通信行业深度：无光不AI硅基光电子引爆新一轮算力革命

内容目录投资要件 4AI需求拉动光通信，光通信需求催生硅光 5硅光市场规模加速扩张，渗透率迎来拐点 6多重优势构建硅光护城河 7硅光技术面临的主要挑战 8硅光—光电分”走向光电融合的互联革命 硅光产业链全景图 解剖产业链 2.2.1光源 硅光芯片设计（PIC） 晶圆制造（Fab） 封装与测试 硅光重构光通信产业链，价值量重新分配 传统EML产业链价值量集中在上游光电芯片 硅光产业链重构价值链，核心在于硅光PIC 硅光强化产业格局，中国公司有望收获更大话语权 硅光渗透率有望加速突破 硅光与CPO协同发展，打开scale-up新增市场空间 CPO加速落地，高密度低功耗光互联 硅光是实现CPO的关键技术路径 CPO：scale-up光互联排头兵 头部公司加速布局，CPO有望加速落地 应用路线图，重心不在scale-out，而是scale-up 投资建议 风险提示 图表目录图表分立式光模块产业链/价值量 5图表硅光模块产业链/价值量 5图表硅光市场规模 6图表CMOS工艺示意图 7图表硅基光电集成方式 8图表单模光纤与硅波导耦合的示意图 9图表光栅联结器示意图 9图表硅光产业链全景图 图表硅光产业生态圈 图表技术路线对比 图表硅光子技术的设计实现流程 图表硅光芯片结构 图表硅光芯片调制器 图表Fab核心工艺流程 图表台积电硅光子先进封装平台 图表光芯片工艺流程 图表成本构成分析 图表硅光成本构成分析 图表共封装光学演进路线 图表2.5D/3DCPO示意图 图表基于玻璃基板的CPO方案 图表玻璃中阶层与玻璃基板方案示意图 图表CPO示意图 图表主要标准组织 图表博通CPO技术路线图 图表CPO行业生态 图表联合封装光学市场规模预测 图表数据中心应用演进 投资要件最近几年光模块行业的景气高涨，庞大的需求所带来的上游产能压力激增，同时在面临人工智能爆发性需求的当下，如何能拥有更低功耗低成本的光通信解决方案变成了市场诉诸的核心痛点。硅光应运而生。核心逻辑与市场分歧：市场当前对于硅光的理解不充分。硅光作为光通信发展的新技术路径，将有望重构原有光模块产业链的价值分配，而不仅仅只是EML等芯片缺货背景下的补充方案。在原有的光模块产业链里，最核心的环节是光芯片（EML/PD等）以及电芯片（DSP/TIA/Driver等BOM主要是凭借光学设计know-how主要价值量—上游光电芯片仍然是以海外供应商为主。硅光凭借高度的集成，改变了原有供应链，特别是将调制等环节集成在硅光芯片部分完成，对于上游的光芯片等依赖程度降低。从而将产业链的价值量大头从上游光芯片等向硅光芯片集中，带来产业链价值的重构。市场当前对于硅光的壁垒理解不充分。电芯片可靠性以及制造良率的把控，硅光模块对于硅光芯片设计的要求更为看重。硅光利用半导体的制造优势，提高了产业链集成度，对于硅光芯片设计以及与硅光Fab厂的配套要求高，先发优势有望逐步扩大。硅基光电子未来的延展性有望加速扩充。首先是硅光在CPO/LPO/NPO的应用上有望加速落地，逐步进入到scale-up市场，打开新的增量市场空间。其次是硅基未来异质集成薄膜铌酸锂等材料，适配更高带宽的需要。而硅基光电子作为一种新的平台，在突破了0-1的节点之后，凭借成本/稳定性/功耗等多方面优势，渗透率有望快速上行。硅光的本质是硅+光，利用之前半导体的模式去做光电子。带来的优势是集成度高带来的低成本和低功耗，以及良率的大幅提升后带来更高的产品稳定性和良率，同时产能在fab厂的加持下也更有弹性。曾经的光模块产业链是以上有的光芯片和电芯片主导，光模块公司更多是凭借光电路设计的Know-How（PIC中国厂商有望发挥更大的优势，降低对于上游光电芯片的依赖程度，实现更高程度的自主可控以及价值量转移和吸收。图表1：分立式光模块产业链/价值量 图表2：硅光模块产业链/价值量安炬光科技股份有限公司招股说明书制

