CPO 共封装光学走到哪一步？博通、英伟达、台积电进展，铜缆与光互联的现实分界线

步步糕升

导语

       AI 大模型训练集群规模持续膨胀，高速互联的功耗、带宽压力越来越突出。CPO 共封装光学（Co‑Packaged Optics）被视作下一代算力网络的关键技术，很多报道渲染 CPO 即将全面普及，甚至会彻底取代传统可插拔光模块。
      但现实的产业化节奏并没有想象中那么快：CPO 率先落地在网络交换机，GPU 芯片内部的光互联还需要数年时间。十万规模 AI 算力集群的电费测算，直观展现光互联带来的巨大 TCO（总拥有成本）差异；同时行业也没有简单的 “光淘汰铜”，而是按照传输距离，形成铜缆、有源电缆、NPO/NPO、CPO 的分层分工。
      本文结合博通、英伟达、台积电、Marvell、亚马逊等厂商公开路线，梳理 CPO 当前真实进展、技术取舍、产业链价值重构，同时厘清机柜内部 “铜缆还能撑多久” 这个行业核心疑问。

提示：本文为半导体通信产业科普，文中成本测算为行业公开假设推演，不构成任何投资建议。

一、一笔电费账：为什么全行业拼命推动光互联

Arista 创始人 Andy Bechtolsheim 做过一组行业测算：面向未来十万颗 AI 芯片的超大集群，对比三种互联方案五年电费支出：

• 传统可插拔光模块：光互联部分五年电费约14.4 亿美元
• LPO 线性可插拔光模块：五年电费约4.8 亿美元
• CPO 共封装光学：五年电费约3.15 亿美元
  

两者相差超过11 亿美元，按单张 GPU 约 3.5 万美元计算，差额足以采购三万多张 GPU。

注意：该测算为面向未来的理想化假设，芯片功耗、电价、集群规模均取偏高情景，现实项目的绝对金额会更低，但功耗带来的长期成本差异逻辑成立。

传统可插拔光模块，电信号要在 PCB 板上走完十几到三十厘米路径，信号衰减严重，DSP 数字信号处理芯片就要消耗大量功耗。CPO 把光引擎和交换芯片封装到一起，极大缩短高速电信号传输距离，可以把单端口互联功耗降低 65%‑70%36氪。电力已经成为超大规模智算中心的硬性约束，降低网络功耗已经不是锦上添花，而是现实刚需。
但 CPO 并不是万能，激光器散热、光纤耦合、故障维护、良率，都是横在大规模商用面前的难题。目前 CPO 优先落地在交换机，GPU 直接集成光 I/O 还处在早期研发验证阶段。
二、博通三代 CPO 交换机迭代：从不可维护走向可插拔光源

交换机成为 CPO 第一个落地场景，有三点核心原因：

• 交换机之间传输距离普遍几十米‑上百米，天然就需要光纤传输，网络整体架构不需要大改；
• 单台交换机只有一颗主 ASIC 芯片，光引擎、散热、整机系统可以统一设计规划；
• 交换机端口密度极高，功耗降低带来的收益最为显著。
  

博通是 CPO 领域迭代节奏最快的厂商，已经走完三代产品演进Broadcom I...：

• 第一代 Humboldt（2021），25.6T 交换容量光引擎置于封装外侧，但激光器不可现场更换。一旦激光器损坏，需要整台交换机整机更换，可维护性差，腾讯、锐捷基于该平台做前期开发验证。
• 第二代 Bailly（Tomahawk5‑Bailly，2023 发布，2024 量产交付，51.2T）业界第一款实现规模交付的 CPO 交换机，激光器模块支持现场拆卸更换，解决第一代维护痛点，Meta 是主要落地客户。高温实验室完成百万 400G 端口小时稳定性测试，没有发生不可修复链路闪断，而链路闪断对于 AI 大模型同步训练，会直接造成任务中断回滚。实测光学通道功耗相比带重定时 DSP 的可插拔模块降低 65%。
• 第三代 Davisson（Tomahawk6‑Davisson，2025 年 10 月送样，102.4T）16 组光引擎环绕芯片四周，采用台积电 COUPE 共封装方案；激光器做成前面板可插拔模块，把光源和交换芯片实现热隔离，800G 端口功耗进一步下降至 3.5W 左右Broadcom I...。
  

