通信行业市场前景及投资研究报告：CPO通信器件

证券研究报告行业报告：行业专题研究2026年04月16日通信CPO通信器件深度剖析行业评级：强于大市（维持

评级）上次评级：强于大市1摘要CPO交换机量产落地，英伟达与博通双核驱动引领产业变革面向AI算力对高带宽与能效的极致需求，CPO技术已正式进入量产阶段

。英伟达推出Quantum-X与Spectrum-X双平台，其中全球首款CPO网交换机已全面量产

。博通作为业内领跑者，其交换平台正从51.2T的Bailly向102.4T的Davisson持续迭代演进

。两大巨头方案均拥抱台积电先进3D堆叠硅光子引擎技术（COUPE），通过协同设计大幅优化了光功率效率与系统级网络性能

。硅光引擎与高密度互连构筑技术壁垒，核心器件占据BOM成本主导台积电COUPE平台利用SoIC

3D混合键合技术深度融合PIC与EIC，大幅降低了系统寄生电容与功耗，主导了高速CPO架构的底层器件生态

。在光互连端，光纤阵列单元（FAU）、微透镜阵列（MLA）以及突破空间限制的高密度连接器（如MPO/MPC）有效解决了亚微米级光纤耦合与并行传输难题

。架构上采用现场可更换的模块化外部激光源（ELS）集中供光，显著提升了网络可靠性

。从成本结构看，单价高昂的光引擎与解决上千根光纤走线的高密度混纤盒，构成了当前CPO系统最核心的物料成本

。风

险

提示：AI发展放缓及下游需求不及预期的风险；国际政治摩擦与贸易壁垒风险；技术工艺升级及渗透率不及预期的风险；行业竞争加剧与大客户依赖风险；核心零部件成本下降不及预期的风险2目录1、CPO交换机量产落地，英伟达与博通领跑2、台积电COUPE主导器件生态，光引擎与ELS为成本核心31CPO交换机量产落地，英伟达与博通领跑41.1

