引言
随着大规模语言模型（LLM）和生成式AI的迅速扩张，全球数据中心的网络互联架构正面临前所未有的带宽与功耗压力。传统可插拔光模块在速率迈向3.2T时已接近物理与经济瓶颈，而CPO（Co-packaged Optics）技术凭借芯片与光学元件的深度集成，正成为新一代AI互联的关键突破口。
英伟达、Broadcom与台积电等产业巨头正引领这一技术革命：英伟达计划于2025年推出首款InfiniBand CPO交换机Quantum 3400 X800，并在Spectrum系列中全面部署以太网CPO产品。预计到2030年，CPO在AI数据中心交换机市场的渗透率将达到32%，成为重塑光通信价值链的核心力量。
本报告将围绕CPO技术的原理优势、全球产业链格局、市场规模预测及中国厂商的战略窗口，深入剖析这一“AI时代光速引擎”的崛起逻辑与未来路径。
以下是对报告内容的梳理总结——————————————
一、CPO技术崛起的时代背景
随着大型语言模型（LLM）训练规模持续扩大，数据中心对网络基础设施的性能、功耗与成本提出更高要求。传统可插拔光模块在速率提升至3.2T之后逐渐逼近性能瓶颈，促使以CPO（Co-packaged Optics）为代表的新一代光互连技术加速兴起。
CPO作为一种将光引擎与交换芯片（Switch ASIC）深度集成于单一封装内的先进技术，具备降低信号损耗、功耗和成本的潜力。根据Semi Vision消息，英伟达（NVIDIA）预计将在2025年GPU技术大会（GTC）发布首款CPO交换机Quantum 3400 X800，基于InfiniBand网络架构，并可能于2025年7月开始量产。此外，其以太网CPO交换机Spectrum 5 X800也计划于2025年12月投产。
市场层面，网络交换机作为数据中心投资的重要组成部分，其增长正受益于AI算力扩张。根据IDC数据，2023年全球交换机市场同比增长20.1%，突破400亿美元规模。其中，高速交换机（尤其是800G）出货量预计将持续强劲。LightCounting预测，CPO将在2025年以小批量的1.6T互连产品开始渗透，并于2028至2029年主导3.2T市场。
CPO技术在全球范围正逐步获得行业巨头支持。Broadcom于2023年推出51.2T以太网CPO产品Tomahawk 5 Bailly。2024年12月，台积电与Broadcom合作，成功试产关键CPO技术微环调制器（Micro Ring Modulator, MRM）。英伟达也将在2025年推出基于InfiniBand与以太网的双线CPO产品组合，逐步从Quantum系列向Spectrum系列扩展。
当前，CPO技术尚未在2025年实现大规模部署，主要受限于其高昂定价及部署复杂性。然而，从长远看，凭借其功耗与成本优势，CPO有望在AI数据中心网络中实现结构性替代，成为新一轮光互连变革的核心力量。
二、CPO技术原理与核心优势
2.1 CPO技术架构概述
Co-packaged Optics（CPO）是一种将光学元件与交换芯片（ASIC）在同一封装基板内集成的技术，旨在减少信号损耗、降低功耗并优化系统成本。传统的可插拔光模块在速率持续攀升至3.2T之后，逐渐面临带宽与功耗瓶颈，推动业界对CPO的广泛关注与研发。
CPO架构采用固定光引擎设计，避免了传统外置光纤连接带来的复杂性与延迟，有助于提升带宽密度与系统集成度。关键组成部分包括：光/电芯片（EIC+PIC）、光引擎、光纤阵列单元（FAU）、MPO连接器、Shuffle Box、交换芯片与封装基板等。
2.2 核心技术优势
根据产业研究与厂商披露，CPO技术主要具备以下五项核心优势：
- 成本优化
