CPO封装未定型：可插拔光学逼近49.6T交换机物理极限

随着 AI 集群 交换带宽继续提升，前面板可插拔光模块正逼近密度、功耗与散热极限。在中国台湾地区台北举行的 OCP APAC 2026 光子学圆桌上，Arista 联合创始人 Andy Bechtolsheim 判断，当交换机进入 49.6T 一代、约 18 个月后的产品周期时，传统可插拔前面板光学将触及物理极限。

OCP APAC 2026 光子学圆桌汇集英伟达、Arista、Ayar Labs、应用材料与格芯等企业代表。图片来源：Joseph Chen

与会企业对共封装光学（CPO）成为长期方向基本没有分歧，但对近封装光学（NPO）、单片或分离式电光集成、混合键合、光纤耦合及封装测试方式仍存在明显分歧，显示 CPO 产业链尚未形成统一架构。

49.6T 成为可插拔光学的重要分水岭

Bechtolsheim 认为，当前一代硅光子技术在 49.6T 交换机 所要求的前面板密度下将难以继续扩展。更高速率意味着单机箱需要在有限面板面积内承载更多光通道，同时功耗、散热和连接器空间持续上升。把光引擎从面板移向交换芯片附近，可以缩短高速电连接距离，降低 SerDes 驱动功耗，并释放前面板空间。

但“最终走向 CPO”并不代表所有客户都会一步到位。Ayar Labs 的 Mark Wade 指出，完整 CPO 需要芯片设计、光子芯片、封装、光纤连接、激光器和系统厂之间建立更紧密的供应链关系，这种资源目前更容易被超大规模客户掌握。对规模较小的客户而言，NPO 可以先获得部分带宽和功耗优势，同时降低对尚未成熟封装流程的一次性押注。

圆桌讨论聚焦 CPO、NPO 与 FPO 路线取舍。原图英文会议信息已中文化。图片来源：Joseph Chen

英伟达量产经验显示，CPO 设计仍需围绕维护与系统拓扑迭代

英伟达是少数已经规模出货 CPO 系统的厂商之一。Gilad Shainer 介绍，Quantum-X Photonics 首代系统采用 MPO 连接器，后续改为体积更小的 MMC 连接器，以改善高密度前面板中的插拔与布置。外置激光源也从机箱外部暴露位置移到带门结构内部，在保持热插拔的同时减少安装接触，并支持全液冷运行。

英伟达同时坚持采用 1.6T 光引擎，而不是单纯追求更大单引擎带宽。其逻辑是，AI 网络由多轨、多平面拓扑构成，如果链路中间先把多个“小管道”合并成“大管道”，随后又拆分，反而可能增加系统复杂度。因此，光引擎尺寸需要与整套网络的数据路径保持一致。Shainer 还预计 AI 工厂会进一步走向定制化，不同规模扩展网络、集群互连与存储网络可能采用不同协议和光收发架构。

热循环是 CPO 可靠性的核心难题

应用材料 Subi Kengeri 给出的现场数据更直接指向可靠性风险：约 900 平方毫米的大型单片晶粒平均功率密度约为 4W/mm^2，而高强度 AI 负载可能在局部形成 8 至 10W/mm^2 热点。真正危险的并非恒定高温，而是工作负载变化带来的反复热循环。

CPO 把电子芯片、光子芯片、基板、光纤耦合结构等不同材料封装在极小空间内，这些材料的热膨胀系数不同。反复升温和降温会导致不同部件以不同速率膨胀、收缩，长期累积机械应力，最终影响键合界面、微凸点、光耦合精度及封装寿命。Kengeri 因此主张，未来制程设计套件不能只描述器件电气特性，而需要形成可机器读取的电、光、热、机械联合仿真模板。

单片集成与分离式 EIC-PIC 仍无统一答案

Ayar Labs 早期长期尝试把电子集成电路（EIC）与光子集成电路（PIC）做成单片结构，优势是晶圆测试和倒装组装流程相对直接，但 45 纳米级光子工艺很难同时满足高密度数字逻辑的能效与晶体管密度要求。随后公司改为分离式架构，使 EIC 可以迁移到台积电 3 纳米等先进节点，而 PIC 维持在更适合光器件的工艺平台。代价是后端封装、测试与流程控制显著复杂化。

格芯 Thomas Barber 则认为，把跨阻放大器、驱动器和热控制功能继续与 PIC 单片集成仍具有可行性，说明产业对功能划分尚未定型。EIC 与 PIC 之间的互连同样存在路线竞争：格芯第一代光引擎采用 45 微米间距微凸点，而混合键合可将间距缩小到 6 微米以下，并有望把能耗压到 1pJ/bit 以下，但更高互连密度同时放大热循环可靠性风险。

光纤耦合与可维修性，决定 CPO 能否真正进入大规模系统制造

光纤如何进入封装？这是另一项关键分歧。垂直表面耦合方案，包括台积电 COUPE 等路线，需要复杂的多镜面校准；Corning 提出的水平玻璃桥可通过晶粒边缘 V 形槽直接耦合，省去镜面结构，但玻璃桥伸出晶粒边缘后需要额外机械支撑，避免在装配和维护时折断。

Barber 强调，CPO 不应使用无法拆卸的永久光纤连接，因为系统制造、运输和维修过程中光纤仍可能损坏。把光纤设计为最终系统组装阶段再插接的可拆卸部件，能够降低昂贵芯片因单根光纤故障而报废的风险。由此看，CPO 封装的商业化难题已经从“能否把光放到芯片旁边”转向“能否像服务器部件一样被制造、测试、维护和更换”。

产业观察：CPO 不是单一封装产品，而是跨电、光、热与系统的联合工程

圆桌讨论反映出 CPO 长期方向虽已明确，但产业还没有形成类似传统可插拔光模块那样稳定的标准接口。规模内互连可能更倾向高度定制、以每瓦令牌吞吐量为核心优化的 WDM 和专用传输；规模外互连仍需要以太网互操作性；面向 KV Cache 等存储访问的低时延网络，甚至可能形成第三类专用架构。

这也意味着，未来 CPO 竞争不会只比较硅光子器件性能。封装良率、键合可靠性、热机械仿真、外置激光维护、光纤可拆卸性、系统协议和供应链协同都将共同决定平台是否能够量产。NPO 之所以重新受到关注，正说明产业在性能提升与供应链风险之间仍需要过渡方案。随着 49.6T 交换机设计窗口逼近，未来约两年的工程验证，将决定 CPO 能否从少数超大规模平台扩展为更广泛的数据中心基础设施。

对数据中心网络与 CPO 技术感兴趣的读者，可以在 云栈社区 持续关注相关行业动态与讨论。