石光通讯网 制行业催化：800G/1.6T逐步上量，硅光渗透率逐步提升，带来核心环节公司价值量和利润率持续提升。Fab同时有望进一步降低硅光成本。原有产业链攻击紧张，催化硅光占比进一步提升。CPOscale-up一步获得增量份额。相关标的：硅光芯片厂商：中际旭创、新易盛、AyarLabs、Intel、可川光子、羲禾科技、赛丽科技、熹联光芯、孛璞半导体等；Fab厂商：Tower、GlobalFoundry、中芯国际、华虹半导体等；硅光配套CW光源厂商：源杰科技、仕佳光子、永鼎股份、Lumentum等；硅光配套器件芯片及解决方案厂商：天孚通信、东田微、威腾电气等；硅光光模块供应商：光迅科技、华工科技、剑桥科技、联特科技等。AI需求拉动光通信，光通信需求催生硅光我们正经历一场由人工智能、5G、物联网和大数据驱动的算力革命。据IDC预测，2025年全球数据总量将达到213.6ZB，到2029年将增长一倍以上达到527.5ZB。数据洪流的指数级增长对数据传输的带宽、延迟和能耗提出了前所未有的挑战。传统基于III-V族材料的光电技术面临物理极限和成本瓶颈。可插拔光模块在速率提升到800G/1.6T后，其功耗密度、体积限制和通道串扰等问题日益凸显。在此背景下，硅基光电子应运而生，它代表了光电子集成技术的范式转变。通过将硅在微电子领域的巨大制造优势与光子学的高带宽、低功耗特性相结合，硅光技术有望解决内存墙和功耗墙问题，成为连接算力单元的关键纽带。硅光市场规模加速扩张，渗透率迎来拐点Yole20232029103（CAGR）45%48%2029技术CPO、OIO的增长共同推动硅光技术产业规模快速迈向百亿美元大关。图表3：硅光市场规模ole硅光技术的基本原理基于硅波导的光传输、调制与探测。和操控，通过在绝缘体上硅衬底上刻蚀出亚微米尺寸的硅脊或条状结构，利用折射率约3.451.45的二氧化硅包层之间的高折射率差，将光场紧密限制在波导核心区域，从而实现极小尺寸的弯曲和超高密度的光路集成。硅的关键物理机制和核心功能器件包括：等子色散效应：硅的折射率和吸收系数与自由载流子浓度有关，通过载流子注入或耗尽改变硅的折射率，实现光相位的调制；热光效应：现可调谐器件；~1100信波段光子吸收效率低。通过在硅上外延生长或键合锗（Ge），利用Ge或GeSi合金的直接带隙特性，实现高效光电探测；非线性光学效应：拉曼放大等功能，用于实现光放大、波长转换等功能。多重优势构建硅光护城河硅光技术发展的临界点已至，在800G、1.6T等高速率场景下，相比传统分立方案在成本与性能上确立优势，其核心优势包括：高集成度：将多个光器件（波导、调制器、探测器等）单片集成，缩小尺寸；/30%口密度，有利于更加密集、规模更庞大的组网，适合智算集群等高密度部署场景。低成本高能效CMOS生态，实现规模化、低成本生产；器件尺寸小、驱动电压低，有利于降低功耗；适合短距、高密度并行互连（如芯片间、板间）。CMOS工艺兼容。全球多座晶圆厂具备硅光制造能力点及以上），III-VCMOS电路（如驱动器、TIA）实现单片集成。图表4：CMOS工艺示意图海交通大学低功耗稳定性高：左右（和CMOS工艺的精确性确保了器件在宽温度范围内的稳定工作。TEC（半导体制冷器进行温度控制，功耗较高（800G。硅光光模块实现了高TEC，功耗显著降低（40%，800G14W左右）。硅光技术面临的主要挑战硅光技术虽已展现出变革光通信产业的巨大潜力，其产业化进程仍面临基础性物理与工程挑战：硅的间接带隙：难以实现高效电致发光，需要外部光源（III-V族激光器）。耦合损耗：光纤与硅波导（纳米尺寸）的高效耦合是工艺难点。热管理与封装挑战：高集成度带来的散热和复杂封装问题。硅光子（SiliconPhotonics）最大的瓶颈在于硅本身不发光，硅的间接带隙特性使其发光效率极低，无法实现实用化的电泵浦激光器，当前解决方案包括：图表5：硅基光电集成方式