Broadcom指出，CPO相较于传统方案可实现高达40%的每比特成本下降，主要得益于更高功率效率与封装密度。 - 功耗显著降低
CPO方案采用直接驱动（Direct Drive）、无DSP光引擎（DSP-less Optical Engine）以及外部激光器配置。在800G场景下，传统模块功耗约13-15W，而CPO可降低至4.8W以下。 - 带宽提升与延迟降低
光信号在芯片内部直接完成转换，无需中转外部光纤连接，有助于实现更高传输速率与更低传输延迟，满足未来AI通信需求。 - 高集成度设计
光器件与电子芯片封装在同一模块内，提升系统整体集成度，简化互联设计，节省物理空间。 - 强扩展性与模块化
模块化架构支持灵活扩展，便于未来升级与维护，同时具备良好的兼容性与可持续性。
2.3 当前技术瓶颈与挑战
尽管CPO技术前景广阔，当前仍面临以下主要挑战：
- 封装复杂性：涉及TSV、TGV、高密度基板、多层芯片堆叠等先进封装工艺，对制造能力提出极高要求。
- 散热问题：CPO空间密集，光器件对温度极为敏感，热管理成为重大技术难题。
- 测试与良率：电光芯片高度集成，任一元件故障将导致整模块失效，测试复杂且良率偏低。
- 可靠性问题：高度集成带来更高失效率，Broadcom实验数据显示故障率可能为传统方案10倍。
- 维护成本高：CPO模块不可热插拔，组件损坏可能需更换整机，运维成本显著高于传统方案。
- 供应链复杂性：涉及硅光工艺、封装集成、光学器件等多个环节，生态磨合周期长。
- 标准化滞后：缺乏统一标准限制了多供应商协同，制约大规模商用推进。
虽然CPO方案具备结构性潜力，但目前在技术成熟度、可靠性与成本方面仍需进一步突破，预计未来2-3年将是关键的工程验证与生态建设窗口期。
三、产业链演进与全球布局格局
3.1 全球CPO产业链概览
CPO作为一种高度集成的光电封装产品，其商业化进程依赖于完整且协同密切的全球产业链配合。Broadcom披露，其每颗光引擎包含超过1,000个光学元件，CPO产品的成功交付需涵盖光学元件、交换芯片、光引擎封装、模块测试与整机集成等多个关键环节。当前全球CPO供应链主要由以下几类厂商组成：
- 芯片制造与封装：TSMC为英伟达与Broadcom的EIC（电子集成电路）和PIC（光集成电路）封装合作方；
- 光引擎及其封装：TFC、Senko、Corning等供应商参与FAU与光引擎制造，Fabrinet、ASE、Amkor等厂商负责封装组装；
- 关键光器件：T&S（300570.CH）提供Shuffle Box与MPO光纤连接器；
- 激光器与模块组装：Lumentum、AOI提供CW激光器芯片，ONET及Fabrinet等厂商参与ELS模块的组装。
3.2 Broadcom与英伟达：双核心生态推动者
Broadcom作为全球CPO技术的先行者，早在2022年便与腾讯联合发布Tomahawk 4“Humboldt”产品，实现半电半光的混合连接。2023年，其推出第二代Tomahawk 5“Bailly”，整合了八颗6.4T硅光光引擎与51.2T以太网交换芯片，整体功耗相比可插拔模块降低70%，硅面积效率提升8倍。Bailly的每颗光引擎集成近1,000个光学器件与数亿个晶体管，代表当前业界最先进的CPO集成方案之一。
英伟达则将在2025年GTC大会发布首款CPO产品Quantum 3400 X800（InfiniBand架构），并计划于下半年进入量产。其以太网CPO交换机Spectrum 5 X800预计于2025年12月量产，Spectrum 6则预计于2026年投产。英伟达与Broadcom、TSMC协作，构建起以高性能计算为核心的CPO技术生态系统。
3.3 台积电的COUPE光电整合路线图
