在今年剛剛召開(kāi)的光纖通信會(huì)議(OFC)會(huì)議上，CPO技術(shù)路線成為眾廠商的一大聚焦熱點(diǎn)，博通、Marvell介紹了各自采用共封裝光學(xué)技術(shù)的51.2Tbps的交換機(jī)芯片，思科也展示了其CPO技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可行性原理。當(dāng)前，亞馬遜AWS、微軟、Meta、谷歌等云計(jì)算巨頭，思科、博通、MarvellIBM、英特爾、英偉達(dá)、AMD、臺(tái)積電、格芯、Ranovus等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備龍頭及芯片龍頭，均在前瞻性地布局CPO相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品，并推進(jìn)CPO標(biāo)準(zhǔn)化工作。

那么，什么是CPO？基本原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì)都有哪些？驅(qū)動(dòng)因素及應(yīng)用領(lǐng)域都有哪些？當(dāng)前及今后的發(fā)展前景、競(jìng)爭(zhēng)格局是怎樣的？市場(chǎng)空間有多大？相關(guān)公司都有哪些？圍繞CPO這些問(wèn)題的探討，期寄我們對(duì)于光電共封裝這一技術(shù)大致的了解。

01

CPO概述

1.CPO概念

CPO（co-packagd optics）即光電共封裝，是一種新型的光電子集成技術(shù)，指將網(wǎng)絡(luò)交換芯片和光模塊共同裝配在同一個(gè)插槽上，形成芯片和模組的共封裝。通過(guò)將交換芯片和光引擎封裝在一起，CPO技術(shù)可以縮短交換芯片和光引擎之間的距離，以幫助電信號(hào)在芯片和引擎之間更快地傳輸；不僅能夠減少尺寸，提高效率，還可以降低功耗。

2.CPO基本原理

CPO技術(shù)是基于傳統(tǒng)的WDM（Wavelength Division Multiplexing）技術(shù)和SDH（Synchronous Digital Hierarchy）技術(shù)發(fā)展而來(lái)的。它利用WDM技術(shù)將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)傳輸?shù)酵粭l光纖上，然后在光傳輸設(shè)備中使用SDH技術(shù)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行封裝和解封裝，使得光信號(hào)和數(shù)據(jù)能夠混合傳輸。CPO技術(shù)將傳統(tǒng)的光傳輸和數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行了融合，使得網(wǎng)絡(luò)傳輸效率更高、可靠性更強(qiáng)。

3.CPO技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

共封裝光學(xué)器件的一項(xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)新是將光學(xué)器件移動(dòng)到離Switch ASIC裸片足夠近的位置，以便移除這個(gè)額外的DSP。借助CPO，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)系統(tǒng)中的光接口從交換機(jī)外殼前端的可插拔模塊轉(zhuǎn)變?yōu)榕c交換機(jī)芯片組裝在同一封裝中的光模塊。

在傳統(tǒng)的光通信系統(tǒng)中，光模塊與芯片之間需要通過(guò)復(fù)雜的連接方式，而CPO技術(shù)可以將光模塊和芯片封裝在同一個(gè)封裝體中，極大地減小了連接長(zhǎng)度和距離，提高了通信效率。

理想情況下，CPO可以逐步取代傳統(tǒng)的可插拔光模塊，將硅光子模塊和超大規(guī)模CMOS芯片以更緊密的形式封裝在一起，從而在成本、功耗和尺寸上都進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中的光互連技術(shù)。

4.CPO技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

CPO技術(shù)的核心是在算力大幅提升的情況下，如何節(jié)約成本。CPO這種封裝技術(shù)可以提高芯片的集成度，減小封裝體積，提高系統(tǒng)性能，降低成本。CPO技術(shù)在光電共封裝的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化了封裝結(jié)構(gòu)，降低了封裝成本，提高了封裝效率。

（1）降低封裝成本

CPO技術(shù)可以在不影響系統(tǒng)性能的前提下，降低封裝成本。傳統(tǒng)封裝技術(shù)需要使用多層板、多個(gè)BGA等組件，而CPO技術(shù)只需要一個(gè)光電共封裝器件，就可以完成整個(gè)系統(tǒng)的封裝。這樣就可以大大降低封裝成本。

（2）提高封裝效率

CPO技術(shù)可以提高封裝效率。傳統(tǒng)封裝技術(shù)需要使用多個(gè)封裝組件，需要進(jìn)行多次組裝和測(cè)試。而CPO技術(shù)只需要一個(gè)光電共封裝器件，就可以完成整個(gè)系統(tǒng)的封裝。這樣就可以大大提高封裝效率。