英伟达架构：Quantum-X

与Spectrum-X

双平台落地•

英伟达面向扩展网络的

CPO

交换机平台，包括

Quantum-X

Photonics

与

Spectrum-X

Photonics

两条产品线，在GTC

2025

上首次发布。•

Quantum-X

Photonics：液冷

InfiniBand

CPO

交换机系统

Q3450（Q3450-LD），搭载四颗

Quantum-X

ASIC，总计

144

个

MPO

物理端口，整机全双工带宽达

115.2

Tbps，单颗

ASIC

吞吐能力

28.8

Tbps。•

Spectrum-X

Ethernet

Photonics：CPO网交换芯片已进入全面量产阶段，

512

lane

200G-capable

CPO网交换机系统，已集成至

Vera

Rubin

平台中的

Spectrum-6

SPX

网络机架，采用

102.4

Tb/s

交换芯片。•

两条产品线均采用

TSMC

先进

3D

堆叠硅光子引擎技术（COUPE），搭载高输出功率外置激光器（ELS）及直连光纤连接架构，实现高带宽、高能效与高可靠性的协同设计。图：英伟达

GTC

2026

协同设计路线图图：英伟达基于CPO的三种交换机规格5资料：英伟达，Semianalysis，天风证券研究所1.1.1

Quantum-X：115.2T液冷交换机，3D堆叠引擎构筑高带宽底座•

Q

u

antum-X

Photonics

液冷交换机系统

Q3450

（Q3450-LD）搭载四颗

Quantum-X

芯片（ASIC），总计

144

个MPO物理端口，整机全双工带宽达

1

1

5

.2Tbps，单颗

ASIC

吞吐能力为

28.8Tbps。•

在架构层面，每颗

ASIC

集成

6

个光学子组件，每个子组件包含

3个硅光引擎，即单

ASIC

共

18

个光引擎。每个光引擎由一个光子集成电路（PIC）与一个电子集成电路（EIC）构成，配置

8

个发送和

8

个接收通道。电气端由

200G

PAM4

SerDes驱动，光学端采用

8

个基于

PAM4

调制的微环调制器（MRM），单调制器速率

200Gbps，因此单个光引擎可提供

1.6Tbps

带宽，对应单

ASIC

总光带宽

28.8Tbps。•

在制造工艺方面，英伟达采用

TSMC

硅光紧凑型通用光子引擎（COUPE）技术，通过

3D

晶圆级堆叠（Chip-on-Wafer,CoW）及先进封装，将

EIC

与

PIC

实现高密度集成，从而缩短信号路径并提升功率与热效率。图：Quantum-X800

ASIC

结构拆解表：Quantum-X800

ASIC

层级拆解层级结构组成数量带宽Quantum-X800

6个光学子组件（18个硅光系统级28.8

Tb/sASIC引擎）可拆卸光学子组件（OSA）模块级引擎级3个硅光引擎4.8

Tb/s硅光子引擎（SiPhEngine）8收8发通道，200

Gb/s

1.6

Tb/s324条（36条激光输入，光接口规模

光连接—288条数据链路）6资料：英伟达，Semianalysis，天风证券研究所1.1.2

Spectrum-X：全面量产的首款网CPO，大幅优化光电能效比•

Spectrum-X

Ethernet

Photonics的

CPO

交换芯片已进入全面量产阶段；作为全球首款全面集成的

512

lane

200G-capableCPO

网交换机系统，已集成至

Vera

Rubin

平台中的

Spectrum-6

SPX网络机架。•

该系统采用

102.4

Tb/s

交换芯片，具备

512

条

200

Gb/s

CPO

通道，并使用多芯片模组封装（SN6800

为

4

芯片并行，可扩展至

409.6

Tb/s），在单一紧凑空间内集成多个硅光引擎，最高配置可达

32

个。单个光引擎包含

16

个发送通道和

16

个接收通道，单引擎带宽最高可达

3.2

Tb/s，从而进一步提升网数据中心的光电集成密度。•

在能效方面，传统

1.6Tbps

可插拔光模块功耗约

30W，其中超过一半消耗于

DSP。通过将硅光器件直接集成至交换机封装内部并取消

DSP

结构，英伟达

CPO

方案在系统层面实现了最高可达

5倍的光功率效率提升，以及

10

倍的网络韧性提升（相较传统可插拔收发器）。方案同时减少激光器数量约

4

倍，从而降低运营成本与网络中断风险，提升

AI

数据中心的可增长性和可靠性。•

面向未来，Kyber（2026/2027）将首次引入

copper

+

CPO

的

scale-up

架构，而

Feynman（2028）则将进一步导入（包括NVLink8

CPO、Spectrum7、CX10等），支撑从芯片到机架再到吉瓦级AI工厂的极端协同设计演进。图：英伟达

Spectrum-6

规格图7资料：NADDOD，天风证券研究所1.2

博通：从

Bailly

到

Davisson，持续引领CPO交换平台•

