夜雨聆风
CPO（光电共封装）已经大热，《中国电子报》2024年刊载的文章AI带火CPO，硅光通信是实火虚火？中预测:CPO出货量预计将从 800G和1.6T端口开始，于2024年至2025年开始商用，2026年至2027年开始规模上量，2027年占比达到30% 。那么时至今日，您如何预测明年CPO销售规模？NPO作为可插拔与CPO之间的过渡方案，今明两年又将如何上量？看完这篇文章，或许会有一些答案。
智能体、大模型等AI范式的部署，导致数据中心流量需求爆发。随之指数级增长的，是GPU之间、计算集群之间的通信量。在这一趋势下，数据“搬不动”成为数据中心的核心瓶颈。以GPU之间的通信为例，如果互联带宽不足，就会导致GPU大部分时间不是在做计算，而是在“等数据”，造成算力与能源的浪费。
而光互联技术，成为突破算力集群带宽瓶颈的关键。但在“光进铜退”的过程中，可插拔光模块传输损耗大、功耗高的特性，加剧了数据中心的能耗压力。因此，业界将视线转向了CPO（光电共封装）。在5月28—29日举行的“未来半导体生态大会·半导体封装测试暨玻璃基板生态展”上，记者看到了CPO的应用潜质。
光电集成三步走，CPO有望成为AI数据中心核心互联方案
光互联技术的演进，是光芯片（光引擎）与电芯片的渐行渐近。
广州增芯科技商务中心副总裁严然表示，光电集成的技术演进分为三个阶段。
一是可插拔光模块，作为独立组件插在交换机端口，其瓶颈在于长距传输导致的高损耗和高功耗，以及较大的占用空间对端口密度的限制。
二是作为过渡方案的近封装光学（NPO），也就是将光引擎通过Socket紧密安装在主板上，缩短与ASIC芯片的物理距离，能够满足从800G到1.6T的传输速率需求。
三是被视为下一代主流技术的光电协同封装(CPO)，将光引擎与计算芯片直接集成在同一封装基板上，从而大幅提升物理集成度。其优势在于将电信号传输压缩至毫米级，在提升信号完整性的同时降低功耗。
“虽然可插拔方案部署灵活，但是它的功耗率非常高，实现1.6T传输速率的功耗在30瓦左右。面向AI Agent带来的传输速率及算法要求，可插拔方案所需的能源简直是天文数字，这就是为什么服务器端对CPO的要求这么迫切。”严然表示。
在接受《中国电子报》记者采访时，严然指出，NPO作为可插拔与CPO之间的过渡方案，即将迎来市场峰值，但要进一步提升传输速率并降低功耗，还是需要全面转向CPO。
“NPO在今明两年就会有爆发性的增量，并逐步取代可插拔光模块，因为NPO能够将功耗从可插拔方案的30瓦降到9瓦左右的数量级，是值得去做的一个方向。继续追求功率优化的话，就一定要变成CPO形式，使光与电之间没有任何距离，从而将功耗降至2瓦以下。这三种方案都可以做到1.6T的基本速率，再向上突破的话，还是要通过CPO。”严然说道。
湖北江城实验室CPO技术预研负责人刘卓雄也表示，当前数据中心面临“双重危机”。一方面是AI大模型导致数据中心的流量呈指数级增长，交换机带宽从51.2T逐渐向102.4T、204.8T演进，目前传输速率开始向224Gbps演进；另一方面是传统互联逼近能力上限，比如可插拔光模块架构中,交换芯片到面板的长距离互联会带来巨大的损耗和功耗，使得互联环节在数据中心整体的功耗占比大幅攀升。
而CPO为破解数据中心的速率和能耗瓶颈提供了解法。
“为了解决互联功耗问题，光模块经历了从可插拔光模块再到NPO、CPO的演进。CPO的核心特征是将光引擎和ASIC共封装在同一个基板上，使它的电互联链路急剧缩短，功耗较可插拔光模块显著降低。功耗降低与能耗比提升，是CPO在数据中心规模化部署的核心驱动力。”刘卓雄表示。
玻璃基板、Micro-LED，CPO与“下一代技术”持续融合
CPO作为前沿技术，在基板、光源的选择上，也充分融合了新的封装路线和显示技术。
凭借超高平整度、低介电常数、低热膨胀系数以及光学透明特性，玻璃基板成为光模块封装的理想载体。在半导体封装测试暨玻璃基板生态展现场，记者看到了图灵量子展示的GCS-HiCPO（玻璃基异质集成光电共封）解决方案。该方案依托自主开发的飞秒激光直写技术，制备出玻璃基的光波导和TGV中介层，并集成LNOI（铌酸锂薄膜）光子芯片制备技术，通过RDL重布线与混合键合实现大尺寸、高集成度的2.5D光电芯片融合封装。
图灵量子展示玻璃基异质集成光电共封方案
“我们要做百万级量子比特光量子计算机，就需要更大规模的光子光路，也就是更大的光芯片、更大规模的光互联。为此我们攻关了两项核心技术。一是基于薄膜铌酸锂的光子芯片集成，依托薄膜铌酸锂打造收发一体化集成芯片，这也契合光探测走向融合集成的趋势。二是基于玻璃基板的CPO，我们团队自研了玻璃TGV（玻璃通孔）成套工艺。硅基板受硅晶圆量产规格制约，难以满足大面积极致需求；而玻璃基材的大尺寸制备与量产能力已在显示产业落地验证，能够支撑更大尺寸的封装基板制造。”图灵量子光连接与处理事业部总监杨志伟向《中国电子报》记者表示。
在光源选择上，被视为“下一代显示技术”的Micro-LED，凭借高带宽、低功耗的优势，进入CPO供应商的视野。
OIP科技CEO靳永刚提到，从微软的分析测试报告来看，Micro-LED的功耗只有激光发射器的5%。但是Micro-LED有一个致命的问题——其单波道的传输速度远远低于激光发射器，不过这一点可以通过在单面积芯片上集成几百个Micro-LED的阵列来弥补。
严然向记者指出，相比AR眼镜等微显示场景，用于光模块的Micro-LED没有严苛的尺寸微缩要求，可以实现更高的良率。其技术难点在于CPO的工艺流程中，需要将LED与发射端、接收端以及数据算法整合在一块单面积芯片上。该步骤尚缺乏理想的技术方案，需要LED制造商与封装厂商共同研发适配。