III-V封装复杂性；III-V上光源，但此方案工艺复杂、成本高；与硅基光子芯片集成在一起，对准精度要求高。基光电异质集成的发展与思考》，王子昊，王霆，张建军9μm0.3-0.5μm光学模场（光能量分布的范围和形状）严重不匹配，当光从光纤直接耦合进硅波导时，大部分光能量会因无法被小尺寸波导有效接收而辐射出去，产生较大耦合损耗。光纤与硅波导的高效耦合成为工艺难点，解决方案包括：端面耦合：纤的截面，工艺较为复杂，制造公差较小，且需要特殊的端面抛光。光栅耦合：通过二维光栅将光垂直耦合出芯片，当光从光纤入射到光栅耦合器表面时，衍射光会因布拉格衍射效应在垂直于光栅结构的方向相互干涉，从而允许部分光栅耦合器进入芯片中的光波导，光栅结构的尺寸（通常为12μm×12μm）与光纤芯的尺寸（8~10μm）兼容，便于晶圆级测试但带宽有限。三维锥形波导：通过复杂的工艺（如不同材料波导异质集成、三维锥形结构）实现模场转换，制作从亚微米到数微米的渐变波导，工艺复杂。图表6：单模光纤与硅波导耦合的示意图 图表7：光栅联结器示意图江大学信息与电子工程学院 江大学信息与电子工程学院硅的热光系数（1.86×10^-4K^-1）较高，温度变化会引起显著的波长漂移。硅光芯片的封装包括光学封装和电学封装两部分，复杂度与成本高。光学封装：级硅波导之间模场不匹配导致的耦合损耗大的问题，对准和校准要求极为严苛。电学封装：随着速率提升，输入输出管脚密度大增，对电学互联和散热提出巨大挑战。标准的硅波导在横向和纵向方向上的几何尺寸和光场约束能力不同，导致光波两个正交偏振模式的传播常数存在显著差异。故而硅波导通常具有较大的双折射，对光的偏振态敏感。硅与二氧化硅包层间巨大的折射率差虽然利于光场紧束缚和小型化，但也放大了这种几何不对称性对偏振的影响，使得双折射效应比传统弱导光纤中强烈得多。在长距传输中，偏振态的随机变化会导致信号起伏。解决方案包括：偏振分量分别处理，最后将电信号合并。态上传输。而消除或极大降低双折射，但设计复杂。硅光—光电分走向光电融合的互联革命硅光产业链全景图硅光产业链是以硅基光电子技术为核心，涵盖从上游原材料环节包括衬底、晶圆等，到中游设计与制造环节包括芯片设计、晶圆代工，到下游应用于光模块、设备、客户等领域的完整生态体系。上游基础材料和设备：衬底材料：SOI（绝缘体上硅）220nm。设计工具：专用光子软件，包括Lumerical（Ansys）、PhoeniXSoftware、SynopsysOptoDesigner等。与传统ICEDA相比，需解决光学模式求解、热--电多物理场耦合等问题。制造设备：与CMOS工艺兼容，包括深紫外光刻机（DUV）、反应子刻蚀机（RIE）、化学机械抛光机（CMP）、等子增强化学气相沉积机（PECVD）等。特殊需求包括更厚的掩模版（因硅层较厚）和精确的刻蚀深度控制。中游设计、制造和封装： （Ayar、集成器件制造商IDM（如Intel、Cisco/Acacia）和系统公司自研（如华为、Google）三类模式。（IDM台积电在硅光代工市场占据领先地位。热沉集成等复杂工艺。图表8：硅光产业链全景图

下游应用市场：数据中心：包括服务器互连、叶脊交换机互连等；电信网络：城域网、骨干网中的相干传输模块；传感与测量：激光雷达、生物传感、陀螺仪等；高性能计算：芯片间光互连。枣课堂硅光子产业呈现出多元化的参与者格局，参与的企业包括垂直整合的领军企业（如Innolight、思科、Marvell、Broadcom等）；初创设计公司（Xphor、DustPhotonics等（UCSB（TowerSemiconductor、台积电等）设备供应商（如AppliedMaterials、ASML等）。图表9：硅光产业生态圈ole解剖产业链光源因为硅半导体是一种间接带隙半导体，硅本身无法高效发光。电子在跃迁过程中动量发生变化，能量主要转化为晶格振动，而非光子，以热能形式耗散。所以受限于结构限制，无法实现高效率的片上光源，不适合做激光器。