博通是最早实现支持CPO系统的厂商之一，在英伟达加入之前，也是唯一一个发布了配备CPO的生产系统（其Bailly和Humboldt交换机）的厂商。其

Tomahawk

5

–

Bailly（TH5-Bailly）为业内首个量产

CPO

解决方案；该系统基于

Tomahawk

5交换ASIC

构建，整机带宽

51.2Tbps，全面采用光

I/O

架构。•

在架构层面，TH5-Bailly

集成

8

个光引擎，每个光引擎带宽

6.4Tbps，对应

64

条

100Gbps

通道；总计

512

条。相比上一代Tomahawk

4-Humboldt

的

3.2Tbps

光引擎，单引擎通道规模实现提升，提高了带宽密度。•

在早期技术路径中，博通曾多次迭代采用

SPIL

开发的扇出晶圆级封装（FOWLP）方案，但由于寄生电容较大，电信号需通过Through-Mold

Vias（TMV）传输至电接口芯片（EIC），单通道速率难以扩展至

100Gbps

以上，限制了系统向更高速率演进的能力。•

为突破该限制并保持技术领先地位，博通转向基于

TSMC

COUPE

技术的封装架构，进一步降低信号调理需求，并最大限度地减少了迹道损耗和反射，为更高单通道速率与更大规模集成提供了可扩展平台。图：博通

Bailly

交换机结构图图：TH5-Bailly

芯片组8资料：博通，Semianalysis，天风证券研究所1.2

博通：从

Bailly

到

Davisson，持续引领CPO交换平台•

在代际升级路径上，博通进一步推出

Tomahawk

6

–

Davisson（TH6-Davisson）102.4Tbps

CPO

交换平台。TH6-Davisson

单调制器速率达到

200Gbps，相比

Bailly

又实现翻倍，并以能效为核心重新设计系统结构。该平台通过异构集成基于TSMC

COUPE

技术的光学引擎与先进基板级多芯片封装，相比传统可插拔光模块方案，光互连功耗降低约

70%，系统能效提升超过

3.5

倍，与英伟达方案类似，带来了能源效率的重大突破。图：博通基于CPO的三种交换机规格9资料：Semianalysis，天风证券研究所2台积电COUPE主导器件生态，光引擎与ELS为成本核心102.1

硅光引擎（OE）：PIC与EIC协同，支撑高带宽转换•

硅光引擎（OE）是

CPO

交换机内部实现高速光电转换的核心模块，用于完成电信号与光信号之间的互连转换。其结构由两部分构成：光学部分（PIC）与电学部分（EIC）。二者通过紧密集成实现电光协同工作，是

CPO

架构实现高带宽与高能效的关键基础。1）PIC（Photonic

Integrated

Circuit，光子集成电路）•

核心光学组件包括：调制器（Modulator）、硅波导（Waveguide）、光电探测器（Photodetector）。•

Quantum-X800

硅光引擎采用

TSMC

N6

工艺的电光协同设计芯片，集成约

2.2

亿个晶体管，单片整合约

1000

个光子器件；典型功耗约

9W。•

在光子制造平台方面，PIC

基于

SOI

N65

节点生产。台积电提供完整的硅光设计与制造支持体系，包括光子电路设计、版图验证，以及涵盖射频、噪声与多波长效应的仿真建模；其

300mm

硅光

PIC

平台为大规模生产提供了工艺基础。2）EIC（Electronic

Integrated

Circuit，电子集成电路）•

核心组件主要包括：高速调制驱动器（Driver）、跨阻放大器（TIA）、控制逻辑电路、加热器控制模块。•

TSMC

EIC

采用

N7

节点制造，集成高速光调制驱动与信号放大电路，并通过热控制电路实现调制器波长稳定。•

Quantum-X800

ASIC

基于

TSMC

4N

工艺制造，晶体管规模达

1070

亿个，吞吐量达到

28.8Tb/s。该

ASIC

与多个硅光引擎协同工作，共同构成

CPO

交换系统的高带宽基础。此外，台积电逻辑工艺已推进至

2nm

节点，为未来

EIC

性能升级提供工艺延展空间。图：Quantum-X

CPO

光引擎图：

Quantum-X

CPO

交换机

EIC、PIC实物图11资料：英伟达，Semianalysis，天风证券研究所2.1

硅光引擎（OE）：PIC与EIC协同，支撑高带宽转换3）COUPE

Silicon

——

台积电硅光3D堆叠方案•

COUPE（Compact

Universal

Photonic

Engine，紧凑型通用光引擎）是台积电基于

SoIC®

3D

混合键合技术构建的硅光平台，其核心在于通过晶圆级垂直堆叠，将电子集成电路（EIC）直接键合至光子集成电路（PIC）之上，在芯片尺度实现电光单元的紧密耦合。•

与其他键合方法相比，SoIC™混合键合具备更小键合间距与更高互连精度，使PIC–EIC接口组合密度提升至少16倍，寄生电容降低约85%，在相同功耗条件下，可实现约40%的能耗下降或最高170%的速度提升，为高速CPO架构提供低阻抗、低损耗的电气通路。结合浅介质通孔（TDV）结构后，其射频性能进一步优化，仿真数据显示3dB带宽可超过100