作为全球最重要的先进封装平台，台积电在CPO领域的技术演进路径如下：
- 第一阶段：与Broadcom联合开发微环调制器（MRM），已通过3nm试产验证，目标为2025年实现1.6T产品小批量出货；
- 第二阶段：以COUPE（Compact Universal Photonic Engine）为核心，在2026年推出集成Switch芯片的CPO方案；
- 后续阶段：进一步推进XPU（通用加速芯片）与CPO的协同整合，瞄准AI/HPC全光通信计算。
台积电通过封装层实现CPO功能集成，其角色横跨EIC+PIC制造、封装集成与光引擎模组交付等多个核心环节，处于CPO产业链中枢地位。
3.4 中国厂商的参与与战略窗口
在全球CPO产业版图中，中国厂商正加速技术跟进与产业试点。当前已知主要进展如下：
- 光迅科技（Accelink）：与Cisco联合展示1.6T OSFP-XD硅光模块，并在OIF平台展示兼容ELSFP的多端口CPO交换机；
- 新华三（H3C）：发布51.2T 800G CPO硅光交换机S9827系列，集成液冷、智能无损网络等前沿技术；
- 中际旭创（Innolight）：处于CPO技术预研阶段；
- TFC、T&S：已参与光引擎、MPO、FAU等基础器件的量产和出口。
尽管尚未形成大规模量产能力，但中国厂商已在关键光器件、模块装配及系统设计方面实现初步技术布局，随着AI基础设施本地化投资提速，CPO有望成为中国光通信产业的新突破口。
四、英伟达CPO产品战略解析
4.1 Quantum 3400 X800：首款InfiniBand CPO交换机
英伟达计划于2025年3月的GTC大会正式发布其首款CPO交换机产品——Quantum 3400 X800，并在2025年第三季度实现量产。该产品基于InfiniBand网络架构，采用4颗28.8T交换芯片，整体交换容量达115.2T。
每颗交换芯片配备9颗3.2T光引擎，采用固定插槽结构，通过Shuffle Box实现信号分布至多个独立的Switch Plane，实现多平面拓扑架构。该设计使得每个外部光纤信号被切分为四路，分别连接至四个独立的交换芯片，大幅提升并发吞吐能力，并最终在CX8网卡端聚合数据。
该交换机为4U机型，面板配有144个800G MPO光口，左下为18个可插拔外部光源模块（ELS），右下为调试接口、管理接口与LED指示灯。其散热系统完全采用液冷方案，中部为电源模块，两侧配有冷水入口（蓝色）与热水出口（红色）管道。
4.2 Spectrum系列CPO产品：以太网战略布局
除InfiniBand产品外，英伟达同步推进基于以太网架构的Spectrum系列CPO交换机。根据公开信息：
- Spectrum 5 X800：预计于2025年12月进入量产阶段；
- Spectrum 6-CPO：规划于2026年发布，面向更高阶以太网数据中心部署。
Spectrum系列的发布，将使英伟达完成从InfiniBand到以太网的全栈CPO网络产品布局，满足不同AI基础设施在互联架构上的多样化需求。
4.3 光电引擎与封装互联机制详解
在当前代CPO设计中，交换芯片与光引擎被共同封装于统一基板上，通过CW激光模块（ELS）发出的光信号，经由薄膜滤波器及被动透镜转接至FAU光纤阵列，再连接至面板MPO接口。
在下一代产品中，英伟达将引入晶圆级集成（Chip-on-Wafer, CoW）方案，通过中介层（Interposer）实现交换芯片与光引擎的更高密度集成，以提升互连效率、减少寄生效应并优化封装热管理。
根据设计指标，1个28.8T交换芯片需支持36条800G通道，每颗光引擎可支持4个通道，因此需配置9颗光引擎以满足互联需求。