（3）提高系統(tǒng)性能

CPO技術(shù)可以提高系統(tǒng)性能。傳統(tǒng)封裝技術(shù)需要使用多個(gè)封裝組件，會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，影響系統(tǒng)性能。而CPO技術(shù)只需要一個(gè)光電共封裝器件，可以減小封裝體積，提高系統(tǒng)的集成度，提高系統(tǒng)性能

5.CPO的兩種封裝方式

在CPO技術(shù)的應(yīng)用中，有兩種主要的封裝方式，分別是Co-packaged transceivers(CPT)和Co-packaged active optical cables(CP-AOCs)。CPT技術(shù)將收發(fā)器和芯片封裝在同一個(gè)封裝體中，可以減小芯片封裝面積和信號(hào)傳輸長(zhǎng)度，提高光通信的速度和質(zhì)量。CP-AOCs技術(shù)則是將光模塊和芯片封裝在同一塊PCB板上，并使用微型化的線纜連接光模塊和芯片。CP-AOCs技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)密度和更快的數(shù)據(jù)傳輸速度，目前在數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算和5G通信等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

02

CPO驅(qū)動(dòng)因素

1.高速模塊的信號(hào)劣化、功耗等問(wèn)題，推動(dòng)CPO有望成為長(zhǎng)期技術(shù)趨勢(shì)

早期光模塊作為易損部件，出于便于維修考慮采用熱插拔的形式。但熱插拔形式下，光模塊光引擎距離交換芯片很遠(yuǎn)，電信號(hào)在PCB中走線很長(zhǎng)，在高速尤其是800G光模塊等場(chǎng)景下，PCB走線過(guò)長(zhǎng)造成信號(hào)劣化，形成傳輸瓶頸。因此光引擎逐漸靠近交換芯片（OBO技術(shù)），而CPO就是把光引擎直接移到交換芯片的封裝基板上，徹底讓光學(xué)引擎和交換芯片的電連接距離短到極限。

同時(shí)，隨著交換機(jī)不斷發(fā)展，ASIC和光模塊之間的功耗不斷升高，經(jīng)預(yù)測(cè)對(duì)于25.6T這一代芯片，Serdes功耗占比超過(guò)30%。

2.數(shù)據(jù)處理需求激增，CPO廣受關(guān)注

隨著數(shù)據(jù)處理需求的增長(zhǎng)，利用現(xiàn)有技術(shù)擴(kuò)展這些新功能變得越來(lái)越困難。需要在設(shè)備級(jí)別進(jìn)行創(chuàng)新，以促進(jìn)縱向擴(kuò)展——或增加節(jié)點(diǎn)的帶寬傳輸和橫向擴(kuò)展——或分解數(shù)據(jù)中心內(nèi)的資源，如存儲(chǔ)、計(jì)算和計(jì)算卸載。隨著數(shù)據(jù)速率不斷向更高速度和更復(fù)雜的調(diào)制技術(shù)發(fā)展，銅I/O正接近極限。

專(zhuān)注于先進(jìn)材料系統(tǒng)的ASIC邏輯設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、驗(yàn)證和封裝的工程師和架構(gòu)師必須已經(jīng)考慮到封裝帶來(lái)的系統(tǒng)級(jí)挑戰(zhàn)級(jí)I/O瓶頸。

隨著高速系統(tǒng)的線路速率從50G增加到100G再到200G，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的損耗從低于10dB的損耗增加到超過(guò)20dB的損耗。在200G/通道，板級(jí)復(fù)雜性增加，為實(shí)現(xiàn)開(kāi)箱即用的1mDAC電纜傳輸以至于幾乎所有板走線的長(zhǎng)度都將超過(guò)損耗預(yù)算。

因此，需要重新考慮設(shè)備和封裝架構(gòu)，以應(yīng)對(duì)在將高速信號(hào)從ASIC傳輸?shù)角懊姘鍟r(shí)出現(xiàn)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)。

CPO技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高速光模塊的小型化和微型化，可以減小芯片封裝面積，從而提高系統(tǒng)的集成度。CPO將實(shí)現(xiàn)從CPU和GPU到各種設(shè)備的直接連接，從而實(shí)現(xiàn)資源池化和內(nèi)存分解，還可以減少光器件和電路板之間的連接長(zhǎng)度，從而降低信號(hào)傳輸損耗和功耗，提高通信速度和質(zhì)量。