三、英伟达、台积电的路线：交换机先上，GPU 机柜内部依旧用铜

英伟达 CPO 交换机与机柜互联策略

英伟达 2025 年推出两款 CPO 交换机：Infiniband Quantum XPhotonics、以太网 Spectrum‑X Photonics，后者 2026 年已经全面量产，采用微环调制器方案，一套激光源可以供给多路光引擎，激光器数量缩减至四分之一，官方数据相比可插拔光模块能效提升 5 倍，平均无故障时间提升十倍。
但非常关键：NVL72 机柜内部 72 张 GPU 之间，NVLink 全部使用铜缆。黄仁勋对此的解释：机柜内部一两米距离，铜缆方案成本更低、可靠性更好，如果换成光互联，单个机柜会额外增加约两万瓦功耗。
英伟达公开的迭代路线图：

• Rubin 世代（NVL576）：机柜内部保持铜缆；跨机柜之间才使用可插拔光模块；
• Feynman 世代（预计 2028 年）：NVLink 支持铜缆与 CPO 光互联两种选项。
  

英伟达明确对外表态：铜和光两条路线并行，不会单方面赌死某一条技术。短距离机柜内铜缆依旧占据主场，光互联优先用于机柜和机柜之间的长距离互联。
台积电 COUPE 共封装平台

台积电 COUPE（Compact Universal Photonic Engine），2026 年启动生产，把光芯片和电芯片集成在封装基板上，使用 200G 微环调制器。对比板级可插拔方案，功耗效率提升两倍，延迟降低至原来十分之一。博通 Davisson、英伟达 XPhotonics 交换机均采用这套平台；未来计划结合 CoWoS 先进封装，向 GPU 计算芯片的共封装演进，但这属于中长期规划，还没有大规模落地。

可以看出一个产业现实：即便 CPO 封装技术已经成熟，最先落地的是交换机，GPU 直接集成光 I/O（光学 I/O）还处在起步阶段。

四、光学 I/O 赛道：让 GPU 芯片本身直接用光通信，资本疯狂涌入

比交换机 CPO 更进一步，是光学 I/O（OIO）：不再仅仅是交换机用光引擎，而是 GPU 这类计算芯片封装内部直接集成光引擎。这也是未来 scale‑up 大规模 GPU 集群的终极方向，目前还处于样品、验证阶段，但资本投入非常活跃：

• Marvell 收购 Celeste AI（Photonic Fabric）：主打电吸收调制器，对温度容忍度更高，适合 GPU 芯片的高温环境。第一代 16T，第二代 64T，计划 2027 年初批量部署，给出 2028‑2029 财年明确营收目标。亚马逊拥有绑定采购条件的认股权证。
• Ayar Labs：光 I/O 小芯片方案，通过 UCIe 标准接口和计算芯片封装集成，2026 年完成 5 亿美元融资，投资方包含英伟达、AMD、联发科等头部芯片厂商，在新竹扩产测试能力。
  

五、CPO 浪潮之下，整个光通信价值链正在重塑

传统可插拔光模块时代：光模块厂商采购 DSP、激光器、光学器件，组装成品模块销售给云厂商，价值大量沉淀在光模块整机厂商手中。
进入 CPO 时代，产业链价值发生转移：✅价值向上游转移：

• 交换 / 计算芯片厂商：光引擎变成芯片封装不可分割的一部分；
• 先进封装代工厂（台积电等）：共封装工艺成为关键门槛；
• 外置激光器、光纤耦合组件供应商，成为独立关键零部件。
  