所以目前硅光光模块多是以外置激光器来实现，外置光源还是基于Ⅲ-V光源是目前基于性价比和稳定性的优选。CW光源，即连续波（ContinuousWave）光源，是一种输出功率和时间都保持稳定的光源，其核心原理是通过泵浦源（如电流、光）持续向增益介质（如半导体、光纤）提供能量，维持粒子数反转，从而产生连续的受激辐射光放大。是硅光芯片和模块的核心心脏，为光通信提供稳定、纯净的光载波，常作为外置光源通过光纤耦合输入芯片。图表10：技术路线对比集成方式技术特点优势挑战外置分立激光器激光器独立封装，通过光纤耦合损耗大、尺寸大或空间光耦合到硅光芯片维修混合集成将III-V族激光器芯片与硅减小尺寸、降低耦合损工艺复杂、热管理困难、对准精度要基光子芯片集成在一起耗求高晶圆键合在晶圆级将III-V族材料键合到SOI晶圆上可实现大规模集成、成本潜力低晶格失配、热膨胀系数差异、成品率低外延生长直接在硅衬底上生长III-V提高集成密度和可扩展晶格失配导致高缺陷密度、发光效率族材料性，降低集成工艺成本低立中央大学，光学学报，光電科技工業協進會AI集群需要更高速率、更低功耗、更密集的互联，CW激光器在向高性能、高集成、高可靠方向演进，发展趋势包括：激光器阵列化：单芯片集成多个激光器，对应多通道硅光芯片需求；波长可调谐：基于微机电系统（MEMS）或热光/电光效应调谐的可调谐激光器，提升波长管理灵活度，减少库存型号；高功率激光器：用于硅光放大器或非线性光学应用。硅光芯片设计（PIC）硅光芯片设计是在硅衬底上，利用光子（而非电子）作为信息载体，设计光路和功能芯硅光芯片的设计流程为：规格定义→架构设计→器件设计→电路仿真→物理实现→DRC/LVS检查→流片。硅光设计遵循类似于的流程，但具有光学特殊性，计需要同时求解麦克斯韦方程（光学）、载流子输运方程（电学）和热传导方程，在设ICIC单元不同，硅光的器件库（如弯曲波导、分束器）需要参数化以适应不同布局。图表11：硅光子技术的设计实现流程IMPhotonics低功耗的光信号处理，其核心光器件主要包括调制器、探测器和无源器件。调制器负责将电信号加载到光载波上，应用最广的调制机制是等子色散效应：通过施加电压，改变硅材料中的载流子浓度从而改变折射率和吸收系数，进而控制光信号的强度或相位。基于此的主要设计方案包括马赫-曾德尔调制器和微环调制器：马赫耗尽型调制：电容累积模式：通过累积模式工作实现了高效的调制。微环谐振腔调制器波导折射率会发生变化，进而影响微环谐振腔的谐振波长，实现对特定波长的强度调制。微环谐振器凭借尺寸紧凑的优势成为高速调制的优选。探测器功能为将光信号转换回电信号，锗硅探测器通过在硅波导上选择性外延生长GeSi层，实现对通信波段光信号的高效、高速光电转换，响应速度可达皮秒级。无源器件构成芯片上的光路基础，/偏振态，以应对硅波导固有的偏振敏感性问题。波分复用器：（mm级AWG基于光栅衍射和多光束干涉，是高通道数、低串扰的经典方案，但需要长光程差，导致芯片面积达数平方毫米。挑战。偏振分束器/现高效、宽带、低损耗的偏振处理是设计难点。主流方案（如非对称定向耦合器、亚波长光栅）需在尺寸、带宽和工艺容差间仔细权衡。图表12：硅光芯片结构 图表硅光芯片调制器ntel 家自然科学基金委员会硅光芯片设计面临三大核心挑战：首先，工艺设计套件（PDK）尚不成熟，相比成熟的CMOSPDKPDK-（IC用通用规则；最后，测试与验证环节极为困难，光学性能测试不仅依赖复杂且昂贵的光学探针台，还需要精密的光路校准和封装前测试方案，这大幅增加了研发周期和成本。这些挑战共同构成了硅光芯片从设计到量产的核心瓶颈。图表14：Fab核心工艺流程