另外，CPO技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)密度和更快的數(shù)據(jù)傳輸速度，滿足現(xiàn)代高速通信的需求。

3.高性能AI集群和HPC對(duì)帶寬及速率要求快速提升

Nvidia的Craig Thompson提出，AI集群所需的網(wǎng)絡(luò)連接帶寬將增加32倍，目前可插拔光模塊的設(shè)計(jì)將使整個(gè)系統(tǒng)的成本增加一倍，并增加20-25%的功耗。同時(shí)，內(nèi)存訪問(wèn)也是AI集群和HPC的另一個(gè)瓶頸。因此，CPO被認(rèn)為是可以在AI集群和HPC中提供巨大的、高效的連接的唯一途徑。

4.標(biāo)準(zhǔn)化的制定為CPO發(fā)展奠定基礎(chǔ)

2023年4月5日，國(guó)際光互聯(lián)組織OIF發(fā)布了業(yè)內(nèi)第一個(gè)CPO標(biāo)準(zhǔn)草案，其主要定義了用于以太網(wǎng)交換機(jī)的3.2TCPO模塊，可基于100G電通道，并提供50G通道后向兼容。該模塊定義可以用于光模塊，也可以用于無(wú)源的電纜組件，可支持實(shí)現(xiàn)51.2Tbps匯聚帶寬交換機(jī)的光和/或電接口實(shí)現(xiàn)。在OFC2023上，博通也展示了其基于硅光的第二代交換機(jī)，其使用8個(gè)6.4TCPO光引擎實(shí)現(xiàn)51.2T交換容量。

從開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)的角度，本次草案推動(dòng)了光電合封生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的制定，為CPO技術(shù)的升級(jí)和產(chǎn)業(yè)鏈成熟奠定良好的基礎(chǔ)。

5.算力時(shí)代傳統(tǒng)可插拔光模塊功耗制約凸顯，CPO降本增效迎發(fā)展良機(jī)

如今大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等復(fù)雜應(yīng)用需求的發(fā)展，正不斷提高對(duì)數(shù)據(jù)中心中數(shù)據(jù)傳輸速率的要求。諸如谷歌、Meta、亞馬遜、微軟或阿里巴巴等計(jì)算巨頭數(shù)萬(wàn)臺(tái)交換機(jī)的部署，正在推動(dòng)數(shù)據(jù)速率從100GbE向400GbE和800GbE更高速的數(shù)據(jù)鏈路的方向發(fā)展，而通過(guò)銅纜傳輸數(shù)據(jù)的功耗攀升日漸成為傳統(tǒng)可插拔光模塊所面臨的最大挑戰(zhàn)。

而CPO技術(shù)路徑通過(guò)減少能量轉(zhuǎn)換的步驟，從而降低功耗，與傳統(tǒng)的光模塊相比，CPO在相同數(shù)據(jù)傳輸速率下可以減少約50%的功耗，將有效解決高速高密度互連傳輸場(chǎng)景下，電互連受能耗限制難以大幅提升數(shù)據(jù)傳輸能力的問(wèn)題。與此同時(shí)，相較傳統(tǒng)以II-V材料為基礎(chǔ)的光技術(shù)，CPO主要采用硅光技術(shù)具備的成本、尺寸等優(yōu)勢(shì)，為CPO技術(shù)路徑的成功應(yīng)用提供了技術(shù)保障。

03

CPO技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域及難題

CPO技術(shù)是一種新型的封裝技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著算力的不斷提升，CPO技術(shù)將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。CPO技術(shù)可以提高系統(tǒng)性能，降低封裝成本，提高封裝效率，是未來(lái)封裝技術(shù)的發(fā)展方向之一。

CPO技術(shù)可以應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如通信、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療、工業(yè)等。在通信領(lǐng)域，CPO技術(shù)可以用于光纖通信、光纖傳感、光學(xué)成像等應(yīng)用。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，CPO技術(shù)可以用于高性能計(jì)算、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等應(yīng)用。在醫(yī)療領(lǐng)域，CPO技術(shù)可以用于醫(yī)學(xué)成像、醫(yī)療器械等應(yīng)用。在工業(yè)領(lǐng)域，CPO技術(shù)可以用于機(jī)器視覺(jué)、工業(yè)自動(dòng)化等應(yīng)用。

