继CoWoS之后,COUPE成为AI芯片的下一个关键字

自英伟达提出以“五层蛋糕”描述AI产业生态——从电力、数据中心、芯片、模型到应用层层堆叠，5月14日，台积电在2026年技术论坛上又抛出“三层蛋糕”理论，台积电副共同营运长张晓强表示，AI芯片本身还可再细分成“三层核心蛋糕”：

底层（Compute）：主要指逻辑运算层，如2nm、3nm先进制程下的GPU、ASIC、CPU等；

中层（System Integration）：主要指3D IC/异质整合，如CoWoS、SoIC等先进封装技术；

顶层（Optical Interconnect）：主要指光互连，即COUPE硅光子技术，台积电明确表示，光互连是未来最重要的技术，并预告COUPE将成为继CoWoS之后，下一个主导AI产业的半导体关键字。

图片说明：台积电技术论坛张晓强演讲重点，数据来源于《工商时报》

2021年6月的IEEE第71届电子元件与技术会议上，台积电首次展示了COUPE（Compact Universal Photonic Engine），一款由英伟达与台积电联合研发的“紧凑型通用光子引擎”技术，彼时台积电认为，COUPE这种新型封装技术，相比于基于微凸块封装工艺（uBump）下的引线键合方案（Wire Bonding）和硅通孔方案（TSV），COUPE方案的能耗降低了40%， 信号传输速率提高了70%。

图片说明：COUPE封装方案首次亮相时的性能展示，数据来源于台积电

COUPE诞生于2021年，彼时ChatGPT尚未引发AI革命，如今历经5年时间的研发，COUPE成为了解决CPO方案而量身定制的先进封装工艺。

图片说明：CPO交换机中的COUPE，数据来源于英伟达

具体来说，硅光子技术始终面临的一个巨大挑战，是如何将电芯片（EIC）和光芯片（PIC）高效、紧密地结合在一起。

电芯片EIC负责电信号的处理、放大和控制（如DSP、Driver、TIA等），电芯片需要处理海量数据和极低的功耗，因此一般采用先进制程（如5nm或更小），制程越先进，电芯片EIC的功耗越低、速度越快。

光芯片PIC负责光信号的产生、调制、传输和探测（如光调制器、光电探测器、光波导、波分复用/解复用器等），光的物理波长（通常为1310nm或1550nm）是固定的，如果光芯片也采用先进制，则会发生严重的漏光问题，因此光芯片PIC通常采用较成熟的制程工艺，比如一般来说65nm就已经足够了。

由于EIC和PIC的制程通常不一致，因此很难制作在同一块晶圆上，但同时EIC和PIC又必须“紧密结合”在一起，因为EIC和PIC之间的高速电信号传输极易受到干扰，距离越远、信号衰减就越大，进而就需要更高的功耗去弥补。

在800G和1.6T光模块中，EIC和PIC的主流封装方案，通常采用Flip Chip（3D倒装）与uBump（微凸块）封装工艺，PIC表面和EIC表面都预先做好了极其微小的金属凸块（通常是铜柱加上一点焊锡），将EIC直接倒装贴在PIC上，通过回流焊让两者的微凸块（很小的焊锡球）熔接在一起。

图片说明：光模块中EIC和PIC的封装工艺（连接EIC和PIC的灰色柱子，即微凸块），数据来源于Journal of Lightwave Technology

然而，微凸块再小，也有物理极限（典型高度在20-100μm之间，直径在20-125μm不等），当3.2T或更高速率的信经过焊锡球时，会向外辐射能量（变成电磁波漏走），进而会产生比较严重的寄生电容问题，数字信号容易变得微弱且失真。

当寄生电容问题出现，EIC里的驱动器（Driver）就必须拼命加大马力，用更高的电压和电流去推这个信号，进而抬升系统功耗。

COUPE工艺的核心便在于：EIC和PIC连接点不再是微凸块（焊锡球），而是通过打磨得极其平滑的铜触点（无微凸块的铜对铜混合键合工艺），在原子级别直接吸附在一起，原本几十微米的传输距离，缩短到了个位数微米，寄生电容问题基本消失。

这便是本文开头部分，对台积电2021年首次展示COUPE方案时，表达的能耗降低40%，信号传输速率提高70%的解释。

图片说明：COUPE中EIC和PIC的封装工艺（无微凸块的铜对铜混合键合工艺），数据来源于台积电

目前台积电已经宣布，全球首款采用COUPE工艺的200Gbps微环调制器已于2026年开始量产，未来台积电通过COUPE工艺做好光引擎，再把光引擎通过CoWoS工艺和ASIC芯片封装在同一基板上形成CPO，自然也是水到渠成。

图片说明：为了实现更高的带宽和更低的功耗，光互联的技术路线不停地在变化，数据来源于日月光半导体

估值之家特别提醒投资者要注意的是：过去几年光通信的蛋糕主要被中国大陆企业瓜分，不排除台积电是酸葡萄心理，因为嫉妒而吹牛的可能性。

同时估值之家也提醒投资者，如果台积电没有瞎吹牛，则意味着光通信的蛋糕未来会不可逆地向英伟达和台积电转移（见下图）。

图片说明：CPO产业链上下游中的参与者，数据来源于SEMI VISION

然而，无论台积电有没有吹牛，有一点是确定性极强的：无论CoWoS还是COUPE，本质都是先进封装工艺，因此先进封装的重要性，未来怎么强调都不为过。

最后，先进封装正好是中国的强项领域，国内已经诞生了一批在国际上具备极强竞争力的先进封装企业，包括但不限于长电科技、通富微电、盛合晶微等等。