GHz，能够满足高速SerDes驱动需求。•

在光学实现层面，COUPE基于标准3D堆叠框架，可针对光栅耦合（GC）或端面耦合（EC）进行工艺定制，偏向于光栅耦合与微环调制器（MRM）架构。图：实现PIC-EIC的多种封装方法图：COUPE

系统利用

TSMC-SoIC™键合技术连接

EIC

和

PIC资料：Semianalysis，

《Advanced

CPO

Integrated

by

CoWoS

and12COUPE》TSMC，天风证券研究所2.1

硅光引擎（OE）：PIC与EIC协同，支撑高带宽转换3）COUPE

Silicon

——

台积电硅光3D堆叠方案•

晶圆级测试结果显示，基于COUPE的光学引擎在晶圆级测试中净插入损耗接近零，光栅耦合器插入损耗≤−1.2

dB。•

从系统能效角度看，传统铜互连系统功耗通常超过30

pJ/bit，传统可插拔光模块方案亦在10

pJ/bit以上；而基于COUPE在Interposer上完全集成的光学引擎，单位能耗可降至2

pJ/bit以下，同时延迟降低超过95%，体现出明显的功率效率与传输性能优势。•

整体来看，COUPE已发展为面向CPO架构的高带宽、低延迟硅光引擎平台。台积电计划未来将基于SoIC的COUPE光学引擎进一步与CoWoS等异构封装体系整合，有望在同一封装内实现逻辑芯片、存储与光引擎的协同布局，从而支撑对高带宽与能效比的需求。•

在量产落地阶段，随着CPO封装向大尺寸与多光引擎整合演进，具备系统级先进封装能力的OSAT厂商可能参与后段整合。例如，日月光已展示可在>75mm

×

75mm封装中整合多个光学引擎与ASIC，实现<5

pJ/bit功耗并提升带宽，因此，我们认为，COUPE路径下的CPO封装落地存在由日月光等厂商承接的可能。图：COUPE

系统

效率、延迟对比图：COUPE

系统

PIC-EIC

键合结构13资料：

《Advanced

CPO

Integrated

by

CoWoS

and

COUPE》TSMC等，天风证券研究所2.2

封装基板与连接器：信号路径缩短，插入损耗显著降低功能：先进的3D集成方案允许电子芯片和光子芯片进行垂直堆叠和互连，通过复杂的封装方法达到很高的集成密度和性能水平。TSV（Through

Silicon

Via）为硅通孔技术，是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片的三维集成堆叠以及芯片与封装基板的直接互连的技术。1）Substrate封装基板英伟达CPO技术将高频电路径缩短至基板内的区区几毫米。通过这种设计，插入损耗从传统插拔式设计的22dB大幅降低至约4dB。这使得信号完整性提升了63倍，从而能够以更低的DSP复杂度和更低的每比特功耗实现更高的数据速率。2）Fiber

Connector光纤连接器Q3450-LD型号交换机配备了144个通过直接MPO连接器（Direct

MPO

connectors）连接的800Gb/s端口，提供了无与伦比的端口密度和基数，是构建大规模高性能AI网络架构的理想选择。图：英伟达CPO交换机架构图：英伟达CPO交换机架构14资料：英伟达，天风证券研究所2.3

光学阵列器件：FAU与MLA赋能高密度光耦合光纤阵列单元（FAU）是一种高精度无源光器件，通过V型槽基板将多根光纤按预设间距精确排列并固定。光纤耦合——即将光纤与片上波导精确对准以实现平滑高效的光传输——是CPO中至关重要且极具挑战性的步骤，而FAU被广泛用于辅助这一过程。FAU的作用是以低插入损耗将来自硅透镜的光耦合到光纤中。据电子发烧友网Elecfans公众号，随着Scale

Up光互联架构的快速发展，FAU组件的需求显著提升——尤其在共封装光学（CPO）应用场景中，单台CPO交换机所需FAU数量可达传统方案的3至5倍。微透镜阵列（MLA）在一个高度紧凑的封装中提供先进的光束整形、聚焦能力。可用于高密度集成光学的垂直耦合/边耦合一体的微透镜阵列/微棱镜模组如图所示。针对垂直耦合的需求，在模组的一面刻蚀出微透镜阵列，针对边耦合的需求，在模组的另一面做出镀膜的反射棱镜，这样的模组就可以完成水平光路和垂直光路的转换。图：

