CPO 共封装光学完整解析：AI 数据中心为什么需要 Co-Packaged Optics？｜技术年份：2026

AI Server、GPU Cluster 与大型 AI Data Center 持续扩张后，数据中心面临的高速互连问题已不只是「需要更多带宽」。

真正的工程挑战逐渐变成：

如何在更高带宽下，同时控制高速电气传输距离、功耗、讯号完整性、带宽密度与散热？

CPO（Co-Packaged Optics，共封装光学）就是在这样的背景下受到高度关注。

它的核心概念并不复杂：

把 Optical Engine 移到更靠近 Switch ASIC 的位置，缩短超高速 Electrical Signal 必须经过的距离，再更早将电讯号转换为光讯号。

NVIDIA 已将 Co-Packaged Silicon Photonics 导入 Spectrum-X Ethernet Photonics，Broadcom 也已推出具 CPO 架构的 Tomahawk 6 Davisson 102.4 Tb/s Ethernet Switch，显示 CPO 正从研究与技术验证逐步进入 AI Networking 的实际系统平台。

CPO 是什么？

CPO 全名为：

Co-Packaged Optics

中文通常称为：

共封装光学

CPO 并不是一种单独的光纤，也不是特定 Connector 或某一种 Optical Transceiver Form Factor。

它是一种高速光电互连架构。

其主要思路是将：

Switch ASIC

与：

Optical Engine

放得更接近，甚至整合在共同封装或相邻封装架构中。

OIF 早在 2022 年即发布 Co-Packaging Framework，之后也制定 3.2 Tb/s Co-Packaged Optical Module 相关 Implementation Agreement，显示 CPO 已形成正式产业协作与接口标准化方向。

传统光通讯架构怎么运作？

传统 Data Center Switch 大量使用可插拔光模块。

简化后的高速讯号路径是：

Switch ASIC
↓
PCB High-Speed Electrical Channel
↓
Front-Panel Connector／Cage
↓
Optical Transceiver
↓
Optical Fiber

也就是说，Switch ASIC 产生高速电讯号之后，必须先经过 PCB Trace 传到交换器前面板。

到了 Optical Transceiver 后，才完成：

Electrical → Optical

转换。

这种架构的最大优势是模块化、容易维修，而且已经拥有非常成熟的 Data Center 生态系。

但当 SerDes 与 Network Speed 持续提高时，ASIC 到 Front Panel 之间的高速 Electrical Channel 会变得愈来愈难设计。

CPO 改变了什么？

CPO 把 Optical Engine 移到靠近 Switch ASIC 的位置。

数据路径可以简化成：

Switch ASIC
↓
Short High-Speed Electrical Channel
↓
Co-Packaged Optical Engine
↓
Optical Fiber

最大的改变就是：

Electrical Signal 不需要再穿越较长的 PCB 距离才进入光模块。

高速讯号更早完成：

Electrical → Optical

之后主要透过 Fiber 传输。

因此，CPO 真正改变的是：

光电转换的位置。

不是改变「光纤本身」。

AI 数据中心为什么开始需要 CPO？

AI Data Center 与传统 Enterprise Data Center 最大差异之一，在于 AI Cluster 需要非常大量的高速 East-West Traffic。

GPU 之间会持续交换：

• Tensor Data
• Model Parameters
• Gradients
• Collective Communication
• Distributed Training Data
• Inference Traffic

当 GPU 数量从数十颗扩大到数百、数千甚至更大规模，交换器的 Bandwidth 与 Port Density 也必须同步提升。

Ethernet Alliance 2026 Roadmap 指出，AI／ML 正持续推动 Ethernet 往 1.6T、3.2T 及更高带宽发展，同时促使数据中心采用更多先进 Copper 与 Fiber Interconnect。

因此高速网络开始遇到另一个问题：

Switch ASIC 可以愈做愈快，但 ASIC 到 Optical Module 的 Electrical Channel 还能不能跟得上？

这就是 CPO 开始具有价值的地方。

问题一：高速 Electrical Channel Loss

高速 Electrical Signal 经过 PCB、Connector 与其他通道时，会产生不同程度的：

• Insertion Loss
• Return Loss
• Crosstalk
• Jitter
• Impedance Discontinuity

数据率愈高，这些问题通常愈难控制。

如果 ASIC 到 Front Panel 的距离较长，就需要更加严格的：

• PCB Material
• Routing
• Connector Design
• Equalization
• Signal Conditioning
• FEC
• Channel Budget