晶圆制造（Fab）硅光芯片的核心工艺流程如下图，最开始为SOI晶圆清洗，之后制作对准标记，通过光刻定义波导图形并进行干法刻蚀形成波导结构，通过热氧化实现侧壁平滑化以降低光损耗；在完成掺杂区定义与子注入以形成调制器与探测器的电学结后，沉积PECVDSiO₂（Al/Cu）CMP平坦化确保表面平整；最终通过后端工艺（如晶圆键合、减薄等）完成异质材料集成或芯片堆叠，从而实现完整的光电集成功能。盛证券研究所绘制硅光芯片制造中的关键工艺控制点包括：有效折射率和模场分布。导侧壁从而降低损耗。PN火来精确构筑杂质分布剖面。Se.%（螺纹位错硅光芯片利用CMOS（Capital45nm/90nmSOI工艺），但SOI晶圆本身昂贵，且光刻掩膜版（Mask）和流片费用高昂，因此在封装前制造为主要成本环节。硅光芯片产业的规模效应明显，当月产能提升时，固定成本（NRE）被大幅摊薄，同时晶圆厂的良率（Yield）随产量爬坡而提升，导致单片成本下降。封装与测试硅光封装技术面临的核心挑战在于，它是光学、电学和热学需求的复杂平衡，已成为制约硅光技术大规模产业化的主要瓶颈之一。-电-封装、热管理领域实现突破：光学耦合技术：主动对准：使用六轴调节台实时监测耦合效率，精度高但速度慢，成本为设备投资约200万美元。被动对准：采用硅V如何在对准后将光纤固定在V型槽内仍然存在问题。晶圆级测试：通过光栅耦合器实现垂直耦合测试，无需切割和抛光，局限性为只能测试特定器件（如光栅耦合器），不能测试端面耦合器件。电学封装：（阻抗（阻抗更低化信号反射；串扰抑制：在高密度并行传输中，需通过优化布线（如采用带状线、共面波导等）和设置接地隔等手段来保证通道间足够的隔度。热管理：激光器发热：III-V100%，剩余能量转化为热量；TEC集成：半导体制冷器（TEC）能精确控温，但体积较大且功耗高；无TEC方案：通过激光器波长锁定或硅光芯片温度补偿实现，是当前研发重点。图表15：台积电硅光子先进封装平台114硅光芯片测试是其制造流程中至关重要、成本高昂且技术复杂的环节，旨在确保从单个裸片到完整模块的每一级性能都达标，它主要分为三个逐级递进的层次，构成完整的质量控制闭环：晶圆级测试：MEMS微机电式光探针卡可同时测试数百个器件，但投资高；器件级测试：硅光芯片的端面耦合器对光纤的横向、纵向位置及角度都极度敏感，微米和亚度级的偏差会导致耦合损耗剧增。端面耦合测试需要精确的角度调整；电学互联、驱动电路等在内的整个链路的信号完整性。面向未来，封装技术正朝着三大趋势演进以优化成本与性能：一是发展面板级封装，通过在大尺寸基板上并行处理多个芯片来降低单位成本；二是推动光电协同设计，在芯片OIF学标准，旨在降低系统集成复杂度并推动产业生态统一。图表16：光芯片工艺流程枣课堂硅光重构光通信产业链，价值量重新分配传统EML产业链价值量集中在上游光电芯片传统EML（电吸收调制激光器）产业链遵循垂直分工、混合集成的模式，其产业链结构为：III-V族材料→激光器芯片制造→EML芯片制造→气密封装→光模块组装→系统集成，其成本主要在于封装环节。图表17：成本构成分析环节成本占比技术特征主要厂商激光器芯片20-30%基于InP的DFBMOCVD博通、Lumentum、II-VI、住外延和纳米级光栅制作，集成电吸收友等调制器（EA）模块封装30-40%EML组装成发射/接收模块等环节中际旭创、新易盛等光器件10-20%包含FA、隔器、Lens等器件天孚通信、太辰光等电芯片20-30%（SP跨阻放大器（TIA）等博通等国科学院机构知识库网格，cnipa，科创版日报，西安炬光科技股份有限公司招股说明书传统EML生产过程大量依赖熟练技术工人进行手动或半自动的对准操作，自动化程度低；规模效应有限，极大地限制了通过扩大生产规模来降低成本的潜力。图表18：硅光成本构成分析