1.數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域

在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，CPO技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)密度和更快的數(shù)據(jù)傳輸速度，可以應(yīng)用于高速網(wǎng)絡(luò)交換、服務(wù)器互聯(lián)和分布式存儲(chǔ)等領(lǐng)域。例如，F(xiàn)acebook在其自研的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)Fabric Aggregator中采用了CPO技術(shù)，將光模塊和芯片封裝在同一個(gè)封裝體中，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的速度和質(zhì)量。另外，CPO技術(shù)還可以減少系統(tǒng)的功耗和空間占用，降低數(shù)據(jù)中心的能源消耗和維護(hù)成本。

2.人工智能領(lǐng)域

在人工智能方面，算力成為以ChatGPT為代表的AI的核心競(jìng)爭(zhēng)力，而CPO技術(shù)有望成為高能效比的解決方案之一。在人工智能芯片中，CPO技術(shù)可以將不同的模塊封裝在同一個(gè)封裝內(nèi)，使整個(gè)系統(tǒng)更加緊湊，避免了模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸延遲和電磁干擾。

3.云計(jì)算領(lǐng)域

在云計(jì)算領(lǐng)域，CPO技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高速云計(jì)算和大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。例如，微軟在其云計(jì)算平臺(tái)Azure中采用了CPO技術(shù)，將光模塊和芯片封裝在同一塊PCB板上，并使用微型化的線纜連接光模塊和芯片。通過(guò)CPO技術(shù)的應(yīng)用，Azure可以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)密度和更快的數(shù)據(jù)傳輸速度，從而提高了云計(jì)算的效率和性能。

4.5G通信領(lǐng)域

在5G通信領(lǐng)域，CPO技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更快的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接。例如，華為在其5G通信系統(tǒng)中采用了CPO技術(shù)，將收發(fā)器和芯片封裝在同一個(gè)封裝體中，從而實(shí)現(xiàn)了高速、高密度、低功耗的通信。CPO技術(shù)的應(yīng)用可以提高5G通信的速度和質(zhì)量，支持更多的無(wú)線設(shè)備連接和更復(fù)雜的通信應(yīng)用。

5.汽車(chē)電子

在汽車(chē)電子中，CPO技術(shù)可以將不同的電子模塊封裝在同一個(gè)封裝內(nèi)，使整個(gè)系統(tǒng)更加緊湊，避免了模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸延遲和電磁干擾。

以上應(yīng)用將在未來(lái)數(shù)年持續(xù)爆發(fā)。除此之外，隨著互聯(lián)網(wǎng)和5G/6G用戶的增加以及來(lái)自人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和虛擬現(xiàn)實(shí)流量的延遲敏感型流量激增，對(duì)光收發(fā)器的數(shù)據(jù)速率要求將快速增長(zhǎng)；AI、ML、VR和AR對(duì)數(shù)據(jù)中心的帶寬要求巨大，并且對(duì)低延遲有極高的要求。支持400G的AOC已經(jīng)開(kāi)始成為大型數(shù)據(jù)中心的主流，而800G的AOC在幾年內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)。基于以上因素，未來(lái)CPO的市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。

6.CPO技術(shù)難題

目前CPO還有許多亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)，例如如何選擇光引擎的調(diào)制方案、如何進(jìn)行架構(gòu)光引擎內(nèi)部器件間的封裝以及如何實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)可行的高耦合效率光源耦合。傳統(tǒng)的基于像EML、DML等分立式光學(xué)引擎設(shè)計(jì)的一些方式，基本上不再能滿足問(wèn)題需要突破Co-packaging對(duì)空間的一些要求。由于目前的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈尚不成熟等原因，CPO短期內(nèi)難以大規(guī)模應(yīng)用。

04

CPO發(fā)展前景及競(jìng)爭(zhēng)格局

1.技術(shù)前景

（1）CPO是光通訊實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的長(zhǎng)期路徑

在AI算力高彈性、國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)、下游模塊廠商海外業(yè)務(wù)拓展等的共同催化下，光芯片領(lǐng)域發(fā)展前景廣闊，國(guó)產(chǎn)替代正當(dāng)時(shí)。產(chǎn)業(yè)多種光芯片方案快速推進(jìn)，DFB、EML等傳統(tǒng)光芯片在穩(wěn)定性和低成本方面不斷發(fā)力。未來(lái)光芯片順應(yīng)集成化規(guī)律，向硅光芯片集成高速光引擎的發(fā)展趨勢(shì)是目前行業(yè)共識(shí)，硅光芯片憑借低成本、高性能的優(yōu)勢(shì)亦有望成為更優(yōu)解決方案。CPO、LPO、硅光、相干以及薄膜鈮酸鋰等技術(shù)值得關(guān)注，將有力推動(dòng)光芯片技術(shù)升級(jí)和更新?lián)Q代。