4.4 战略意图与生态拓展
英伟达CPO战略聚焦于构建AI时代的高速、低功耗、高密度互联底座，其核心意图在于：
- 提升算力系统带宽效率：支持多GPU高密度部署；
- 推动InfiniBand与以太网的融合发展：打造统一、高性能网络架构；
- 强化自研网络芯片与封装协同能力：与Broadcom、TSMC形成战略联动；
- 布局液冷、封装与光引擎生态：掌控AI基础设施核心模块的设计主导权。
CPO不仅将重塑网络互联硬件形态，也有望成为英伟达掌控AI数据中心系统栈的重要切入口，推动其由GPU厂商向AI基础设施平台型公司的战略转型。
五、市场规模预测与渗透率演进
5.1 全球交换机市场增长趋势
AI算力的爆发推动了网络交换机市场的快速发展。根据IDC数据，2023年全球交换机市场同比增长20.1%，市场总规模突破400亿美元。与此同时，中国交换机市场亦实现0.7%的小幅增长，规模达人民币400亿元左右。
在细分产品方面，800G及以上高速交换机出货量预期将在未来几年内保持强劲增长动能。Dell’Oro预计，400G/800G/1600G交换机将在2026年前驱动超过50%的市场营收。
5.2 CPO技术的渗透节奏预测
根据LightCounting预测，CPO端口将在1.6T及3.2T速率段逐步实现渗透：
- 初期（2025年）：小规模出货，主要集中于1.6T产品；
- 中期（2028–2029年）：在3.2T领域实现主导地位。
结合Nomura测算，CPO交换机在AI数据中心（AIDC）市场的渗透率（以销售额计算）将从2025年的2%，上升至2027年的22%，并在2030年达到32%。
5.3 市场容量（TAM）模型与假设
Nomura基于AIDC交换机市场的预测，构建如下TAM模型（单位：百万美元）：
| 时点 | 总市场规模 | CPO交换机市场规模 | 市场渗透率（以美元计） |
| 2025 | 18,000 | 416 | 2% |
| 2027 | 30,240 | 6,751 | 22% |
| 2030 | 43,546 | 14,124 | 32% |
其中关键假设包括：
- 2025年：以太网CPO交换机价格为74.4万美元，InfiniBand CPO交换机为98.4万美元，出货量分别为4千台与1.2千台；
- 2027年：单价分别为87.2与111.2万美元，出货量分别为56千台与16.8千台；
- 2030年：单价分别为75.52与98.56万美元，出货量分别为134.4千台与40.32千台。
预计CPO交换机的平均售价（ASP）将在未来保持高于传统交换机的水平，因其集成度高且系统复杂性大。
5.4 替代逻辑：从传统光模块到CPO
当前主流光通信厂商仍认为可插拔模块将在1.6T阶段保持主导，部分头部客户依然使用800G与1.6T可插拔方案。然而，从技术趋势和长远部署需求来看，CPO凭借其低功耗、高带宽优势，将成为3.2T及以上互联速率的核心方案。
行业专家普遍认为，2025–2028年将是CPO小规模试产与部署窗口期，而2028年之后将迎来产业化拐点，逐步替代高端传统光模块并重塑光通信价值链格局。
六、中国机会窗口与厂商战略建议
6.1 本土AI基础设施加速：CPO产业崛起的政策与市场背景
在AI模型训练和推理对算力与互联提出更高要求的背景下，中国加速推进AI基础设施自主建设，正在为CPO技术打开全新市场窗口。随着国家支持本土算力芯片、硅光模块、液冷系统等方向的投资落地，CPO作为连接GPU服务器核心的网络技术，有望在中长期成为重点攻坚方向之一。
同时，头部企业（如阿里云、华为、浪潮信息）在构建AI数据中心集群过程中，对高性能网络系统需求激增，也将推动CPO相关产品的测试验证与试点部署。