硅光产业链重构价值链，核心在于硅光PIC硅光产业链采用集成电路模式，其产业链结构为：设计/IP→晶圆制造→晶圆级测试→芯片级封装→系统集成，价值分布发生根本性变化，价值核心从后端的封装向前端的芯片设计与晶圆制造转移。环节 技术特征 价值驱动力芯片设计与IP 包含架构创新、电路设计、仿真验证 知识产权、系统集成能力晶圆级测试 通过光探针卡进行电学和光学测试 测试效率、测试覆盖率晶圆制造 CMOS成熟工艺，良率高 工艺技术、产能规模、设备投资晶圆级测试 通过光探针卡进行电学和光学测试 测试效率、测试覆盖率芯片级封装 光纤耦合、热沉集成 耦合效率、可靠性、自动化程度激光器集成 混合集成、晶圆键合等 集成技术、耦合损耗控制激光器集成 混合集成、晶圆键合等 集成技术、耦合损耗控制asler，光学光报硅光产业链的价值分配主要特点：价值明显向设计和晶圆制造环节集中，芯片设计和晶EMLCMOS成本能够随着晶圆产量的大幅提升而实现快速下降；自动化程度高，由于在晶圆级进行制造和测试，生产过程可以实现高度自动化，大大减少了传统封装中对人工的依赖。这一价值结构变化，是硅光技术颠覆传统光电子产业模式的核心体现。硅光强化产业格局，中国公司有望收获更大话语权相比传统分立式方案，集成度方面功耗方面低约40%；硅光设计灵活性，支持更快速的迭代设计；硅光技术被认为是延续光摩尔定律、解决1.6T以上带宽升级瓶颈的关键方案，可扩展性强、更容易向800G/1.6T演进，而传统方案面临物理极限。硅光工艺不仅仅是光模块技术路径的替代，更是生产关系和产业权力的重新分配，对光模块产业价值逻辑的全方位重塑：对传统厂商的影响：激光器厂商转型压力：传统激光器厂商面临被去中介化风险，必须向集成解决方案提供商转型；电混合封装转型；新进入者机会：Fabless设计公司凭借芯片设计能力进入市场（AyarLabs、SiFotonics）。产业链话语权转移：拥有PIC芯片设计的公司成为核心：包括中际旭创、新易盛等核心公司受益；晶圆代工厂地位提升：台积电、格芯等在产业链中获得更强议价能力；系统厂商垂直整合：Cisco（收购Acacia）、Intel等通过垂直整合控制核心技术；标准制定重要性增加：行业标准（OIF、COBO标准）对产业链协调至关重要。硅光渗透率有望加速突破（1-3年通过自动化中期（3-5年）：产业链可能出现类似于半导体行业的设计-代工分模式；标准化PDK和设计流程降低进入门槛，催生更多Fabless设计公司；封装与测试服务可能专业化，出现专注于硅光封装测试的OSAT厂商。长期（5年以上）：可能出现光摩尔定律，每18-24个月集成度翻倍；单片集成光电计算芯片可能出现，颠覆现有计算架构；全球可能形成2-3个硅光制造中心和多个设计集群。硅光与CPO协同发展，打开scale-up新增市场空间CPO加速落地，高密度低功耗光互联CPO（将光直接带入封装内部，通过基板上的高密度互连与电芯片连接。共封装光学的技术演进路径为：可插拔模块（当前主流）→板载光学（近板光学）→共封装光学（CPO）→片上光学（远期愿景）。图表19：共封装光学演进路线遥科技随着AI大模型、高性能计算（HPC）及5G通信技术的爆发式增长，数据中心的带宽需求正以每年30%以上的速度递增。传统铜互连方案因高能耗、高延迟、低带宽密度的瓶颈，已无法满足AI时代的需求——据IDC统计，数据中心能耗中约30%来自互连系统，而铜缆的传输延迟是光纤的10倍以上。共封装光学（CPO）技术旨在解决下一代高速互连的功耗墙和带宽墙问题，其核心驱动力在于通过光电集成优化系统性能，具体表现在以下方面：（Optical封装于同一基板，缩短电互联长度（1-2厘米），从而减少信号衰减（提升信号完整性）、降低传输延迟（从纳秒级降至皮秒级）、将功耗降低30-50%；带宽密度提升：CPO3-5倍于可插拔方案的端口密度；信号完整性改善：短距电互连减少信号衰减和串扰，支持更高速率；系统成本优化：虽然初期成本高，但在大规模部署时可降低总体拥有成本。不同的CPO架构类型对应着在集成方式、热管理、可维护性与适用场景上的综合权衡：2.5DCPO采用光子IC与电子IC通过中介层并排集成的方案，并通过铜椅微块和线程小层架构实现高效电造带宽连接；3DCPO通过垂直堆叠将PIC堆端安装于EIC上实现最高密度与性能，实现更好的热负荷分布和精度组合。