其中CPO方案是通過(guò)在交換機(jī)光電共封裝起到降低成本、降低功耗的目的。CPO是長(zhǎng)期來(lái)看在實(shí)現(xiàn)高集成度、低功耗、低成本以及未來(lái)超高速率模塊應(yīng)用方面是綜合最優(yōu)的封裝方案。

（2）CPO的發(fā)展需要產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同推進(jìn)，考驗(yàn)光模塊/光引擎廠商的長(zhǎng)期綜合實(shí)力

CPO的技術(shù)路線在逐步推進(jìn)的過(guò)程中本質(zhì)上也是對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)化，需要數(shù)據(jù)中心整體產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同推進(jìn)。其中涉及到的環(huán)節(jié)在現(xiàn)有光模塊產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)上預(yù)計(jì)還需要得到交換芯片及設(shè)備廠商，以及各元器件廠商的合作。因此CPO的進(jìn)度本質(zhì)上是對(duì)光模塊/光引擎廠商綜合實(shí)力的長(zhǎng)期考驗(yàn)，包括在光模塊零部件、封裝等方面的技術(shù)積累與研發(fā)實(shí)力，以及下游客戶的關(guān)系。

2.市場(chǎng)前景

（1）AI對(duì)算力需求指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)CPO配套硅光有望快速放量

在算力的成倍甚至是指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)下，CPO、硅光技術(shù)或?qū)⒊蔀楦咚懔?chǎng)景下“降本增效”的解決方案。目前海外包括Nvidia、Cisco、Intel、Broadcom等都在儲(chǔ)備或采購(gòu)相關(guān)設(shè)備，已部分應(yīng)用于超算等市場(chǎng)，未來(lái)FANG等大廠加速切換至AI投入，相關(guān)解決方案滲透率可能大幅上行。

大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、AI等應(yīng)用需求的發(fā)展，驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)帶寬容量與高速數(shù)據(jù)傳輸速率的需求明顯增加。CPO是實(shí)現(xiàn)高速率、大帶寬、低功耗網(wǎng)絡(luò)的必經(jīng)之路。ChatGPT的走紅，讓各廠商加速對(duì)AI領(lǐng)域的投入，對(duì)功耗和成本的要求也來(lái)得更快，CPO配套硅光有望在未來(lái)2-3年快速放量。

（2）高速率CPO滲透率預(yù)計(jì)從24年開(kāi)始顯著提升，高速率光模塊需求海外先行

根據(jù)Light Counting數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，800G/1.6T光模塊與AOC加上CPO出貨將從2022年不到百萬(wàn)件增長(zhǎng)至2027年超過(guò)1500萬(wàn)件，其中CPO滲透率將從24年開(kāi)始快速提升。2023年4月5日全球光互連論壇OIF發(fā)布業(yè)界首個(gè)3.2T共封裝模塊實(shí)施協(xié)議，可見(jiàn)目前海外市場(chǎng)，尤其是高速率板塊對(duì)CPO需求更為迫切，國(guó)內(nèi)上量節(jié)奏緊隨其后。

3.CPO競(jìng)爭(zhēng)格局

光模塊龍頭及光芯片技術(shù)領(lǐng)先的供應(yīng)商直接受益于市場(chǎng)增量，對(duì)于產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)更具話語(yǔ)權(quán)。

目前，華工科技、源杰科技等多家廠商布局CPO領(lǐng)域。其中，華工科技“光聯(lián)接+無(wú)線聯(lián)接”的解決方案市占率行業(yè)領(lǐng)先，100G/200G/400G全系列光模塊批量交付，CPO技術(shù)的各種類(lèi)型800G系列產(chǎn)品已經(jīng)給北美頭部廠家送樣測(cè)試。源杰科技是國(guó)內(nèi)高速率光芯片龍頭，公司CW大功率光源可以用于CPO領(lǐng)域，已向多家客戶送樣測(cè)試。銘普光磁的光模塊產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于數(shù)通領(lǐng)域，400G系列產(chǎn)品已生產(chǎn)交付，800G光模塊預(yù)研中，其中CPO相關(guān)技術(shù)是公司未來(lái)研發(fā)的重要方向之一。中際旭創(chuàng)、仕佳光子、聯(lián)特科技等廠商在CPO領(lǐng)域亦有所布局。

