近年来，随着数据中心和人工智能应用的迅猛发展，CPO技术的需求度持续攀升。
CPO技术被认为是实现高集成度、低功耗、低成本、小体积的最优封装方案之一。
长期来看，随着技术的不断演进和市场的逐步拓展，CPO有望重塑光通信产业链，推动光模块由可插拔转向合封模组形态的转变。
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根据市场研究机构LightCounting的预测，CPO技术的出货量预计将从800G和1.6T端口开始逐步增加，并于2024至2025年开始商用。到2026至2027年，CPO技术有望实现规模化量产，市场份额将保持高速增长。
据预测，到2025年800G CPO的出货量将超过100万只，800G和1.6T CPO的合计销售额将超过2亿美元。而到2026-2027年，800G和1.6T CPO的市场份额有望保持70%以上的同比增长，并在2027年突破8亿美元大关。
这充分显示了CPO技术在未来数据中心和光通信市场的巨大潜力和发展前景。
可插拔光模块和共封装光学对比：
资料来源：Yole
CPO行业概览在传统的光通信系统中，光模块与芯片之间的连接方式往往相当复杂，这不仅增加了系统的复杂性和成本，还可能降低通信效率。
随着CPO（共封装光学，Co-Packaged Optics）技术的出现，这一局面得到了根本性的改变。
CPO技术采用了一种创新的封装方法，将光模块和芯片紧密地封装在同一个封装体内，从而极大地缩减了它们之间的连接长度和距离。
CPO技术的核心思想是将光模块与交换芯片进行紧密集成，通过这种共封装方式，不仅可以显著降低成本和功耗，还能大幅优化系统性能。
这种紧密的封装方式不仅简化了系统的结构，还显著提高了通信效率。具体来说，CPO技术通过将光收发器/光引擎和电芯片封装在一起，并仅保留光口作为与外界的接口，实现了光模块封装技术的重要突破。
这种封装方式有效地缩短了光引擎与交换芯片之间的距离，进而降低了整个系统的功耗，提高了信号密度，并减少了数据传输的时延。
据预测，CPO方案有望实现相当于当前可插拔光模块架构50%左右的功耗降低，这将为数据中心带来巨大的节能效益。
此外，共封装光学技术极大地缩短了IC和光引擎之间的距离，从而降低了SerDes功耗，提高了集成度，并有效避免了多通道可插拔光模块良率下降的问题。
CPO结构演进图：
资料来源：腾讯云
此外，CPO方案还具有更高的集成度和更低的功耗表现。它绕过了传统光模块中的DSP（数字信号处理）单元和散热结构，采用了硅光子模块与超大规模CMOS芯片的共封装方式。
这种创新的设计不仅提高了整体的集成度，使得在更小的空间内可以实现更多的功能，同时还有效地降低了功耗，为数据中心的节能减排做出了贡献。
对于数据中心而言，光纤的单芯容量有限，通常只有100-400G。要实现大规模的数据吞吐，就需要不断增加通道的数量。而CPO技术正好可以满足这一需求，它通过提高集成度，使得在有限的空间内可以容纳更多的通道，从而大幅提升了数据中心的吞吐能力。
据相关数据显示，采用CPO技术后，光学连接所需的功率有望降低50%以上。这意味着数据中心在保障高性能的同时，也能实现更加绿色、节能的运营。
CPO相比可插拔式光模块可节省功耗:
资料来源：Cisco
CPO（共封装光学）技术目前正处于产业化的初期阶段，尽管其潜力巨大，但仍面临着一系列亟待解决的关键技术问题。在工艺、仿真和测试等多个方面，CPO都面临着严峻的技术挑战。
其中，封装工艺能力是制约CPO技术发展的关键因素之一。CPO的封装涉及TSV（硅通孔）、TGV（玻璃通孔）等多种先进而复杂的封装技术。这些技术各有利弊，需要在研发制造过程中进行不断的探索和优化，以找到最可靠的方案。
此外，CPO技术的发展还面临着其他多个方面的挑战。例如，如何选择合适的光引擎调制方案，以确保数据传输的准确性和稳定性；如何架构光引擎内部器件间的封装，以实现高效的光电转换和信号传输；以及如何实现量产可行的高耦合效率光源耦合，以提高整体的光学性能。
据市场研究机构CIR的报告指出，在CPO技术的发展初期，即2023年，超大型数据中心的CPO设备收入将占据CPO市场总收入的80%。这表明CPO技术的部署将在很大程度上受到数据中心交换速率的推动。随着数据中心交换速率的不断提升，对CPO技术的需求也将持续增长。因此，解决上述关键技术问题，推动CPO技术的产业化进程，对于满足未来数据中心的需求具有重要意义。
CPO行业竞争格局和龙头梳理当前1.6T光模块正加快商用步伐，当前已初步显现市场需求，有望成为2025年发展的核心趋势。
据Yole数据预测，在2025年之前，CPO市场将主要由1.6T光引擎引领应用潮流。而随着速率的不断迭代，2025年后3.2T光引擎的市场份额将迅速提升，1.6T的份额则逐渐降低。
