在AI算力需求爆炸式增长的背景下，CPO（共封装光学）技术正从实验室走向规模化商用。深度研报显示，CPO市场2022年收入约3800万美元，预计2033年将达26亿美元，2022-2033年复合年增长率达46%。TrendForce更预测CPO/NPO市场规模自2025年约1亿美元跃升至2030年的390亿美元以上。博通51.2T CPO交换机已实现30%功耗下降，AI数据中心的光互连革命正在加速到来。
CPO技术：从概念验证到规模化商用的转折之年
CPO（Co-Packaged Optics，共封装光学）是一种新型光电子集成技术，基于先进封装技术将光收发模块和控制运算的ASIC芯片异构集成在一个封装体内，形成具有一定功能的微系统。CPO技术进一步缩短了光信号输入和运算单元之间的电学互连长度，在提高光模块和ASIC芯片之间互连密度的同时实现了更低的功耗，被认为是解决未来大数据运算处理中海量数据高速传输问题的重要技术途径。
从技术演进路径来看，光通信模块经历了从可插拔光模块（1995年至今）到板载光学OBO（2018年起）、近封装光学NPO（2020年起）再到CPO（2023年起）的持续迭代。可插拔光模块中ASIC在封装基底上，PIC/EIC与ASIC芯片距离最远，走线较长导致信号完整性问题。CPO将光引擎（不含光学基板）放置在ASIC芯片的同一共封装基板四周，根据OIF规定将光引擎和ASIC的距离限制在50mm以内，信道损耗限制在10dB以内。
2025年已成为CPO从概念验证走向规模化商用的关键转折点。英伟达在2025年GTC大会上展示了搭载CPO技术的Spectrum-X交换机，实现单端口1.6Tbps吞吐量，相比传统方案能效提升3.5倍，网络弹性提升10倍。2025年8月，英伟达与博通相继启动了CPO交换机量产的时间表。首款上市的CPO交换机是2025年下半年推出的Quantum X800-Q3450，配备144个物理MPO端口，支持144个逻辑800G端口或72个逻辑1.6T端口，聚合带宽达115.2太比特/秒。
CPO市场空间预测对比| 机构 | 预测时间 | 市场规模预测 |
|---|
| Yole | 2022年 | 3800万美元 |
| Yole | 2033年 | 26亿美元（CAGR 46%） |
| TrendForce | 2025年 | 约1亿美元 |
| TrendForce | 2030年 | 390亿美元以上 |
AI算力需求是CPO爆发的核心驱动力
全球数据流量的爆炸式增长是CPO技术需求的最底层逻辑。根据IDC数据，全球数据流量由2015年的8.59ZB增长至2019年的41ZB，预测2025年将增长至175ZB，2015-2025年复合增长率达35.18%。传统光通信设备难以满足高速率、大容量数据流量的计算、存储、处理与传输需求，由此推动光通信设备向大容量、高速率方向持续升级。
AI高算力传输需求正在驱动数据传输速率朝向400G、800G甚至更高演进。光纤通信技术在过去的25年里取得巨大发展，可用的商业光纤链路的最高容量从20世纪90年代的2.5-10Gb/s发展到如今的800Gb/s。受到大型云服务运营商大量采用400G和800G模块的推动，2021年光收发模块市场规模约102亿美元，预计2027年将达到247亿美元，2021-2027年复合增长率为16%。
更深层次的驱动来自功耗瓶颈。根据Cisco数据，2010-2022年全球数据中心网络交换带宽提升了80倍，但代价是交换芯片功耗增加约8倍，光模块功耗增加26倍，交换芯片SerDes功耗增加25倍。光接口的单比特成本和功耗下降速率远落后于交换机ASIC部分，CPO通过缩短SerDes距离或减少SerDes数量来降低功耗，有望打破这一瓶颈。根据博通数据，可插拔光模块功耗从15pJ/bit到20pJ/bit不等，而CPO系统功耗可降低50%以上，达到5pJ/bit到10pJ/bit的范围。
功耗革命：CPO如何突破数据中心能效天花板
CPO技术最直接的价值体现在功耗的大幅降低。博通推出的51.2Tbps CPO交换产品Bailly，采用2.5D封装方案，包含8个6.4T Bailly硅光引擎（64x100Gbps FR4）和Tomahawk 5交换芯片，可实现30%的功耗下降。一个800G可插拔模块消耗13-15W功率，而使用CPO并消除DSP复杂性后功耗能降至4.8W以下。
在集群级别的功耗对比中，CPO的优势更为显著。根据博通在ECC 2024上的演讲，相比传统可插拔光模块方案，使用CPO方案可以让一个NVL576（B200）架构集群的功耗由16.2kw降低至7.1kw，让一个由30528张GPU组成的AI集群功耗由832kw降低至366kw。可插拔方案中信号需长距离传输至前面板，电损耗导致每端口功耗高达约30W，而CPO通过光学引擎与交换芯片异质集成，将光转换单元嵌入封装内，缩短电信号路径，功耗降低约70%（每端口至9W）。
CPO对数据中心能效的改善不止于功耗本身。仿真结果表明，使用全对全通信模式时，时间缩短了40%。通过在交换机和服务器中实施CPO技术，可以将网络容量增加2倍，同时将交换机数量减少64%。这意味着CPO不仅降低了电费支出，还减少了数据中心的空间占用和设备采购成本，具有显著的综合经济效益。
CPO与可插拔方案将长期共存，共同服务不同场景
尽管CPO优势明显，但短期内可插拔光模块仍将占据市场主导地位。目前可插拔光模块供应链已经非常成熟，具备成熟的工业生态系统，包括分立或集成元件供应商、光学公司、DSP和PCB以及组装/测试集成商，商业体系复杂，参与厂商众多。
CPO严重依赖硅光子学，随着高度集成的硅光芯片的出现，新的工程能力和代工厂将非常需要，这对传统的中型企业来说具有较大挑战，传统供应商转向CPO的成本较高。用于可插拔外形尺寸的新光学技术，包括硅光、薄膜铌酸锂（TFLN）、钛酸钡（BTO）等，可以帮助实现所需的低功耗，并且可以在不改变现有网络系统设计的情况下推向市场。
但可插拔外形尺寸在所需的电气和光密度、热管理和能源效率方面支持高容量的能力或将受到限制。尽管CPO解决方案的主流部署主要针对大型云运营商，但仍有许多小型企业数据中心尚未采用最新的互连技术。可插拔方案有望和CPO方案较长时间共存，但可插拔光学器件行业可能会整合。根据Lightcounting预计，CPO出货将从800G和1.6T端口开始，于2024至2025年开始商用，2026至2027年开始规模上量，主要应用于超大型云服务器的数通短距场景。
