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光互连/Optical Interconnection
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近期很火的光互连，并非突然走红的概念，而是AI算力爆发与通信技术演进共同催生的 “刚需型革新”。从英伟达大力推进的CPO共封装光学，到中科院突破的140℃耐高温光频梳光源，再到Google TPU集群的低延迟光连接方案，这项以 “高速 + 低损耗” 为核心价值的技术，正悄然掀起一场 “铜退光进” 的传输革命，成为数据中心、超算集群的关键支撑。
01
再掀 “铜退光进” 浪潮：
从宽带到算力的跨越
第一次跨越：破解宽带时代瓶颈
21 世纪初，互联网用户对高清视频、大型文件下载等应用的需求激增，传统 “窄带 + 铜缆” 模式的短板逐渐显现。铜缆的物理特性导致信号衰减随距离加剧，带宽难以提升，无法满足用户需求。
“光进铜退” 策略应运而生，用光纤替代部分铜缆。光纤凭借极低信号衰减、强抗干扰性的优势，解决了铜缆传输距离受限的问题，让用户接入带宽从ADSL时代的几 Mbps跃升至数十Mbps，推动通信网络从窄带迈入宽带，为互联网应用爆发式增长奠定基础。
第二次跨越：适配算力密集型需求
如今，人工智能技术推动数据中心进入 “算力密集” 时代，AI集群中GPU数量大幅增加，GPU之间需要跨机柜、跨数据中心进行高速互联，链路距离往往是数米到几十米。但当单通道速率升级到224 Gbps，传统铜缆的物理极限彻底暴露：高频损耗急剧上升，链路距离被压缩到1–2米；需要重度均衡与加速器补偿，功耗和发热量暴涨；线缆越来越粗、越来越重，机柜布线几乎无法扩展。在800G/1.6T互联时代，铜已经无法支撑 AI集群海量、实时的数据交换。第二次 “铜退光进” 成为必然，且变革场景从 “用户接入端” 转向 “数据中心内部”。
02
数据中心光互连的
两大核心层级
图 | 智算中心集群光互连架构
数据中心光互连技术按连接层级，分为设备级光互连和芯片级光互连，分别解决不同层级的信号传输需求，共同构筑高速传输底座。
设备级光互连：设备间的 “高速通道”
设备级光互连聚焦服务器、交换机、存储设备等硬件之间的连接，覆盖距离从几米到数百米，满足机柜内、机柜间的传输需求，是数据中心内部的 “设备间通道”。其落地主要依靠两大关键技术协同支撑：
光交换技术：
信号的 “智能指挥官”
光交换技术的核心原理是在光域内直接完成光信号的路由、调度与交换，无需经过电-光-电的反复转换。这一特性大幅降低信号损耗，提升传输速率与带宽，就像 “交通指挥官” 一样，引导光信号在不同设备间精准传输，保障链路通畅。
可插拔光模块技术：
灵活的 “接口桥梁”
可插拔光模块技术的本质是将光信号转换功能从设备中 “解耦”，解决了传统集成式光模块 “部署僵化、维护复杂、成本高昂” 的痛点。作为设备与光纤链路的 “接口桥梁”，它实现电信号与光信号的相互转换，支持热插拔，提供高速率、千卡及以上规模、公里级别长距离连接。
随着 800G/1.6T 等超高速需求的爆发，LPO（Linear-drive Pluggable Optics,线性驱动可插拔光模块）正成为可插拔光模块的主流方向。通过优化光模块内部关键器件（尤其是光调制器）的设计，使光信号在宽频率范围内保持线性相位响应，推动光互连向 “更高性能、更低成本、更灵活部署” 演进。
芯片级光互连：芯片间的 “底层链路”
芯片级光互连直接作用于芯片与芯片（如CPU与GPU、芯片组内部）之间，追求更小体积、更低功耗，需集成光子器件，主要解决芯片间高速数据交互的带宽瓶颈，是更底层的 “芯片间链路”。
根据光引擎与计算芯片（xPU）的集成距离、封装紧密程度，芯片级光互连可分为NPO(Near packaged optics,近封装光学)、CPO(Co-packaged optics,共封装光学)、OIO（Optical I/O，光互连输入/输出）三类技术，构成从过渡到终极形态的完整演进路径：
NPO
图片来源：《面向大规模智算集群场景光互连技术白皮书（2025年）》
技术类型 | NPO 近封装光学 |
核心技术特征 | 1. 光引擎与xPU物理分离 2. 避免高温影响，散热简单 3. 支持单独更换，维护灵活 |
封装紧密程度 | 最低（相邻布局）： 共基板但分独立封装 |
典型应用场景 | 1. 大型数据中心骨干网 2. AI 集群 L1/L2 层交换机 3. 国内 GPU 厂家适配方案 |
CPO
图片来源：《面向大规模智算集群场景光互连技术白皮书（2025年）》
技术类型 | CPO 共封装光学 |
核心技术特征 | 1. 功耗降 50%+ 2. 带宽密度高，省面板空间 3. 2.5D/3D封装集成 |
封装紧密程度 | 中等（共封装）： 同一封装体，异构集成 |
典型应用场景 | 1.智算中心 2. 高性能计算（HPC） 3. 大型 AI 训练集群 |
OIO
图片来源：《面向大规模智算集群场景光互连技术白皮书（2025年）》
技术类型 | OIO 光互连输入/输出 |
核心技术特征 | 1. 带宽密度 1Tbps/mm²（3D 封装） 2. 延迟纳秒级 3. 光电单片集成 |
封装紧密程度 | 最高（芯片融合）： 光引擎芯粒化，OEIC 结构 |
典型应用场景 | 1. 未来 100Tbps + 交换芯片 2. 超大规模 AI GPU集群 3. 高端算力密集场景（待落地） |
图 | 数据中心光互连技术类型
03
NOEIC赋能光互连产业化
在光互连技术向高速率、低时延、广覆盖方向加速演进的浪潮中，国家信息光电子创新中心（NOEIC）凭借深厚技术积淀、持续创新实力与全链条服务生态，为光互连技术的研发突破、多元场景适配与规模化产业化落地提供了强有力核心支撑。
光互连的终极目标，是实现 “从芯片内到系统间” 的全域光传输，打破传统电互连的性能瓶颈。而硅光技术凭借高集成度、低功耗、与CMOS工艺兼容的独特优势，成为达成这一目标的 “唯一可行路径”。立足光互连系统的核心诉求，NOEIC精准锚定数据中心、人工智能算力集群、超算中心等关键场景的差异化应用需求，构建了覆盖 “设计–流片-测试-封装-集成” 的全链路服务体系，为客户提供端到端一体化解决方案。
作为行业创新标杆，NOEIC搭建并运营了国内首套12寸全国产化硅光流片服务平台，具备四大核心优势：
●全流程: PDK、TDK、ADK，硅光制造全流程标准化
●高精度: 最小加工尺寸仅40nm，保障低损耗、高良率
●高效率: 流片时间最低仅3个月，开发周期压缩一半
●多功能: 支撑光互连、光交换、光量子、光计算等硅光芯片研制
除此之外，NOEIC还构建了完整可靠的“光子for AI”技术支撑体系：拥有晶圆级和芯片级自动化硅光子测试方案，掌握混合集成自动化精密光耦合、3D打印光子链接、高精密贴片键合等特色封装技术，具备从光到电、从芯片、器件到系统的全层级测试验证与精准测量分析能力；形成 “设计有保障、流片有平台、测试有方案、封装有特色” 的信息光电子产品研发全链条服务体系，为AI时代全光互连的实现注入硬核动力。