2030年6.4T光引擎有望开始大规模放量，推动整体市场空间实现快速增长。
随着共封装光学技术的不断成熟和成本降低，采用该技术的光模块将逐步实现大规模应用。
2023年11月，英伟达发布了首款搭载HBM3e内存的GPU新品H200。根据英伟达最新的产品路线图，计划在2024年推出性能更高的B100 GPU产品，同时配套的IB交换机Quantum和以太网交换机Spectrum也将升级至800G接口。
这一发展趋势将进一步推动网络连接端口速率的提升，从而加速1.6T光模块的商业化进程。
目前，国内已有包括中际旭创、新易盛、光迅科技等在内的多家光模块企业宣布推出1.6T光模块产品。这些产品主要采用电接口100G Serdes和光接口单波200G技术，显示出相关企业已具备一定的产品成熟度。
据中际旭创透露，其AI大客户已经明确提出对1.6T光模块的需求，以适应未来更大带宽和更高算力的GPU需求。这一需求变化预示着1.6T光模块将在未来的数据中心和AI计算领域扮演重要角色。中际旭创预计，在2024年，1.6T光模块的主要工作将集中在测试、认证以及小批量需求上，而真正的大规模生产和应用则会在2025年开始。
资料来源：招商证券
自2020年以来，CPO逐渐从学术研究成果转化为满足市场需求的产品。
云服务厂商如Facebook和Microsoft联合创建了CPO联盟，旨在吸引各细分行业的龙头企业加入，共同推动CPO标准的建立和产品的发展。
英特尔、博通、美满科技等业内领军企业已经推出了多款基于CPO的量产产品，而其他企业也在积极布局相关产品，并推进CPO技术的标准化进程。
英特尔在其技术路线图中提到，未来可能会将XPU与光引擎相结合，利用光信号实现芯片间的数据通信。该公司已在2020年展示了业内首款基于CPO技术的交换机产品，采用了12.8Tbps的Barefoot Tofino2芯片和1.6Tbps光引擎共同封装。
此外，英特尔还与AyarLabs合作，在2022年报道了使用FPGA与硅光芯片构成的optical IO链路，首次验证了5.12Tbps带宽的信号互连。
思科则通过并购Lightwire、Luxtera、Acacia等硅光企业来发展CPO技术。Acacia在2020年推出了400G硅光模块方案，该方案首先将分立光器件集成为PIC芯片，再与自研DSP电芯片集成在SOI上，最终外接激光器封装成光模块。
Acacia还与芯片制造商Inphi在CPO技术领域展开合作，计划未来推出基于CPO技术的51.2Tbps交换机。
国内在CPO领域的发展尚处于开发阶段。与国外企业相比，国内企业普遍较晚进入CPO领域，在产品开发进度和技术研究方面存在一定的差距。
CCITA牵头的CPO标准作为国内唯一原生的CPO技术标准，正在结合国内外光互连技术发展及应用场景的差异，联合国内光模块、光收发芯片、电驱动放大芯片、光源、连接器等厂商共同打造更加适合我国的CPO标准。这一举措有望推动国内CPO技术的快速发展和应用。
国内包括光迅科技、亨通光电、中际旭创、华工科技、新易盛、阿里云、通宇通讯、海信、博创科技、剑桥科技、联特科技以及锐捷网络等，已经开始涉足光电共封装领域。
国内部分厂商CPO进展情况：
资料来源：《大数据时代光电共封装技术的机遇与挑战》
上游光器件领域的领军企业，如天孚通信和联特科技等，正积极拓展业务版图，与国际行业巨头携手合作，共同研发创新的CPO光引擎，力图在激烈的市场竞争中脱颖而出，占据一席之地。
随着光模块代际更新的周期性规律，下游市场对于功耗和成本等关键指标提出了更高要求。这促使了LPO、CPO、硅光等尖端技术的不断渗透和普及，为更多光模块制造企业打开了进入高端产品供应链的大门。这一趋势不仅为这些企业带来了转型升级的契机，同时，随着供应成本的逐步降低，光模块企业的盈利能力也有望得到稳固甚至进一步提升，从而在整个行业中形成更加良性的发展循环。
结语随着人工智能大模型训练量的迅猛增长，AI服务器集群的建设需求也随之急剧提升。这一趋势不仅推动了集群内部通信技术的革新，还催生了对AI数据交换机和高速光模块等高性能设备的明确需求。
我国光模块的国产化进程呈现出明显的分层现象。目前，10Gb/s以下的低端光模块国产化率已经达到了90%，显示出较高的自给自足能力。然而，在10Gb/s光模块领域，国产化率降至60%，而25Gb/s及以上高端光模块及组件的国产化率更是低至10%，表明高端光模块市场仍被国外品牌所主导，国产化替代的空间依然巨大。
加快高端光模块的国产化进程，提升自主创新能力，已成为当前我国光通信行业面临的重要任务。通过加大研发投入、优化产业结构、加强国际合作等措施，有望在未来实现高端光模块的国产化替代，进一步提升我国在全球光通信市场的竞争力。
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