共封装光学器件（CPO）手册：以光为介质实现下一代互连技术扩展

横向扩展：CPO技术在横向扩展网络中能降低功耗和成本，但收益有限。英伟达的CPO交换机在三层网络中能降低23%的网络功耗和23%的网络成本，但在两层网络中才能实现48%的功耗和46%的成本节约。由于集群总成本中服务器机架成本占比高，因此CPO带来的成本节约被大幅稀释。
纵向扩展：CPO技术更适合纵向扩展网络，其市场潜力远超横向扩展。纵向扩展场景对带宽密度和扩展域规模要求更高，而CPO技术能提供更多带宽扩容路径，并支持更大规模的扩展域。例如，英伟达的Rubin架构计划于2027年推出，将扩展至144个GPU封装单元，需要CPO技术来支持。

CPO技术：CPO技术将光引擎直接集成于XPU或交换机ASIC旁，省去DSP环节，并使用低功耗SerDes，从而降低功耗和提升带宽密度。
技术演进：CPO技术的发展经历了从DSP收发器到LPO，再到CPO的过程。LPO试图移除DSP，而CPO则更进一步，将光引擎与计算芯片共封装。
驱动力：SerDes扩展已趋于饱和，I/O接口数量有限，提升单个I/O接口的信号传输速度日益困难，因此需要CPO技术来突破瓶颈。
关键组件：CPO技术涉及光引擎、光纤耦合器、外部激光源和调制器等关键组件。台积电COUPE工艺成为CPO领域的重要集成方案，支持单片化、异构集成和3D集成等多种封装方式。
光纤耦合技术：CPO技术主要采用边缘耦合（EC）和光栅耦合（GC）两种方式。EC耦合损耗低，工作波长范围广，但对偏振敏感；GC耦合损耗较高，但支持多排光纤，且对偏振不敏感。
调制器类型：CPO技术主要采用马赫-曾德尔调制器（MZM）、微环调制器（MRM）和电吸收调制器（EAM）三种调制器。MZM易于实现，但体积较大；MRM体积紧凑，但温度敏感度高；EAM尺寸小，功耗低，但需要额外配置复用器才能实现WDM或DWDM。
带宽扩展路径：CPO技术可以通过提升SerDes速度、采用宽I/O物理层接口、增加光纤数量、采用WDM技术等多种方式来扩展带宽。

制造与市场推广：CPO技术尚未实现大规模量产，需要行业领军企业投资于产品运输，推动供应链建立可扩展的制造和测试流程。
互操作性与可维护性：CPO技术推广面临的核心挑战在于实现互操作性，同时克服行业对成熟且高度互通的可插拔光模块模式的根深蒂固依赖。CPO系统的光纤耦合、前面板密度、外部激光器等环节均存在挑战，需要芯片厂商提供客户可直接部署的端到端解决方案。
标准化：CPO技术需要制定行业标准，实现电气互操作性、光学互操作性和机械互操作性，以推动其广泛应用。

英伟达CPO：英伟达推出了Quantum-X和Spectrum-X两款CPO交换机，分别面向横向扩展和纵向扩展网络。Quantum-X采用内部切换设计，Spectrum-X采用多平面架构，并提供更高的端口密度和带宽。
博通CPO：博通推出了Bailly和Humboldt、Davisson等CPO交换机，完全依赖光纤I/O。博通计划将CPO解决方案转向台积电的COUPE平台，采用光栅耦合器和磁阻耦合器。
英特尔CPO：英特尔计划分阶段推出CPO解决方案，从直接光纤连接到可拆卸光学封装连接器，最终实现三维集成光子学。
联发科CPO：联发科致力于将CPO能力整合至其设计平台，提供能与定制加速器无缝协作的PIC/EIC设计方案。
专注CPO的企业：AyarLabs、Nubis、CelestialAI、Lightmatter、XscapePhotonics、Ranovus和Scintil等企业专注于CPO技术，提供不同的解决方案。AyarLabs采用台积电COUPE工艺和MRM调制器；Nubis采用MZM调制器和二维光纤阵列；CelestialAI采用EAM调制器和光子桥技术；Lightmatter采用COUPE工艺和MRM调制器；XscapePhotonics采用可编程激光器；Ranovus采用台积电COUPE工艺和MRM调制器；Scintil采用SHIP技术。

关键组件：英伟达的CPO交换机涉及光引擎、外部激光源、光纤连接单元（FAU）、光纤切换盒、MPO连接器、MT套筒等关键组件。
供应商：激光源供应商包括Lumentum、Coherent、古河电气、元捷和世佳；FAU供应商包括TFC光电、森科和富智康；光纤切换盒供应商包括T&S通信和莫仕；MPO连接器供应商包括康泰克、泰盛通信、森科、博达和奥普特；MT套筒供应商包括康尼康、T&S、森科、福岛、FOCI、住友和TFC。
制造与测试：台积电在CPO系统集成中发挥关键作用，ASE/SPIL、Amkor和顺兴等OSAT供应商将聚焦后端工艺，包括光学元件封装、光学元件测试及系统级封装。是德科技、Ficontec、泰瑞达、爱德万测试、FormFactor、Chroma、安立和Multilane等公司提供E/O测试设备。