6.2 中国厂商现状与进展
尽管尚未实现CPO产品的量产交付，中国领先光通信与网络设备企业已在多个关键技术环节上开展布局：
- 光迅科技（Accelink）：在2024年OFC大会中联合Cisco推出1.6T OSFP-XD硅光模块，并演示支持ELSFP协议的多端口CPO交换机，展示其在高速硅光与多厂商标准兼容方面的技术能力。
- 新华三（H3C）：于2023年NAVIGATE峰会发布51.2T 800G CPO硅光交换机S9827系列，单芯片带宽达51.2T，具备64个800G端口，集成了CPO、硅光、液冷与智能无损等多项先进技术。
- 中际旭创（Innolight）：目前CPO相关技术处于前期研究阶段。
- T&S通信：作为全球主要Shuffle Box与MPO光纤连接器供应商之一，已进入英伟达、Broadcom等海外客户的光组件供应链体系。
- TFC通信、Senko、Fabrinet等：分别在FAU、光引擎封装、整机组装等方面具备成熟量产能力。
6.3 战略建议：聚焦核心环节，实现“点突破”
中国厂商在CPO技术链条中尚存在差距，但部分环节已具备突破潜力。建议如下：
- 关键光组件（FAU、MPO、Shuttle Box）：适合以量产交付为导向，率先切入全球供应链；
- 光引擎封装：通过与硅光芯片厂商（如中科院系、华为海思）合作，联合开发高集成模组；
- 先进封装/液冷平台：借助封测厂（如通富微电、长电科技）和液冷供应商形成集成生态；
- 系统测试验证能力：联合下游客户进行小批量测试验证，加速技术成熟度提升；
- 标准化参与：积极参与国际CPO标准组织（如OIF），提升国产方案的生态兼容性。
6.4 面临挑战与应对策略
尽管中国具备基础制造能力，但仍面临以下挑战：
| 挑战 | 影响 | 应对策略 |
| 技术成熟度不够 | 良率低、可靠性弱 | 建立试验平台，推动光引擎国产自研 |
| 生态标准不统一 | 不利于多厂商协同 | 参与国际标准共建，推动自主兼容规范 |
| 封装/散热能力薄弱 | 限制系统级集成 | 联合封测、服务器厂商优化CPO模块设计 |
| 缺乏整机牵引力 | 商业化落地缓慢 | 与AI云厂商合作推进场景试点验证 |
总体来看，CPO代表着AI互联的未来方向。中国厂商可依托AI国产化浪潮，抢占关键元器件、封装与系统验证等环节，逐步打通从器件制造到系统集成的完整路径，构建具有国际竞争力的CPO生态体系。
七、结语：CPO——AI时代的“光速引擎”
在AI模型参数指数级增长、推理与训练算力需求不断跃升的背景下，CPO（Co-packaged Optics）正逐步从实验室走向产业化拐点，成为支撑下一代AI基础设施的关键互联技术。
传统可插拔光模块在3.2T速率段面临功耗、带宽与成本瓶颈，推动CPO成为“光进铜退”的战略承接者。其通过将光引擎与交换芯片深度集成，实现信号路径最短化、系统能效最优化，为AI时代提供更高吞吐、更低延迟、更低功耗的系统级解决方案。
尽管当前CPO仍处于产业化初期，良率、测试、封装热管理等挑战尚存，标准化尚未完全成熟，但其结构性优势已获得Broadcom、英伟达、台积电等全球头部厂商的战略加码。CPO不仅重构了传统光通信价值链，更推动了芯片封装、电光协同与液冷架构的深层次融合。
从产业演进周期来看，2025–2027年将是CPO小批量验证与初步部署期，2028年后或将迎来规模化落地。谁能率先打通从硅光芯片到光引擎封装、再到整机系统集成的量产闭环，谁就有可能在AI互联时代掌握底层算力分发与网络控制的核心话语权。
因此，CPO不仅是一项硬件技术突破，更是AI时代数据流动效率的决定性变量。它将重塑服务器架构、互联标准与产业协同，成为贯穿芯片与系统之间的“光速引擎”。