❌被弱化的环节：传统光模块内部的 DSP 重定时芯片，在 CPO 架构中被大量简化甚至取消。有意思的现象：Marvell、博通本身就是 DSP 芯片的主要供应商，现在主动推动 CPO，等于在颠覆自己现有成熟产品线，属于 “自我颠覆好过被别人颠覆”。
但这不代表传统可插拔光模块会立刻消亡。行业机构 Lightcounting 预测，到 2030 年，带重定时的高速可插拔光模块出货量依旧会增长至 2025 年三倍。现阶段 CPO 主要用于交换机横向组网；服务器网卡依旧大量使用可插拔模块。国内光模块厂商也在布局 LPO/NPO/CPO，转型做光引擎、外置光源零部件供应商，而不只是做整机组装。
六、大厂的策略：多条路线同时下注，没有人敢笃定终局

以亚马逊为代表的超大规模云厂商，采取分散押注的策略：铜线 + 重定时、有源铜缆、NPO、CPO 多条路线同时布局。亚马逊对多家光互联供应商签署带采购条件的认股权证，不管哪条技术路线最后胜出，自己都可以享受产业发展红利。这恰恰说明，即便是最大的终端客户，也无法 100% 预判哪一条技术路线会成为最终标准答案。
光和铜的现实距离分界线

并不是 “光取代铜”，而是按传输距离分工：

• 芯片内部、封装内部：电信号为主；
• 主板十几厘米级别：铜线 + 重定时；
• 机柜内部一两米：铜缆、有源电缆；
• 超过数米，跨机柜：光模块、光互联登场；
• 交换机芯片端口：已经开始小规模落地 CPO；
• GPU 芯片直接光 I/O：预计 2027‑2028 之后才会逐步商用。
  

行业普遍预期：CPO 大规模全面部署窗口落在2028‑2030 年，不是短期马上全面普及。
七、常见认知误区澄清

• 误区：CPO 已经大规模全面商用，可插拔光模块很快就要被淘汰。纠正：目前 CPO 主要是交换机小批量送样、客户验证；GPU 光学 I/O 尚早。可插拔、LPO、NPO、CPO 会长期并存，2030 年之前可插拔光模块依旧是市场主力。
• 误区：CPO 可以解决所有问题，用上 CPO 就万事大吉。纠正：CPO 有散热、光纤耦合、故障可维护、良率多重工程难题，不是简单把光塞到封装里就完成。
• 误区：英伟达 NVL72 证明铜缆比光互联更好，光互联没有未来。纠正：只是机柜内部短距离场景铜更合适；跨机柜长距离场景光互联优势不可替代，英伟达 Feynman 世代也规划 CPO 选项，属于长短距离分工。
• 误区：CPO 就是把现有光模块塞进芯片包装盒。纠正：架构完全重构，取消大部分 DSP 重定时电路，激光器外置，光引擎和 ASIC 共用封装基板，整套工艺链条全部重构。
• 误区：11 亿美元电费差额是现实项目真实账单。纠正：来自行业理想化假设推演，参数全部取偏高，用于展示成本趋势，实际项目绝对金额会低很多。
  

文末总结

CPO 共封装光学，核心价值是大幅降低超大规模 AI 集群网络互联功耗，但产业化节奏要比大众媒体宣传的更慢。目前落地主要集中在网络交换机领域；GPU 芯片直接集成光学 I/O 还处在资本密集的早期研发验证阶段。
产业并不是简单上演 “光进铜退”，而是按照传输距离形成分层分工：短距离优先铜缆，长距离启用光互联。CPO 的到来正在重塑整个光通信价值链，封装、外置光源、光纤耦合器件的地位持续抬升，传统可插拔光模块不会一夜消失，LPO/NPO 会作为重要过渡方案长期存在。
包括亚马逊在内的头部云厂商，选择多条技术路线同时押注，也恰恰说明，谁会成为最终主流方案，现在还没有盖棺定论，大规模商业化时间窗口普遍指向 2028‑2030 年。