中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
6月17日消息 市場(chǎng)研究機構YOLE Group在最新報告中表示，人工智能的迅猛發(fā)展，尤其是大語(yǔ)言模型和生成式AI的興起，正在推動(dòng)共封裝光學(xué)器件（CPO）的廣泛應用。AI工作負載對高帶寬、低延遲和能效提出了更高要求，以連接超大規模數據中心或“AI工廠(chǎng)”中的百萬(wàn)個(gè)GPU。關(guān)鍵驅動(dòng)力包括數據傳輸需求、能源效率、可擴展性以及行業(yè)投資。
在橫向擴展（scale-out）網(wǎng)絡(luò )中，CPO能夠實(shí)現長(cháng)距離、高帶寬的連接（例如機架之間），具備更低的延遲和功耗，非常適合用于A(yíng)I驅動(dòng)的云網(wǎng)絡(luò )架構以及以太網(wǎng)/InfiniBand網(wǎng)絡(luò )?？刹灏喂饽K將在計算節點(diǎn)上繼續使用，直到CPO技術(shù)更加成熟。
在縱向擴展（scale-up）網(wǎng)絡(luò )中，CPO 取代了銅纜，提供更佳的連接性能、更遠的傳輸距離和更低的功耗，對于GPU間或節點(diǎn)與交換機之間的互連至關(guān)重要，尤其是在A(yíng)I訓練和高性能計算（HPC）場(chǎng)景中。
初期的CPO部署將首先聚焦于scale-up網(wǎng)絡(luò )，隨后再向scale-out網(wǎng)絡(luò )擴展。
2025年GTC大會(huì )上，英偉達發(fā)布了Spectrum-X和Quantum-X硅光子交換芯片，標志著(zhù)CPO在A(yíng)I基礎設施中的應用邁出了重要一步。這些交換機使用 CPO 連接具有 1.6Tbps 端口的 GPU。英偉達在其Rubin架構中采用CPO技術(shù)，突破了NVLink的限制，實(shí)現了更快、更具擴展性的低功耗互連。
YOLE表示，CPO市場(chǎng)價(jià)值在2024年為4600萬(wàn)美元，預計到2030年將達到81億美元，復合年增長(cháng)率高達137%。這一增長(cháng)主要由從可插拔光模塊向CPO、以及從銅纜向光通信的轉變所驅動(dòng)，旨在應對功率、密度、可擴展性、帶寬和傳輸距離等方面的挑戰。
CPO將光模塊與交換機ASIC或處理器集成在一起，從而在scale-out（云網(wǎng)絡(luò )架構）和scale-up（AI/GPU集群）網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現高帶寬、低功耗的互連。CPO供應鏈涵蓋半導體晶圓廠(chǎng)、光電子制造商、封裝服務(wù)商和光纖廠(chǎng)商等多個(gè)環(huán)節（如下圖）。
CPO利用光子集成電路（PIC）結合激光器、調制器和波導，實(shí)現高效的光電信號轉換。scale-out網(wǎng)絡(luò )使用標準化的PIC以支持低成本的以太網(wǎng)交換機，而scale-up網(wǎng)絡(luò )則依賴(lài)定制化的PIC來(lái)實(shí)現如NVLink這樣的高容量AI互連接口，并通過(guò)PAM-4或NRZ調制技術(shù)實(shí)現每秒數萬(wàn)億比特的吞吐量?；谂_積電5nm和3nm工藝的交換機ASIC則確保了高效的數據路由。
光子封裝方面，主要采用2.5D（在同一基板上并排放置）或3D（通過(guò)通孔或EMIB堆疊）技術(shù)。2.5D方案具有高密度互連和結構簡(jiǎn)單的優(yōu)勢，但面臨可擴展性和散熱方面的挑戰；3D方案則減少了占用空間并降低了功耗，但制造復雜度更高。ASIC/光子小芯片邊緣的帶寬密度是關(guān)鍵，光子中介層支持堆疊小芯片的2D光學(xué)I/O，從而提高密度，減少延遲，并簡(jiǎn)化 HPC和數據中心的集成。
YOLE認為，CPO不斷發(fā)展以滿(mǎn)足AI需求，scale-out側重于成本和規模，而scale-up則專(zhuān)注于性能和定制化，正在變革數據中心的連接方式。與此同時(shí)，由AI驅動(dòng)的CPO正在重塑數據中心架構，英偉達、博通和臺積電等企業(yè)引領(lǐng)這一趨勢。