COUPE-GC与光纤阵列单元集成示意图图：SMO微透镜阵列/微棱镜模组15资料：半导纵横公众号，先进光子学公众号，天风证券研究所2.4

光纤耦合方式：边缘耦合与衍射光栅耦合的技术博弈在封装集成光电子器件时面临的一个重要挑战是实现PIC上亚微米波导与光纤之间的高效耦合。光纤耦合有两种主要方法：边缘耦合和衍射光栅耦合。1.边缘耦合：边缘耦合涉及将光纤端部与PIC上波导边缘对准。这种方法直观简单，但需要精确对准，并且由于光纤和波导之间的模式不匹配，通常会导致较高的耦合损耗。2.衍射光栅耦合：衍射光栅耦合涉及在PIC上使用衍射光栅结构，以实现波导与光纤之间的垂直光耦合。这种方法提供了对准容差的放宽，并且可以实现较低的耦合损耗。但是需要对光栅结构进行精心设计和制造。图：光纤耦合示意图16资料：逍遥设计自动化公众号，天风证券研究所2.5

MPO连接器：SENKO方案突破空间限制，实现高密度并行传输MPO连接器可同时完成多芯光纤的并行传输，大幅提升布线密度。SENKO的MPO连接器组件作为光模块的关键接口，提供了坚固可靠的高密度连接解决方案。MPO

EZ-Way连接器采用更低矮的外形设计，与传统MPO连接器相比，可以在光模块接口上安装的MPO连接器数量增加一倍。这种连接器密度的提升增强了光纤管理能力，使得在紧凑的光模块设计中能够支持更高带宽。此外，MT-MPO适配器作为一个关键的桥接组件，可无缝连接MT插芯和MP

连接器。MT-MPO适配器具有锁定功能，可将MT插芯固定在适配器内部，从而省去了板后BTW

(Behind-the-Wall)

MPO连接器的需求，减少了空间占用。图：

SENKO

MPO连接器17资料：

SENKO扇港公众号，天风证券研究所2.6

MPC：创新微镜阵列设计，实现光纤到芯片直连与极低损耗MPC连接器是一种高密度、高性能的光纤到芯片（Fiber-to-Chip）互连解决方案，专为共封装光学（CPO）和高速数据中心应用设计。随着光模块技术的不断发展，将光高效耦合到光学芯片的需求变得至关重要。SENKO的金属PIC连接器（MPC）可将光直接耦合到芯片中，实现高性能的数据传输，并将插入损耗降至最低。MPC由冲压金属光学平台构成，包含用于在光纤和光子器件之间折叠和聚焦光束的微镜阵列。微镜设计适用于多模和单模应用，与垂直耦合光纤阵列相比，它可将连接器高度显著降低至0.6mm。图：CPO交换机结构图图：MPC连接器18资料：

SENKO扇港公众号，天风证券研究所2.7

外部激光器：集中式模块化供光，大幅提升AI集群网络可靠性英伟达的Quantum-X

Photonics有18个外部激光源。每个外部激光源模块包含8个独立控制的激光发射器，整个平台共计144个激光器。每个外部激光源模块内的激光发射器均与一个

MPO

连接器进行1:1的光映射（每个MPO连接器对应一个专用激光器）。每个激光器支持4×200Gbps的光通道（每个MPO连接器总带宽为800Gbps），所有144个激光器均为4类激光器。Q

u

antum-X

Photonics的外部激光源是高性能、可现场更换的单元。外部激光源模块位于独立于交换机主机箱的专用温控环境中，确保每个激光器都在稳定的温度范围内运行。它能够减少波长漂移，并缓解可能导致早期故障的过早老化机制。这解决了传统数据中心光学器件中最持久的可靠性瓶颈之一，即反复的热循环会迅速降低激光器的寿命，并导致代价高昂的网络中断和维护活动。Q

u

antum-X

Photonics交换机能够集中生成激光器，与传统设计相比，数据中心内的激光器总数减少了四倍。这种整合不仅降低了资本和运营成本，还降低了因单个激光器故障而导致的网络故障概率。

