材料鏈）
供應鏈
→ 供應鏈_CPO
相關技術（補充）
- 技術_TFLN（TFLN 調製器在 1.6T CPO 中的角色）
- 技術_FAU（CPO FAU/DFAU 規格與供需）
- 技術_光電芯片（CPO 光引擎中 PD/Driver/TIA 配置）
- 技術_MPO（CPO 交換機中板 32 芯 MPO 連接）
OCI 200G MSA（規則 #14 — 關係更新）
2026-03-11，META.US(meta) + AVGO.US(broadcom) + AMD.US(amd) 三方聯合發布 OCI（Optical Compute Interconnect）200G v1.0 MSA，以開放標準對抗 NVIDIA NVLink 封閉生態：
| 技術押注 | 規格 | 關鍵廠商 |
|---|---|---|
| ELSFP 外部雷射 | CW DFB，SMSR 30 dB，RIN −144 dB/Hz | LITE.US(lumentum)（主供候選） |
| MRR DWDM | 4λ 多路（需熱鎖定，技術_矽光子（SiPh）） | TSMC COUPE |
| 雙向單纖 | Group A 1308–1315 nm / Group B 1328–1335 nm | 省光纖路由 |
| NRZ×4λ | 212.5 Gbps（合計） | 低複雜度調變 |
速率梯：200G → 400G → 800G → 1.6T。詳見 技術_OCI。
1.6T 出貨節奏（規則 #14 — 生產節奏，W26 2026 更新）
| 指標 | 值 |
|---|---|
| 2026 全球 1.6T 光模塊出貨 | ~850K 支（+280% YoY） |
| GB300 NVL72 機櫃 2026 年出貨 | ~55K 台（+129% YoY） |
InP 基板供應鏈更新（規則 #14 — 供應鏈）
| 方向 | 狀態 |
|---|---|
| 中國 2026 首批 InP 基板出口 | 恢復 InP 基板受管控後的首批出口 |
| COHR.US(coherent) 德州 InP 廠 | 6 吋 InP 廠快速擴產，NVIDIA $20 億入股鎖定產能 |
| 台灣（聯亞光電等 InP 磊晶） | 布局 TSMC COUPE 上游，與 4971_IET-KY（市） 並列 |
來源
- 報告_Semianalysis_CPO_20260102（CPO Book，2026-01-02）
- 報告_Semianalysis_CPOand800VDC_20260609（CPO/800VDC 重設預期，2026-06-09）
- memo_光模块及CPO设备学习总结_acecamptech_20260416（設備生態、ficonTEC 壟斷格局、科瑞技術驗證進度、設備需求三重乘數）
- memo_光通信大厂调研_TFLN_CPO_OCS_acecamptech_20260417（TFLN CPO 出貨量、OCS Google 需求 20 萬台、NPO vs CPO 過渡）
- memo_光通信大厂调研_CPO出货量_FAU_MPC方案_acecamptech_20260529（Spectrum X/Quantum X 進展、DFAU 良率問題、CPO 取代電交換機速度）
- memo_OCS_ASIC設計_光通信_LPU_AOC_acecamptech_20260517（OCS 格局、MEMS 芯片成本、Google 3.2T NPO 計劃）
- memo_1.6T_800G光模块出货更新_NPO_CPO_acecamptech_20260507（3.2T NPO 訂單、各 CSP 採購計劃）
- research_simpletechtrend_CPO矽光子ECTC2026_20260629（OCI 200G MSA；1.6T 850K +280%；GB300 55K +129%；InP 供應鏈更新，2026-06-29）