CPO 的基本思路，就是：

如果超高速Electrical Signal很难传很远，那就缩短它需要传输的距离。

这也是将 Optical Engine 移近 ASIC 的核心原因。

问题二：Power per Bit

高速数据中心不只关心：

总功耗是多少？

还开始重视：

传输每一 Bit 数据需要多少功率？

AI Data Center 可能具有大量 400G、800G、1.6T Port。

如果每个 Port 的高速 Electrical／Optical Interconnect 都需要大量功率，整座 AI Data Center 的：

• Power Delivery
• Cooling
• Rack Density
• Operating Cost

都会受到影响。

NVIDIA 表示，其 Spectrum-X Ethernet Photonics 透过将 Silicon Photonics 与 Switch ASIC 共封装，目标之一就是降低 AI Network 的功耗与提高可靠度；NVIDIA公布的特定平台比较显示其 CPO 架构具明显 Power Efficiency 优势，但这类数据属特定平台结果，不能直接套用到所有 CPO 系统。

问题三：Bandwidth Density

AI Network 另一个重要问题是：

一台 Switch 可以塞进多少带宽？

例如：

400G Port 增加到 800G，

再往：

1.6T

发展后，Switch Front Panel、Connector、PCB Routing 与 Thermal Design 都会承受更大的压力。

Broadcom Tomahawk 6 Davisson 已达到 102.4 Tb/s CPO Ethernet Switching Capacity，并采用 200 Gb/s per Channel 技术，反映下一代 AI Switch 正持续提高单一设备的 Bandwidth Density。

因此 CPO 的价值不只是：

某一个 Port 更快

而是：

让整台 Switch 在有限空间内承载更大的总带宽。

为什么 200G/Lane 对 CPO 很重要？

高速 Ethernet 正逐渐往：

200G/Lane

甚至更高速率演进。

例如概念上：

4 × 200G = 800G

8 × 200G = 1.6T

Lane Rate 提高后，Electrical Channel Design 也会更加困难。

因此当 SerDes 从 100G/Lane 往 200G/Lane 发展，缩短 ASIC 与 Optics 之间 Electrical Reach 的价值也会提高。

Broadcom Tomahawk 6 Davisson 即采 200 Gb/s per Channel；NVIDIA Spectrum-X Ethernet Photonics 同样采用 200G SerDes 架构。

CPO 里面有哪些主要组件？

CPO 并不是只有「ASIC＋光纤」。

实际系统通常可能涉及：

组件	主要功能
Switch ASIC	执行高速 Packet Switching
SerDes	高速 Electrical I/O
Optical Engine	Electrical／Optical Signal Conversion
Silicon Photonics	实现高速光学功能
Laser Source	提供光源
Fiber Interface	将 Optical Signal 导入 Fiber
Electrical Interface	连接 ASIC 与 Optical Engine
Thermal Solution	管理 ASIC 与 Optics 产生的热

不同 Vendor 的 CPO Architecture 并不完全相同。

因此：

CPO 是一种架构类型，不是一种固定产品外型。

Silicon Photonics 和 CPO 是一样的东西吗？

不是。

**Silicon Photonics（硅光子）**是一种利用硅基制程实现 Optical Function 的技术。

CPO则是一种把 Optical Engine 放到靠近 ASIC 的 System／Packaging Architecture。

两者常常一起出现，是因为 Silicon Photonics 非常适合用来实现高密度 Optical Engine。

可以简单理解：

Silicon Photonics = 光学技术平台

CPO = 光电整合架构

所以：

CPO 可以使用 Silicon Photonics，但 CPO 和 Silicon Photonics 并不是同义词。

NVIDIA目前的 Spectrum-X Ethernet Photonics 即是将 Silicon Photonic Engine 与 Switch ASIC 进行 Co-Packaged Integration。

