光电融合革命：CPO 技术如何重塑下一代算力基础设施
共封装光学 CPO（Co-Packaged Optics） 是一种将光引擎与交换 ASIC 芯片通过高密度互连 集成于同一封装载体内的先进架构。该技术通过将光引擎紧邻 ASIC 封装，显著缩短高速电 接口（如 SerDes）的传输距离，实现芯片间（D2D）及设备间（M2M）的短距光互连。CPO 方 案省去了传统架构中复杂的射频走线及 Redriver/Retimer 等中继器件，从而显著降低功耗 与系统成本，实现更高的集成度与带宽密度。在该架构下，光引擎取代传统光模块，成为光 电转换的核心单元，被视为下一代低功耗、高集成度封装技术的主要发展方向。 CPO 正成为突破算力扩展瓶颈的关键技术，其价值将在 Scale-Up 与 Scale-Out 两大路径中 充分体现。在 Scale-Up 层面，CPO 旨在解决节点内 GPU 互联的物理限制。传统铜缆在 200Gbps/lane 及以上速率时，传输距离最多只有两米且功耗高。CPO 通过光电深度融合，将 能效提升至接近大规模商用临界点（当前 Nvidia 方案已达 5.6pJ/bit，逼近铜缆 5pJ/bit 替 代阈值），从而打破机箱边界，实现跨机柜的低延迟统一内存访问，为构建超大规模计算单体 铺平道路。在 Scale-Out 层面，CPO 通过光引擎与交换 ASIC 的共封装，将助力突破 51.2T+ 交换机的带宽与能效瓶颈。它大幅提升了叶脊网络的互联密度，有效支撑 AI Fabric 的大规 模节点间通信，是实现分布式集群高效横向扩展的核心引擎。
CPO 核心优势：光电融合驱动的架构革新
光模块的演进历程，本质上是一场持续向交换芯片 ASIC 靠拢、不断缩短电光转换距离的技 术革命。纵观发展历程，可插拔光模块（Pluggable）→板载光学（OBO）→近封装光学（NPO） →共封装光学（CPO）→裸片级 CPO 封装内光学（OIO），这一过程的核心驱动力，始终围绕互 连距离的缩短、带宽密度与能效比的提升，以及光电融合的不断深化。在这一演进路径中， CPO 相较于目前广泛使用的可插拔架构，展现出高密度、高能效、高性能与架构简化等多重 优势；而未来的 OIO 将进一步把光 I/O 直接集成至计算/存储芯片，取代传统电 I/O 变为光 信号，在带宽与延迟方面实现更深层次优化。
2.1.高密度集成：突破物理空间限制，提升单位面积算力
在 CPO 架构下，系统集成密度实现数量级提升，显著增强单位面积的计算与通信能力。在相 同交换机前面板面积条件下，CPO 可支持的光通信端口数量可以突破传统可插拔模块限制。传统可插拔光模块作为独立单元，需配套外壳、连接器及高速 SerDes 接口，端口密度受限于 模块体积与 PCB 布线资源。相比之下，CPO 利用硅光平台与先进封装技术（如 CoWoS、微凸块 互连），将光引擎以裸芯片形式与交换芯片集成于同一基板，实现百微米级光电互连。从带宽 密度来看，传统可插拔光模块通常仅能达到约 5–40 Gbps/mm，而共封装光学（CPO）架构可 提升至 50-200Gbps/mm 级别，实现约一个数量级的提升。
2.2.高能效表现：重构光电转换路径，大幅降低系统功耗
2.2.1.架构重构实现能效跃升
CPO 技术最突出的优势在于其卓越的能效表现，能够将光通信系统整体功耗显著降低 50%以 上。这一突破性成果源自对传统架构中“电-光转换”环节的根本性重构。CPO 架构的核心优 势源于极短的电互连：1）物理长度的急剧缩短直接降低了驱动功耗与阻抗损耗；2）由此带 来的优质信号完整性，降低了对高功耗 DSP 进行复杂信号补偿的依赖；3）光电协同设计消除了冗余的信号调理链路。实际数据印证了这一优势：以 Nvidia Spectrum-X Photonics 为 例，其 1.6Tb/s CPO 方案总功耗仅为 9W（光引擎 7W，激光器 2W），而传统可插拔光模块总功 耗高达 30W（仅 DSP 就达 20W，激光器 10W），CPO 方案实现了约 3.5x 的能效提升。博通在 ECOC 2025 公布的测试结果显示，在同等 800G 带宽下，传统 800G 2×FR4 可插拔光模块功耗 约 15W，而采用 CPO 交换芯片时，其光引擎与外置激光源合计功耗约 5.4W，对应约 65%的功 耗下降。在 Nvidia 的大规模 AI 集群测算中，CPO 的优势进一步放大。以 GB300 NVL72 架构、 三层网络为例，传统 DSP 光模块仅光收发器即消耗 17MW 电力；切换至 CPO 后，光互连相关 功耗可下降约 84%，即便考虑交换机侧新增光引擎与外置激光源，整体网络功耗仍可降低约 23%。若结合 CPO 高端口密度带来的网络扁平化（由三层向两层演进），总网络功耗降幅可扩 大至约 48%。
2.2.2.规模部署带来显著节能收益
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（报告来源：国投证券。本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
