英伟达展示下一代CPO技术，光通信的竞争开始转向芯片封装

近日，英伟达展示了下一代 CPO（共封装光学）光电集成方案，准备将光引擎进一步向计算芯片靠近。

上个月，在旧金山举办的 SEMICON West 2026 大会上，英伟达研究员 Nikola Nedovic 介绍了这项名为 Optics-on-Interposer（OOI，中介层集成光学）的新技术。相比现有 CPO 方案，它将负责光电转换的光引擎从封装基板移到计算芯片所在的硅中介层上，进一步缩短高速电信号的传输距离，以降低功耗、提高互连带宽密度。

英伟达同期还展示了一项密集波分复用（DWDM）研究，利用 8 个不同波长在同一根光纤中传输数据，实现 256Gb/s 的总带宽。两项研究分别着眼于缩短芯片与光引擎之间的电连接，以及提升单根光纤的传输容量。

值得关注的是，现有 CPO 技术才刚刚进入规模化扩产阶段。10 月 21 日，英伟达与封测厂矽品公布扩产计划，预计到 2027 年年中将 CPO 光引擎产能提高至当前的 15 倍，并争取在 2028 年底前再翻一番。

目前，OOI 仍处于研究阶段，英伟达尚未公布具体的商业化时间表。不过，随着现有 CPO 加速走向规模化量产，一个新的问题变得愈发重要：当光引擎已经被集成进芯片封装，为什么还要让它进一步靠近计算芯片？

这一变化背后，是 AI 集群不断增长的通信需求，以及高速电互连在带宽、功耗等方面逐渐显现的物理限制。

光引擎为什么还要往里搬？

过去，数据中心交换机主要依靠面板上的可插拔光模块传输数据。交换芯片发出的电信号经过电路板走线和连接器，到达光模块后转换为光信号，再经光纤传输。这套方案供应链成熟，模块发生故障时也便于单独更换。

但当单通道速率提高到 200Gb/s，电信号经过电路板和连接器时的损耗明显增加，需要更复杂的均衡和驱动电路补偿，功耗也随之上升。大型 AI 集群需要大量高速端口，通信环节的能耗逐渐成为系统设计的重要约束。

CPO 因此受到行业重视，正是因为它能将光引擎从设备面板搬到交换芯片附近，集成在同一封装内，让电信号尽早转换成光信号。

今年 6 月，英伟达宣布面向 Vera Rubin 平台的 Spectrum-X Ethernet Photonics 交换机进入全面量产。其 SN6800 系统提供 512 个 800Gb/s 端口，总交换带宽达到 409.6Tb/s。按照英伟达公布的数据，与传统可插拔方案相比，CPO 可将每个 1.6Tb/s 端口的相关功耗降至约五分之一。

（来源：英伟达）

然而，进入同一个封装，并不代表电信号路径已经缩短到了极限。在现有 CPO 架构中，光引擎通常位于有机封装基板上，信号仍须经过硅中介层和有机基板才能到达光引擎。随着带宽继续增长，封装内部的这段电连接也有进一步优化的空间。

OOI 正是针对这段路径提出的方案。它让光引擎与核心芯片共用硅中介层，通过更细、更密集的布线直接连接，绕过高速信号路径中的有机基板。不过，有机基板并未从整个封装中消失，仍可用于供电和结构支撑。

这种设计与 GPU 连接 HBM（高带宽内存）的方式逻辑相似。HBM 借助硅中介层实现大量高密度连接，OOI 则尝试把类似能力用于芯片与光引擎之间。光互连的设计因此与先进封装更加紧密地结合。

目前，CPO 主要用于交换机网络，更长远的方向则是 GPU 之间的 Scale-up 互连。今年 3 月，英伟达在 Feynman 路线图中规划了铜互连与 CPO 两种 NVLink 方案，显示光互连可能继续向计算系统内部延伸。至于 OOI 是否用于其中某一代产品，目前尚无公开安排。

不过，缩短电信号路径只是英伟达探索的一个方向。随着通信带宽不断增长，如何在有限的功耗和封装空间内传输更多数据，同样需要新的设计思路。

早在 2023 年，英伟达研究人员就在 Journal of Lightwave Technology 发表 Beyond CPO 这篇文章，探讨高速电连接的带宽与能效限制，并提出利用硅中介层构建“更宽、更慢”的并行接口。

图｜论文（来源：Journal of Lightwave Technology ）

对于相同的总带宽，系统可以依靠少数超高速通道，也可以用更多低速通道并行传输。前者面临更严重的信号损耗，均衡与驱动功耗也更高；后者需要更多布线，却有机会降低单条链路的复杂度与能耗。

硅中介层的高布线密度，为增加并行通道提供了条件。不过，更多通道同样会占用面积和封装接点，因此仍需权衡速率、密度、功耗与成本。

此次展示的 DWDM 研究也体现了利用并行传输提高总带宽的思路。不同波长的光信号可以在同一根光纤中传输，再由接收端分离。今年 OFC 会议上，英伟达研究团队已公布基于 3D 堆叠电子芯片和硅光芯片的 256Gb/s 光 I/O 研究，由 8 条 32Gb/s 数据通道组成。