CPO 还需要 Optical Fiber 吗？

需要。

这也是最常见的误解之一。

CPO 不是用来取代 Fiber。

它改变的是：

Electrical Signal 在哪里变成 Optical Signal。

CPO完成光电转换之后，数据仍需要透过 Optical Fiber 传往：

• 其他 Switch
• 其他 Rack
• GPU Cluster
• Data Hall
• 其他 Network Equipment

因此：

CPO + Optical Fiber

本身就是非常典型的组合。

CPO 的 Laser 放在哪里？

不一定固定在同一位置。

部分 CPO 架构会采用：

External Laser Source（ELS）

也就是把 Laser 放在主要 CPO Package 之外，再透过光学连接将 Laser Light 提供给 Optical Engine。

这样设计有几个可能优点，例如：

• Laser可以单独维护
• 避免Laser直接处于ASIC高温区
• 提高部分Serviceability
• 方便Laser Redundancy设计

OIF 已建立 External Laser Small Form Factor Pluggable（ELSFP）相关 Implementation Agreement，显示 External Laser 已成为 CPO 生态系中的正式技术方向之一。

为什么 Thermal 是 CPO 的重要问题？

CPO 把：

High-Power Switch ASIC

与：

Optical Engine

放得更靠近。

这虽然可以缩短 Electrical Channel，却也代表 Optical Components 必须更接近高功耗 ASIC。

因此 Thermal Design 会变得更加重要。

需要同时考虑：

• ASIC Temperature
• Optical Engine Temperature
• Laser Temperature
• Cooling Architecture
• Thermal Coupling
• Reliability

NVIDIA Quantum-X Photonics 已采用液冷架构来冷却整合 Silicon Photonics 的平台，也反映高带宽 CPO 系统的 Thermal Management 已是重要 System-Level Design 问题。

CPO 最大的工程挑战是什么？

CPO并不是只有优点。

当 Optical Engine 与 ASIC 更深度整合后，也会出现新的设计问题。

包括：

1. Serviceability

传统 Optical Module 可以直接拔除更换。

CPO则必须重新思考 Optical Engine、Laser 与 Fiber 发生故障时的维修方式。

2. Manufacturing Yield

ASIC、Optical Engine、Package 与 Fiber Integration 都会影响整体制造良率。

3. Thermal Management

高功耗 ASIC 与 Temperature-Sensitive Optical Component 更靠近。

4. Fiber Management

大量 Fiber 如何从 CPO Package 连接到 Front Panel 或其他设备，是重要机构设计问题。

5. Testing

CPO 不只是 Electrical Test，也需要 Optical、Thermal、Package 与 System-Level Verification。

6. Supply Chain

ASIC、Silicon Photonics、Laser、Fiber、Connector、Package 与 Cooling 可能来自不同供应链。

OIF 的 Co-Packaging Framework 即将 Thermal、Reliability、Rework、Socket、Fiber Connection 与 External Laser 等因素纳入 CPO 架构考虑。

CPO 会取代可插拔光模块吗？

目前不应直接这样判断。

CPO 的主要优势是：

• Short Electrical Reach
• High Bandwidth Density
• Lower Power-per-Bit Potential
• High-Speed ASIC-to-Optics Integration

而 Pluggable Optics 的主要优势是：

• Modularity
• Serviceability
• Flexible Reach
• Mature Ecosystem
• Multi-Vendor Deployment

因此未来 AI Data Center 更可能形成：

Pluggable Optics
＋ LPO
＋ NPO
＋ CPO

多种架构共同存在。

CPO 会在哪些地方率先成长，主要取决于：

Bandwidth Density 与 Power 问题是否已经严重到值得改变传统 Optical Architecture。

哪些 AI Data Center 应用最需要关注 CPO？

CPO 特别适合关注以下情境：

• AI Factory
• Hyperscale Data Center
• Large GPU Cluster
• 800G／1.6T Network
• Ultra-High-Bandwidth Switch
• High-Radix Network
• High Port Density
• Scale-Out Fabric
• Power-Constrained Network

如果 Data Center 仍以较低 Speed、较低 Port Density 为主，而且维护弹性非常重要，那么传统 Pluggable Optics 仍可能是更合理的架构。

