AI算力瓶颈催生CPO技术崛起,产业链公司迎来历史性机遇

在人工智能飞速发展的今天，大模型的训练和推理对算力的需求呈现爆发式增长。据Epoch AI估算，当前主流大模型训练所消耗的算力已达到10²⁵ FLOP量级，部分大模型如GPT-5训练消耗算力达6.6×10²⁵ FLOP，而Grok 4等更是达到10²⁶量级。这种算力需求的爆发式增长，直接推动了AI集群规模的急剧扩大，同时也带来了前所未有的网络互联挑战。

传统的可插拔光模块方案在面对超大规模AI集群时，面临着功耗过高、信号衰减严重、成本攀升等瓶颈。在一个包含百万张GPU的智算中心中，采用传统方案需要配置600万个光模块，光模块总功耗高达180MW。这一严峻现实催生了共封装光学技术（Co-Packaged Optics，简称CPO）的加速落地。

CPO技术将交换芯片与光引擎共同封装在同一基板上，大幅缩短电信号传输距离，从而实现功耗的显著降低和带宽密度的提升。 2025年，随着英伟达、博通等巨头相继推出CPO交换机产品，业界普遍认为2026年将成为CPO商业化落地的元年。

一、CPO核心优势：功耗、成本与信号质量的三重优化

1.1 功耗降低70%，能效提升3.5倍

CPO技术最核心的价值在于其卓越的功耗表现。根据英伟达在GTC 2025大会上公布的数据，采用CPO技术后，1.6T端口的功耗从传统可插拔光模块的30W降至9W，降幅高达70%。与传统网络相比，CPO的能效提高了3.5倍，网络弹性提高了10倍，部署时间加快了1.3倍。

博通在ECOC 2025会议上展示的数据同样印证了这一点。搭载120个光引擎的51.2T CPO交换芯片Tomahawk5-Bailly相较于采用48个传统光模块的方案，可以节约65%的功耗，相较于LPO光模块方案也可以节约35%的功耗。

在百万卡集群场景下，采用CPO方案后，光引擎部分的功耗可以从180MW降低至54MW，降幅达30%。节省下来的数据互联功耗足以给12.6万张B200芯片供电。

1.2 成本显著优化，网络总成本降低21%

从成本角度分析，根据Semianalysis测算，对于采用三层网络架构的GB300 NVL72机柜，采用CPO方案后，可以相比传统DSP光模块方案降低21%的网络成本，总成本可降低3%；而如果将网络压缩至两层CPO方案，则可以降低46%的网络成本，总成本可降低7%。

1.3 信号完整性提升63倍

在高速信号传输方面，CPO方案同样展现出显著优势。传统方案中，电信号在链路上的损耗高达22dB，需要复杂的数字信号处理（DSP）进行补偿。而CPO方案将电信号传输距离大幅缩短后，链路损耗降低至约4dB，信号完整性优化了18dB，提升幅度达63倍。

这一优势对于未来3.2T及以上速率时代尤为关键。传统可插拔光模块受物理极限制约，技术演进难以拓展到3.2T时代，而CPO则成为突破这一瓶颈的必然选择。

二、供给端加速成熟：巨头纷纷布局CPO产品线

2.1 英伟达：七年磨一剑，推出Quantum-X与Spectrum-X

英伟达在CPO领域的布局可追溯至2018年收购Mellanox布局InfiniBand技术，2021年与台积电联合研发COUPE光引擎技术，2023年完成Quantum X原型机验证。直到2025年3月GTC大会，英伟达才正式推出面向InfiniBand和以太网的两大CPO交换机产品线。

Quantum-X Photonics（InfiniBand网络CPO交换机）将于2025年下半年发布，配备144个XDR端口、144个MPO连接器、1152根单模光纤，总带宽达115.2T。每个Quantum-X交换机外置18个可插拔激光模组（ELS），每个模组内部含有8颗激光芯片，内部拥有4颗28.8T的ASIC交换芯片。

Spectrum-X Photonics（以太网CPO交换机）计划在2026年下半年面市，提供多种配置，包括128个800Gb/s端口或512个200Gb/s端口，总带宽达100Tb/s；512个800Gb/s端口或2048个200Gb/s端口，总吞吐量高达400T。

2.2 博通：产品迭代加速，102.4T CPO芯片即将量产

博通在CPO领域的布局更为激进，产品迭代速度令人瞩目。2022年推出基于Tomahawk4的25.6T CPO交换机Humboldt，2024年推出基于Tomahawk5的51.2T CPO交换机Bailly，2026年将推出基于Tomahawk6的102.4T CPO交换机Davisson。

