CPO光電共封即將放量，用光電融合技術解決海量數據傳輸
海量的數據需要迅速地流轉至各個角度，數據傳輸速率也從100GbE向400GbE，甚至800GbE的方向發展，以匹配暴增的算力和數據交互需求。線路速率的升級，相關硬件的板級復雜性大大增加，傳統I/O已經無法應對將高速信號從ASIC傳輸到前面板時各種需求。在此背景下，CPO光電共封裝受到追捧。
數據處理需求激增，CPO光電共封受關注
雖然目前可插拔仍舊是技術路線上的首選，但可插拔模式已經在高數據速率下暴露出一些問題，光器件和電路板之間的連接長度、信號傳輸損耗、功耗、質量隨著數據處理速度需求的進一步增加都會受到制約。
為了解決傳統連接的制約，CPO光電共封裝開始受到關注。光電共封裝全稱Co-packaged optics，即將光模塊和AISC（網絡交換芯片）封裝在一起，通過短距離的電連接將它們連接起來，從而實現緊湊的光電一體化。
CPO光電共封裝帶來的尺寸和重量的優勢是很明顯的，實現了高速光模塊的小型化和微型化。光模塊和AISC（網絡交換芯片）在板上更加集中，光纖長度可以大大減少，這就意味著可以降低傳輸時的損耗。
根據Ayar Labs的測試數據，CPO光電共封裝甚至能夠相較于可插拔的光模塊直接把功耗降低一半。根據博通的測算，在400G可插拔光模塊上，CPO的方案在功耗上能節約50%左右，1600G可插拔光模塊相比，CPO方案能節約的功耗將更多。
更集中的布局也使得互連密度大幅提升，電信號的延遲和失真都會有所好轉，傳輸速度的制約也不再像傳統可插拔模式。
還有一點則是成本，今天的人工智能、服務器和交換機系統要求極高的密度和速度，電流需求迅速增加，在不使用CPO共封裝的情況下，需要大量的高端連接器將光模塊連接起來，這是很大的成本。CPO共封裝可以減少的連接器也是降低BOM中的很大一部分。
CPO光電共封裝是實現高速率高帶寬低功耗網絡的必經之路，這種將硅光電元件和電子組件封裝在一起的技術，使得光模塊盡可能地靠近網絡交換芯片減少了通道損耗和阻抗不連續問題，大大提高了互連密度為未來更高速率數據連接提供了技術支持。
CPO光電共封裝技術演化與進展
光電共封裝其實并不是一個全新的技術，其發展可以追溯至上世紀60年代，不過此時的光電共封裝還只是簡單地將光電子器件封裝在一起。到90年代，隨著光通信模塊產業起量，光電共封裝開始嶄露頭角。隨著今年高算力高帶寬需求的井噴，和其相關的分支技術光電共封裝也再次受到大量關注。
CPO光電共封裝在技術發展中，每一階段也有著不同的形式，對應20/50Tb/s需求的2.5D CPO，到對應50/100Tb/s需求的2.5D Chiplet CPO，最后實現對應100Tb/s速率以上的3D CPO。
2.5D CPO將光模塊與網絡交換芯片封裝在同一個基板上，縮短線距，增加I/O 密度，3D CPO則直接光學IC直接連接到中介層上，實現小于50um pitch的I/O間距的互連。其演進目標非常明確，就是要盡可能地將光電轉換模塊與網絡交換芯片之間的距離縮小。
Marvell去年就推出了一款采用VIA-LAST工藝的2.5D CPO技術的交換機，在硅光芯片加工完成后，借助OSAT的加工能力加工出TSV, 進而將電芯片flip-chip到硅光芯片上，將16個光模塊和交換芯片Marvell Teralynx7在PCB上互連形成交換機，可達到12.8Tbps 的交換速率。
今年的OFC上，博通和Marvell也都展示了各家最新一代采用光電共封裝技術的51.2Tbps交換機芯片。
從博通的最新一代CPO技術細節來看，CPO 3D封裝通過工藝的改進實現了更高的I/O密度，將CPO的功耗做到了5.5W/800G，能效比很高性能非常優秀。同時博通也在向單波200Gbps、102.4T的CPO突破。
思科也加大了對CPO技術的投入，在今年OFC中做了CPO產品的演示，演示中展示其CPO技術積累，在集成度更高的多路復用器/解復用器上的應用。思科表示將在51.2Tb交換機中進行CPO的試驗性部署，然后在102.4Tb交換機周期內進行大規模應用。
英特爾很早就推出了基于CPO的交換機，最近幾年英特爾也在持續Ayar Labs合作探索共封裝更高的帶寬信號互連方案，為光電共封裝和光互連器件的量產鋪平道路。
雖然目前可插拔模塊仍然是首選，但是CPO能帶來的整體能效的提升已經吸引了越來越多廠商。根據光通訊調研機構LightCounting預測，CPO出貨量將從800G和1.6T端口開始出現明顯增長，2024至2025年逐步開始商用，2026至2027年形成規模上量。同時CIR預計，2027年光電共封裝的市場收入將達到54 億美元。
這一預期與臺積電對于CPO市場的判斷差不多，今年早些時候，臺積電宣布將攜手博通、英偉達等大客戶共同開發硅光子技術、共同封裝光學元件CPO等新產品，制程技術從45nm延伸到7nm，并表示最快明年下半年開始迎來大單，2025年左右達到放量階段。
國內廠商也在緊鑼密鼓推進CPO技術應用，光迅、劍橋科技、博創科技、中際旭創等都有相關技術和產品的布局。
寫在最后
作為涉及光子器件、集成電路、封裝、建模仿真等方方面面的跨學科技術領域，CPO技術體現了光電融合帶來的改變，而且給數據傳輸帶來改變無疑是顛覆性的。雖然很長一點時間可能只有大型數據中心才能看到CPO的應用，但隨著大算力高帶寬需求的進一步擴張，CPO光電共封技術已經成為新戰場。
可以看到在CPO耕耘的廠商普遍認為2025年會是一個關鍵節點，這也是交換速率達到102.4Tbps的節點，到時可插拔模塊的弊端將進一步放大。雖然CPO應用可能到來的會有些緩慢，但是光電共封裝毫無疑問實現高速率高帶寬低功耗網絡的必經之路。
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