两项技术解决的问题不同，但都在探索如何利用有限的功耗和空间传输更多数据。只是，当光引擎进一步进入芯片封装，原本相对独立的电子与光学器件也需要更紧密地集成，这给制造环节带来了新的挑战。

从原型到量产，封装成了新的难题

光引擎越靠近计算芯片，工程难度也越高。首先是散热问题：交换 ASIC 和 GPU 都是高功耗器件，部分硅光调制器等光学元件却对温度变化敏感。共用中介层之后，必须控制计算芯片产生的热量对光学器件稳定性的影响。

其次是良率与维护。传统光模块故障后可以直接更换，而共封装方案把光引擎与昂贵的核心芯片紧密集成，局部失效可能增加整套封装的维修成本。组装前的器件筛选、光纤对准和故障返修能力，都会影响产品能否经济地量产。

英伟达在现有 CPO 产品中已经有所准备。例如，Spectrum-X 光引擎能够承受回流焊工艺，便于组装前测试；光纤采用可拆卸连接器，激光光源则放在封装外部，以减轻温度影响并方便维护。OOI 进一步提高集成度，意味着这些要求还会提高。

另一个容易被忽视的瓶颈是测试效率。知名调研机构 TrendForce 今年 10 月的研究指出，部分光学耦合与对准工序已缩短至数秒以内，但完整测试一颗光子集成电路（PIC）仍可能耗时超过 100 秒。除了电子性能，光子芯片还要检查不同波长下的光功率、损耗及温度表现，测试步骤更加复杂。

这使 CPO 生产需要把自动测试机、光源、光功率计、光谱分析仪和精密对准设备更紧密地结合起来。过去可以独立完成的电子与光学测试，如今必须在封装流程中协调。TrendForce 预计，2027 年前后将成为 CPO 测试平台加快整合的重要阶段。

对于光通信产业而言，这些制造难题也意味着新的分工变化。当光引擎需要与计算芯片共同完成封装，传统光模块厂商之外，晶圆代工、先进封装和光电测试企业都将更加深入地参与光互连系统的开发。

谁能掌握下一代光互连的制造能力？

过去，可插拔光模块通常由模块厂商独立组装测试，再交给整机厂。到了 CPO 阶段，光引擎需要与交换芯片、硅光制造和先进封装协同开发，相关供应商必须更早参与设计。

英伟达现有供应链已经体现了这种分工。台积电提供硅光制造与 COUPE 技术，矽品参与封装测试，Lumentum、Coherent 等提供外置激光光源，鸿海参与系统集成。TrendForce 此前指出，光引擎良率、硅光产能和先进封装资源，是 CPO 扩产的重要制约因素。技术指标之外，能否以足够高的良率和可控成本持续交付，正在成为关键竞争力。

不过，这种转变也给中国光通信产业链带来了新的机遇与结构性调整压力。

天孚通信长期深耕精密光器件领域，公司在今年 10 月披露，面向 CPO 场景的光纤阵列单元（FAU）、外置激光光源（ELS）等产品已实现稳定量产交付。OOI 方案虽然将光引擎移至中介层，但并未取消外置光源与光纤连接的物理需求；随着集成密度上升，这类精密元器件的对准精度与可靠性要求反而更加严苛。

对于中际旭创、新易盛等高速光模块主力厂商而言，变化主要体现在产品形态的演进上。目前 800G、1.6T 可插拔光模块仍处于市场需求的高峰期，OOI 也尚未确立明确的商用时间表。但如果未来更多高速连接走向共封装，部分原本由独立光模块承载的集成环节势必向芯片封装端转移，模块厂商必须逐步积累硅光技术、光引擎制造以及光电协同设计能力。

相关布局已经在行业内铺开，中际旭创在半年报中披露，其 1.6T 硅光模块已进入规模放量阶段，并正持续推进 NPO、XPO 与 CPO 技术的研发；新易盛则布局了 6.4T NPO、12.8T XPO 等产品形态，并储备了 CPO 相关技术。与此同时，罗博特科旗下的 ficonTEC 已经斩获 CPO 晶圆与晶粒级测试设备的量产订单，部分设备已完成交付并确认收入。光互连向封装腹地的延伸，正在为上游精密装配与专用测试装备打开新的增量空间。

海外芯片厂商也在加强布局。博通正推进 Bailly CPO 交换机量产，Marvell 也在近期传出拟收购 Lumentum 的消息。虽然这些动作各有侧重，但都反映出高速芯片与光学器件之间的协作正在加深。

目前，英伟达尚未公布 OOI 的实际节能幅度、带宽密度和量产时间。更紧密的集成最终能否带来成本优势，仍取决于节省的功耗是否足以覆盖额外的封装、测试和维护成本。

而随着光互连不断靠近芯片，未来竞争的重点也将从单一器件性能，逐步扩展到整套光电系统的设计和制造能力。

1.https://www.thelec.net/news/articleView.html?idxno=14603

2.https://semiconwest2026.eventscribe.net/fsPopup.asp?PresentationID=1901247&mode=presInfo

3.https://www.trendforce.com/news/2026/10/22/news-nvidia-unveils-next-gen-cpo-prototype-