05

CPO市場(chǎng)空間

1.HPC和AI給CPO帶來(lái)新機(jī)會(huì)

在最新的OCP峰會(huì)上，英偉達(dá)的Craig Thompson提出AI所需的網(wǎng)絡(luò)連接帶寬將增加32倍，當(dāng)前光模塊速率已無(wú)法滿足這一帶寬提升需求。繼續(xù)使用光模塊會(huì)帶來(lái)翻倍的成本和20-25%的額外功耗。為此需要新的激光器和調(diào)制器設(shè)計(jì)，并且CPO方案可能將功耗降低50%。

內(nèi)存訪問(wèn)是AI和HPC的另一個(gè)瓶頸。分布式存儲(chǔ)有望解決這個(gè)問(wèn)題，但挑戰(zhàn)在于所需的連接容量與目前相比增加100倍，且更加高效。CPO被認(rèn)為是提供如此龐大、高效的連接的關(guān)鍵途徑。預(yù)計(jì)CPO端口數(shù)量將從2023年的5萬(wàn)逐步增長(zhǎng)到2027年的450萬(wàn)個(gè)。同年，AOC和高速電纜的銷(xiāo)量將分別達(dá)到1000萬(wàn)和2000萬(wàn)根，其中不包括工業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用的線纜。

2.2027年整體市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)54億美元

數(shù)據(jù)中心中人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)流量為CPO主要驅(qū)動(dòng)力，2027年整體市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)54億美元。根據(jù)CIR的市場(chǎng)報(bào)告，在CPO發(fā)展之初的2023年超大型數(shù)據(jù)中心CPO設(shè)備收入將占CPO市場(chǎng)總收入80%，因此CPO的部署將在很大程度，上受到數(shù)據(jù)中心交換速率的推動(dòng)。CIR認(rèn)為交換速率將在2025年達(dá)到102.4Tbps時(shí)代，屆時(shí)可插拔收發(fā)器將被逐漸淘汰。除近期ChatGPT掀起的人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)熱潮驅(qū)動(dòng)外，同樣具有低延遲、高數(shù)據(jù)速率需求的VR和AR，未來(lái)也有助于激發(fā)CPO需求，預(yù)計(jì)2027年CPO整體市場(chǎng)收入將達(dá)到54億美元，而其上游CPO光學(xué)組件銷(xiāo)售收入有望在2025年超過(guò)13億美元，到2028年進(jìn)一步增長(zhǎng)至27億美元。

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CPO相關(guān)公司

在人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等大算力應(yīng)用場(chǎng)景快速發(fā)展的背景下，CPO作為業(yè)界公認(rèn)的未來(lái)高速率產(chǎn)品形態(tài)，開(kāi)啟了光通信新的技術(shù)演進(jìn)路線。與CPO緊密相關(guān)的公司包括：1)探索硅光技術(shù)的國(guó)產(chǎn)光芯片IDM廠商:長(zhǎng)光華芯、源杰科技、仕佳光子等;2)硅光芯片集成高速光引擎、硅光器件等項(xiàng)目在研廠商:天孚通信等;3)硅光領(lǐng)域布局的光模塊廠商:中際旭創(chuàng)、新易盛、光迅科技、博創(chuàng)科技、亨通光電等。

1.長(zhǎng)光華芯

公司最早于2010年開(kāi)始布局光通信激光芯片，建立的磷化銦材料平臺(tái)初期具備2.5GFP量產(chǎn)能力。2020年，公司開(kāi)始研發(fā)10GAPD和L波段高功率EML芯片，兩款產(chǎn)品均于2022年初通過(guò)大廠認(rèn)證，已批量出貨，形成了發(fā)射端和接收端產(chǎn)品線的覆蓋。本次56GPAM4EML芯片的發(fā)布，意味著長(zhǎng)光華芯已全面實(shí)現(xiàn)在光通信領(lǐng)域的橫向拓展。未來(lái)公司會(huì)結(jié)合下游AI算力需求，助力國(guó)產(chǎn)光芯片從1向N突破。

2.源杰科技

公司的10G1577nmEML激光器可用于10GPONOLT光模塊中，今年有望快速放量，營(yíng)收收入貢獻(xiàn)可能將大幅提升。100GPAM4EML激光器主要用于400G和800G光模塊中，是目前數(shù)據(jù)中心及智算中心中速率最高的光模塊之一。隨著AI的快速發(fā)展，及800G光模塊量產(chǎn)窗口的到來(lái)，該產(chǎn)品有望充分受益。目前EML激光器芯片市場(chǎng)上的主要供應(yīng)商為海外廠商，公司作為國(guó)內(nèi)光芯片行業(yè)的龍頭廠商，有望充分受益于國(guó)產(chǎn)替代化的進(jìn)程。