Tomahawk6于2025年5月正式交付客户，可支持百万XPU的集群部署。Tomahawk6采用200G SerDes技术，每个光引擎带宽6.4Tbps，共16个光引擎，总带宽102.4Tbps。

2.3 台积电COUPE平台即将量产

台积电在CPO领域的核心贡献在于其COUPE（Compact Universal Photonic Engine）技术。该技术实现了光学引擎与计算芯片的近距集成，可将PIC（光子集成电路）与EIC（电子集成电路）进行异构集成。

2026年4月，台积电宣布COUPE平台将全面量产，被视为推动CPO从0到1落地的里程碑事件。台积电预计，晶圆测试、光纤阵列单元与高速光学封装组装三大环节的技术突破，将是决定CPO能否顺利规模化的关键。

此外，台积电还在研发面向XPU的CPO技术，未来有望使XPU与光引擎通过中阶层连接，进一步提升互联密度，降低延时与功耗。

三、产业链深度解析：核心环节与重点公司

3.1 激光器：外部光源的核心供应商

CPO光源通常采用CW（连续波）激光器，相比EML激光器更具合规性和性价比。CW光源无需包含调制器（调制器已集成在光引擎的PIC中），因此更具成本优势。

Lumentum是全球顶级CPO优化激光模块供应商之一，其发射器可产生1311纳米光束，并配备温度管理机制以优化网络性能。英伟达于2026年3月宣布向Lumentum投资20亿美元，包括数十亿美元的采购承诺和未来先进激光组件的产能使用权。

Coherent同样获得英伟达20亿美元投资，用于CPO系统优化的激光发射器研发。Coherent计划在2026年第四季度将磷化铟（InP）产能较2025年第四季度翻倍，2027年第四季度再翻倍。

Lumentum预计2025-2030年，其高功率激光器每年出货量CAGR将超过200%。

3.2 光引擎与FAU：精密制造的核心环节

光引擎是CPO交换机的核心组件，通常包括PIC（光子集成电路）、EIC（电子集成电路）、光纤阵列单元（FAU）等。

天孚通信在CPO光器件领域布局深厚，已成功完成1.6T光引擎规模量产和CPO配套光器件的研发。公司具备FAU光纤阵列设计与制造技术平台，是英伟达GTC 2025大会上展示的CPO合作伙伴之一。天孚通信预计2025年净利润18.81亿元至21.50亿元，同比增长40%至60%。

康宁宣布与博通合作，成为Bailly CPO系统的光学基础设施合格供应商。康宁提供的产品包括用于前面板和外部激光模块的连接器、单模和保偏光纤，以及高精度FAU。

3.3 MPO连接器：光纤密集系统的关键

英伟达Quantum-X800交换机配备了144个MPO-12连接器接口，内部拥有1152根单模光纤。MPO连接器在CPO系统中承担着将光纤连接到外部端口的关键功能。

太辰光是MPO连接器供应商，通过康宁间接供应终端客户。康宁的下游客户包括英伟达、Lumen、博通、微软等巨头。

3.4 薄膜铌酸锂：下一代调制器材料

未来随着单通道速率的提升，调制器有望转向薄膜铌酸锂（TFLN）方案。根据LightCounting测算，采用TFLN调制器的PIC销售额将从现在的几乎零增长到2029年的7.5亿美元。

薄膜铌酸锂调制器具有超高单通道速率、超低驱动功耗、超高线性度等优势，有望成为未来CPO规模部署的重要选择。光库科技在薄膜铌酸锂调制器领域布局积极，是实现下一代CPO高性能、低功耗光互连的核心关键器件供应商。

3.5 测试设备：CPO量产的守护者

CPO一旦光学引擎集成到交换机封装中，任何缺陷都可能导致整个组件报废，测试环节的重要性不言而喻。

罗博特科旗下ficonTEC在光电子及半导体测试设备领域布局深厚，在手订单约11.05亿元。公司已与某纳斯达克上市公司签署6亿元硅光设备量产订单。

联讯仪器在通信测试设备、光电子器件测试设备领域布局深厚，2025年1-9月前五大客户包括中际旭创、新易盛、Lumentum等龙头企业。

四、市场规模与投资机遇

4.1 市场规模预测

根据摩根士丹利预测，CPO市场收入将从2023年的800万美元快速增长至2030年的93亿美元，2023-2030年复合年增长率（CAGR）达172%，7年增长100倍。