图表20：2.5D/3DCPO示意图遥科技硅光是实现的关键技术路径硅光技术与CPO需求具有天然的匹配性：ASIC板上并排或堆叠布置；在CPOCTE失配，将产生巨大的热应力，导致互连点断裂或器件性能漂移失效。硅光芯片与CMOSASIC减少热应力问题；制造工艺兼容：ASICCMOS晶圆厂中制造，可实现工艺协同优化；CMOS兼容的I/OASIC直接连接。在CPO架构中，硅光芯片承担光I/O引擎的核心功能，包括：光电转换：ASIC；ASIC出去；波长复用/解复用：在波分复用系统中，通过集成阵列波导光栅或微环滤波器等器件，在单根光纤中合并或分多个不同波长的光通道，以提升总带宽；光信号调理：随着技术发展，光引擎内部可能集成如半导体光放大器来补偿链路损耗，或可调光衰减器来管理光功率。图表21：基于玻璃基板的CPO方案 图表玻璃中阶层与玻璃基板方案示意图西科毅光通信科技有限公司 西科毅光通信科技有限公司CPO的激光器集成方案主要包括以下两种：远程光源：激光器模块位于封装外部，通过光纤束连接到CPO封装。优势：简化热管理、激光器可更换劣势：增加连接损耗和复杂性适用：初期部署、高功率场景图表23：CPO示意图

封装内集成光源：将III-V族激光器芯片集成在CPO封装内。优势：集成度高、损耗低劣势：热管理挑战大、可靠性要求高适用：成熟产品、高密度场景通CPO：scale-up光互联排头兵在共封装光学（CPO）技术从概念走向大规模商用的过程中，产业联盟与标准的制定至关重要。目前全球范围内已形成了多个重要的标准组织，它们分别从系统接口、模块定义和行业协同等不同角度推进着CPO的标准化工作，包括OIF（国际光互连论坛）、COBO（板载光学联盟）、IEEE（电子电气工程师协会）等。图表24：主要标准组织组织 工作重点 主要成果 参与厂商COBO范2020年和作小组OIF一起成立CPO工微软、Meta、博通、Cisco、Juniper、华为等OIF 共同封装架构和光接口标准

2020年启动CPO实现

主要厂商建立包括光建立包括光学组件在内的 正在制定及以上速率的标准完整物理层规范IEEE114通信网，photonics，讯石光通讯网CPO标准化进展时间表如下：2019Meta与微软等企业初步提出CPO概念与规范。2020年底：COBO和OIF宣布成立工作小组，开始定义规范。20213.2TCPO产品要求的第一份草案。2023年：OIF202343.2TCPO头部公司加速布局，CPO有望加速落地主要AI巨头对CPO（共封装光学）技术均采取了积极布局，但自自的战重重点和进展阶段有所不同。英伟达CPOAIGPU工厂提供必需的带宽、能效和扩展性。技术路径：与台积电COUPE平台深度合作。CPOSpectrum-XH2已开始出货，基于InfiniBand的CPO交换机Quantum-X即将落地。博通：2021Tomahawk4-HumboldtCPO领域拥有领导地位，带动整个CPO供应链提前进入学习与验证周期。产品进展：Tomahawk5交换机芯片已支持CPO光学（CPO）解决方案，第三代（CPO）。商业模式：提供ASIC和参考设计，与台积电、光模块厂商合作。图表25：博通CPO技术路线图通英特尔：技术路线：基于硅光技术2024年OFC展会展示CPO原型独特优势：拥有从硅光芯片设计、制造到封装的全产业链能力技术路线：基于相干硅光技术，从电信向数据中心扩展2023年OFC展示联合装光学（CPO）系统AI集群市场台积电：技术路线：作为代工厂提供硅光芯片制造和先进封装服务服务模式：提供完整的CoWoS（ChiponWaferonSubstrate）解决方案客户支持：为AyarLabs等设计公司提供制造服务华为/海思：CPO技术Hi-ONE应用形态战重重点：构建自主可控的光电产业链图表26：CPO行业生态OLE应用路线图，重心不在scale-out，而是从市场预测数据来看，据YOLE预测