3.仕佳光子

公司由單一的PLC分路器芯片拓展至系列無(wú)源芯片、有源芯片，由晶圓制造和芯片加工進(jìn)一步拓展至封裝測(cè)試環(huán)節(jié)。無(wú)源芯片及器件方面，應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心用O波段、4通道CWDMAWG和LANWDMAWG復(fù)用器及解復(fù)用器組件實(shí)現(xiàn)大批量銷(xiāo)售，在國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)中心100G/200G光模塊中廣泛應(yīng)用。有源芯片及器件方面，目前在10GPON用激光器芯片、硅光用大功率激光器芯片、激光雷達(dá)用激光芯片器件、半導(dǎo)體光放大器等方面取得突破。未來(lái)公司依托自身先進(jìn)的無(wú)源及有源晶圓級(jí)工藝平臺(tái)，利用IDM優(yōu)勢(shì)，無(wú)源平臺(tái)逐步向超高折射率工藝過(guò)渡，提高芯片集成度。隨著新應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，公司產(chǎn)品性能持續(xù)優(yōu)化，核心技術(shù)能力有望得到增強(qiáng)。

4.天孚通信

公司持續(xù)深耕光模塊所用光器件產(chǎn)品，目前已量產(chǎn)800G光器件，CPO用激光芯片集成高速光引擎也已小批量交付，未來(lái)有望充分受益于AI引領(lǐng)的產(chǎn)業(yè)浪潮。公司積極推進(jìn)海外產(chǎn)能布局，提速全球業(yè)務(wù)發(fā)展。2022年設(shè)立泰國(guó)子公司，為客戶提供全球多基地的產(chǎn)能選擇。根據(jù)公司公告，當(dāng)前正加速泰國(guó)工廠的建設(shè)，預(yù)計(jì)今年會(huì)投入運(yùn)營(yíng)。同時(shí)聚焦整合美國(guó)、日本和國(guó)內(nèi)的供應(yīng)鏈資源，逐步形成立體化分工協(xié)作的全球供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)。

5.中際旭創(chuàng)

公司作為全球光模塊龍頭廠商，高速光模塊海外業(yè)務(wù)持續(xù)向好，800G光模塊當(dāng)前迎來(lái)需求共振，一方面2023年數(shù)通光模塊行業(yè)迎來(lái)新一輪技術(shù)迭代周期，云計(jì)算需求推動(dòng)800G光模塊放量，同時(shí)，AI需求增長(zhǎng)將進(jìn)一步拉動(dòng)800G光模塊需求。公司是全球最早發(fā)布、送測(cè)和認(rèn)證通過(guò)800G光模塊產(chǎn)品的供應(yīng)商，深度綁定下游大客戶先發(fā)優(yōu)勢(shì)顯著，800G產(chǎn)品有望構(gòu)筑公司未來(lái)幾年的核心增長(zhǎng)動(dòng)力。根據(jù)公司公告，2022年800G產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)批量出貨，且23Q1出貨量較22Q4有進(jìn)一步增長(zhǎng)。此外，公司800G硅光模塊也已送樣，當(dāng)前處于客戶測(cè)試階段。

6.新易盛

公司產(chǎn)品矩陣豐富，已深度布局傳統(tǒng)EML方案、硅光方案、LPO方案和低功耗的薄膜鈮酸鋰方案800G光模塊。當(dāng)前產(chǎn)能儲(chǔ)備充分，靜待突破下游客戶實(shí)現(xiàn)放量。

7.光迅科技

當(dāng)前公司數(shù)通光模塊產(chǎn)品矩陣豐富，除了中低速產(chǎn)品外，還包含200G、400G、800G等高速光模塊產(chǎn)品。根據(jù)公司公告，公司400G光模塊已經(jīng)批量供應(yīng)，800G光模塊也已經(jīng)送樣，CPO相關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)品也處于研發(fā)中。當(dāng)前AI火熱持續(xù)推高國(guó)內(nèi)外光通信基礎(chǔ)設(shè)施需求，公司數(shù)通業(yè)務(wù)成長(zhǎng)動(dòng)力十足。