所以：

不是所有Data Center都需要CPO。

CPO真正针对的是：

下一代超高Bandwidth与超高Density AI Networking。

CPO 对 Cable、Connector 与 Fiber 有什么影响？

CPO将Optics移近ASIC，并不代表Cable与Connector消失。

反而会改变它们的角色。

Electrical Interconnect

ASIC与Optical Engine之间仍需要非常高速的Electrical Interface。

Optical Fiber

完成光电转换后，Fiber成为主要长距离传输媒介。

Fiber Connector

大量Optical Lane需要：

• 高密度Fiber Connection
• 良好Insertion Loss
• 可靠Mechanical Alignment
• 可维护Fiber Management

Cable Management

AI Switch带宽密度提高后，大量Fiber Routing会成为新的机构与维运问题。

因此 CPO 发展并不是：

「未来不需要Connector与Cable。」

而是：

互连产业会从较长距离的高速Electrical Channel，逐渐增加更多High-Density Optical Interconnect需求。

CPO 的技术演进方向

目前CPO发展可以观察几个重要方向：

更高 Lane Rate

100G/Lane → 200G/Lane → 更高速率

更高 Switch Bandwidth

51.2T → 102.4T → 更高容量

更低 Power per Bit

减少高速Electrical Transmission与Signal Processing功耗。

Silicon Photonics Integration

提高Optical Engine整合密度。

External Laser

改善部分Thermal与Serviceability设计。

更高密度Fiber I/O

支持大量Optical Lane。

更完整Industry Standard

持续建立Electrical、Optical、Laser、Management与Mechanical Interface。

Broadcom 已推出第三代 CPO 技术并将 200G/Lane 导入 Tomahawk 6 Davisson；NVIDIA亦持续将 Co-Packaged Silicon Photonics 扩展到 AI Factory Networking，显示 CPO 已成为下一代高速网络的重要技术路线之一。

AI 数据中心为什么需要 CPO？核心答案

如果把整篇浓缩成一句话：

因为AI Data Center的Network Bandwidth成长速度，正在让传统ASIC到Front Panel之间的高速Electrical Channel面临更大的Loss、Power与Bandwidth Density压力，而CPO透过把Optics移近ASIC来缩短这段Electrical Path。

所以 CPO 解决的并不是：

「光纤不够快」

而是：

「高速电讯号在到达光纤之前，愈来愈难传。」

这是理解 CPO 最重要的核心。

未来从：

800G
→ 1.6T
→ 更高速 Ethernet

持续发展后，Switch ASIC、SerDes、Optical Engine、Silicon Photonics、Fiber、Connector、Thermal 与 Packaging 将更紧密地成为同一个 System-Level Design 问题。

CPO 正是这个高速互连架构演进中的重要技术之一。

常见问题

CPO 是什么？

CPO 是 Co-Packaged Optics，共封装光学。其核心概念是将 Optical Engine 放置在更靠近 Switch ASIC 的位置，缩短高速 Electrical Channel，并更早将电讯号转换成光讯号。

CPO 为什么适合 AI Data Center？

大型 AI Cluster 需要非常高的 Network Bandwidth 与 Port Density。当 800G、1.6T 与 200G/Lane 持续发展后，传统较长的高速 Electrical Channel 面临更大的 Loss、Power 与 Thermal 压力，因此 CPO 开始具有系统级价值。

CPO 和 Silicon Photonics 一样吗？

不一样。Silicon Photonics 是硅基光子技术；CPO 是将 Optical Engine 靠近 ASIC 的共封装架构。Silicon Photonics 可以作为 CPO Optical Engine 的重要技术平台。

CPO 还需要光纤吗？

需要。CPO 只是改变 Electrical-to-Optical Conversion 发生的位置，完成光电转换后仍需要 Optical Fiber 传输数据。

CPO 会完全取代光模块吗？

目前不宜如此判断。CPO适合极高Bandwidth Density与Power-sensitive AI Network；可插拔光模块则仍具有成熟生态、模块化与维护便利等优势，未来更可能是多种Optical Architecture共存。

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