每个外部激光源模块均采用模块化和现场更换设计，使数据中心运营商能够在不影响周边交换机基础设施的情况下更换模块。这种模块化设计与标准调制器外形尺寸兼容，简化了维护工作流程，并支持快速故障隔离，从而确保网络完整性，并将服务中断降至最低。每个外部激光源包含八个高质量激光器，这些激光器通过光纤精确耦合到光引擎。单个ELS能够为Quantum-X交换机576个发送通道中的32个供电。它为共封装的光子引擎提供稳定、分布式的光，并实现了无与伦比的带宽密度。图：18个外部激光源图：激光发射器19资料：英伟达官网，天风证券研究所2.8

多平面光互联架构：边缘高密度排布，1152光纤支撑超大交换容量多平面数据光连接器是Quantum-X

CPO交换系统实现超高带宽输出的关键基础设施。该系统通过多平面光连接器结构，将总计1152根单模光纤排列于封装边界，配备144个800Gbps

InfiniBand端口。每根光纤支持200

Gb/s速率，使整个系统达到115.2Tb/s的交换容量。交换机的架构采用多平面设计，能够高效分配光信号。光纤由MPO光端口进入后，由分路盒分成4条独立的路径，每条路径连接到不同的交换芯片。这种方法有效地将信号源分割成更小的单元。多平面设置允许独立的平面同时运行，优化吞吐量并减少信号拥堵。该架构显著提高了封装边缘带宽密度，是支撑下一代AI集群网络和超大规模数据中心的核心光互连技术。在全球CPO产业生态中，博通正在重新构想高性能交换机环境中光连接的设计和部署方式。博通在其Bailly

CPO交换平台中集成了康宁（Corning）提供的精密光纤阵列（FAUs），以满足51.2Tb/s标准下的高密度光互连需求。Marvell、SENKO、Jabil和MikrosTechnologies最近也发布了数据中心CPO交换机的参考设计。大型半导体芯片-网交换机专用集成电路（ASIC）-周围环绕着16个光引擎模块和1152根光纤（128根激光光纤和1024根数据光纤）。这些光引擎由16个激光模块驱动，这些模块连接到面板上，以便于维护。将激光模块放置在面板上还可以降低其温度，从而提高激光器的可靠性。此外，OIF正通过制定3.2T

CPO模块实施协议，重点推进多平面互连中的光接口一致性与外部激光源的模块化，以期在超大规模AI架构中构建开放的CPO生态系统。图：多平面数据光连接器20资料：英伟达官网，逍遥设计自动化公众号，天风证券研究所2.9

MPO外部线缆连接：144根光纤电缆承载115Tb/s吞吐量Quantum-X光交换机有144根MPO连接器，合计4460亿个晶体管和115Tb/s吞吐量。MPO连接器将混纤盒内的光纤连接到外部端口，然后可以将光纤MPO电缆插入这些端口，以将交换机与其他远程交换机或远程网络接口卡连接。图：144根MPO光纤电缆21资料：高端芯片产业创新发展联盟公众号，天风证券研究所2.10

核心BOM成本测算：光引擎与混纤盒构成主要物料成本CPO系统的核心是光引擎。这些光引擎的成本结构相当可观，每个单元完整组装（包括光纤连接单元）的成本约为1,000美元。这意味着仅光引擎的总物料成本就达到35,000至40,000美元（针对3.2T光引擎版本）。对于Nvidia的X800-Q3450

C

PO交换机，超过1,000根光纤从光引擎中引出，造成了重大的组织挑战。需要混纤盒来组织这些光纤并将其路由到适当的目的地。混纤盒的价格通常与管理的光纤数量相关。例如，T&SCommunications销售48光纤混纤盒售价约150美元，300光纤版本约1,000美元，500光纤型号约1,600美