根据TrendForce预测，随着硅光与CPO封装技术逐渐成熟，至2030年左右，硅光CPO于AI数据中心的渗透率有机会达到35%水平。

4.2 投资主线

主线一：CPO核心光器件厂商

包括激光器（ Lumentum、Coherent、源杰科技）、FAU（天孚通信、康宁）、MPO（太辰光）、微透镜（蓝特光学、水晶光电）等环节。

主线二：CPO制造端

包括晶圆代工（台积电）、封测（日月光、Amkor）、测试设备（罗博特科、Formfactor、Viavi、Keysight）等。

主线三：CPO解决方案

包括CPO交换芯片（英伟达、博通）、交换机整机（工业富联、天弘科技、智邦）等。

4.3 业绩兑现进行时

2025年以来，CPO产业链企业业绩开始集中兑现。中际旭创 2025年实现归母净利润107.97亿元，同比增长108.78%；天孚通信实现归母净利润20.17亿元，同比增长50.15%。

多家上市公司在年报中表示，业绩增长得益于CPO及相关订单大幅增加。天孚通信称，核心得益于CPO及光纤相关产品订单爆发，国内外头部客户需求旺盛。

五、技术路径演进：从MRM到薄膜铌酸锂

5.1 英伟达MRM方案：激进但低功耗

英伟达选择了更为激进的MRM（微环调制器）方案，相比博通采用的MZM（马赫-曾德尔调制器）方案，MRM具有驱动电压低、体积小（数十微米）、可实现更高密度的优势。

然而MRM方案的技术难度更高，波长控制需小于1nm，且对温度敏感性更高。

5.2 薄膜铌酸锂：未来主流方向

随着单通道速率向400G乃至更高演进，薄膜铌酸锂（TFLN）调制器凭借其超高带宽（>100GHz）、低驱动电压、良好信号完整性等优势，有望成为CPO规模部署的主流选择。

薄膜铌酸锂可将整体损耗降低5-10dB，具有宽光学带宽（可覆盖C波段甚至更宽）等优势。全球范围内，薄膜铌酸锂调制器市场预计将在2029年达到20.431亿美元，2023-2029年复合年均增长率达41%。

六、风险提示

尽管CPO产业发展前景广阔，但仍需关注以下风险因素：

1.CPO技术发展不及预期：CPO属于新兴技术，在技术路径、实际量产上存在一定不确定性，量产良率问题仍需关注。

2.AI模型迭代停滞：若AI模型迭代停滞，将对算力需求造成较大负面影响。

3.美国宏观经济承压：CPO主要客户为北美CSP，若美国宏观经济承压，可能导致企业CAPEX下降。

4.AI硬件发展及良率不及预期：当前AI硬件复杂度持续提升，可能导致产品量产延迟。

5.中美科技领域政策恶化：地缘政治风险和出口管制可能扰乱供应链。

七、CPO时代的大幕已经拉开

从2018年英伟达收购Mellanox开始布局CPO，到2021年与台积电联合研发COUPE技术，再到2025年正式推出CPO交换机产品，这条路英伟达走了整整7年。而今，随着英伟达、博通、台积电等巨头加速推进，以及Lumentum、Coherent、天孚通信等供应链企业的积极布局，CPO产业正在从概念走向兑现。

DeepSeek创始人梁文锋曾明确强调，CPO是下一代光互联的核心技术。在AI算力需求持续爆发、网络带宽不断升级的背景下，CPO凭借其低功耗、高密度、低成本的优势，正在成为数据中心网络架构升级的必然选择。

2026年，随着台积电COUPE平台全面量产和英伟达Quantum-X CPO交换机正式出货，CPO商业化落地的元年即将到来。在这一历史性机遇面前，提前深度布局CPO产业链的优质公司，有望充分受益于这场光通信革命带来的巨大红利。

参考资料来源：

1.国金证券研究报告《电子行业研究：大规模AI集群带动CPO加速，看好产业链公司》

2.英伟达官网及GTC 2025大会发布信息

3.博通官方披露及ECOC 2025会议资料

4.台积电2026年4月业绩说明会

5.Lumentum、Coherent财报及战略协议公告

6.TrendForce、CIR、LightCounting等市场研究机构报告

7.各上市公司年报及业绩预告

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