8.博創(chuàng)科技

博創(chuàng)科技股份有限公司簡(jiǎn)稱成立于2003年，于2016年10月深交所上市。公司是國(guó)內(nèi)光電子行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)，堅(jiān)持走光電結(jié)合和器件模塊化、集成化、小型化道路，致力于平面波導(dǎo)集成光學(xué)技術(shù)和成技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，專(zhuān)注于高端光無(wú)源器件和有源器件的開(kāi)發(fā)，主要產(chǎn)品面向電信和數(shù)據(jù)通信市場(chǎng)。

隨著近日AIGC不斷催化，算力需求暴增，硅光及CPO成為未來(lái)光通信發(fā)展方向。公司目前基于硅光子技術(shù)平臺(tái)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)重心放在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部互聯(lián)和無(wú)線前傳領(lǐng)域，其中無(wú)線前傳25G硅光模塊、數(shù)通400G-DR4硅光模塊已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，800G硅光模塊正在開(kāi)發(fā)。在近期北美OFC展與鐳芯光電合作發(fā)布應(yīng)用于CPO的ELSFP模塊，目前已送樣測(cè)試，并預(yù)計(jì)在年內(nèi)量產(chǎn)。

9.聯(lián)特科技

公司擁有光芯片集成、光器件及光模塊的設(shè)計(jì)成生產(chǎn)能力，可批量交付10G到800G全系列光模塊，是NOKIA、Arista等廠商的主要供應(yīng)商之一。公司在波分復(fù)用細(xì)分領(lǐng)域具備一定的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，是較早實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的廠商之一。2018-2020年公司在本土波分復(fù)用光模塊廠商中排名第二，份額近3%。公司依靠高速鏈路建模、數(shù)?；旌想娐吩O(shè)計(jì)、低功耗設(shè)計(jì)等技術(shù)可大幅提高光模塊的光電性能并降低功耗，在5G和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中具備優(yōu)勢(shì)。

10.德科立

公司是光通信行業(yè)中為數(shù)不多的同時(shí)具備產(chǎn)業(yè)鏈橫向和縱向綜合整合能力的高新技術(shù)企業(yè)。公司的100G-400G中長(zhǎng)距離（10km、40km、80km）光收發(fā)模塊產(chǎn)品在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先水平，與龍頭企業(yè)性能相當(dāng)，屬于“高端產(chǎn)品”。

公司主要產(chǎn)品形成“高速率、長(zhǎng)距離、模塊化”的技術(shù)特點(diǎn)。核心技術(shù)高速光學(xué)器件封裝技術(shù)目前已可滿足100G、200G及400G產(chǎn)品的應(yīng)用要求，未來(lái)具備向800G及更高速率迭代的潛力。目前公司在研項(xiàng)目包括400G長(zhǎng)距離相干光收發(fā)模塊、400G速率中短距光收發(fā)模塊、10G80km以上光收發(fā)模塊、100G速率中距光收發(fā)模塊、100G速率長(zhǎng)距光收發(fā)模塊、5G前傳25G光收發(fā)模塊、5G中傳50G雙纖和單纖等系列光收發(fā)模塊、CFP2等可插拔光放大器等。并已在2023年OFC展會(huì)上已展出800G短距離光模塊產(chǎn)品和技術(shù)指標(biāo)。優(yōu)秀的研發(fā)實(shí)力和充足的在研項(xiàng)目將為公司未來(lái)進(jìn)一步發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

11.長(zhǎng)電科技

公司XDFOIChiplet工藝已在23年1月5日穩(wěn)定量產(chǎn)，同步實(shí)現(xiàn)國(guó)際客戶4nm節(jié)點(diǎn)多芯片系統(tǒng)集成封裝產(chǎn)品出貨。公司在Chiplet領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力，超大尺寸高密度扇出型倒裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)界領(lǐng)先的多元異構(gòu)芯片倒裝的102mm×102mm超高密度封裝集成。

12.亨通光電

隨著光纜集采價(jià)格回暖，行業(yè)供需格局逐步改善；23年三大運(yùn)營(yíng)商預(yù)計(jì)資本開(kāi)支3591億，較去年實(shí)際投資額增加72億。5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，千兆光纖網(wǎng)絡(luò)加快發(fā)展，海外市場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)加快，刺激光纖光纜需求。目前公司400G光模塊已在國(guó)內(nèi)外獲得小批量應(yīng)用，800G光模塊已在領(lǐng)先交換機(jī)設(shè)備廠商通過(guò)測(cè)試。