重回光里-全球CPO核心企业产业布局研究

2026-06-03 23:01:101
全球CPO核心企业产业布局研究算力革命下的CPO技术颠覆与产业必然性

在人工通用智能(AGI)大模型训练与超大规模智算中心建设的强劲驱动下,全球高速算力网络订单呈现跨越式增长,倒逼硬件产业链向更高传输速率、更低时延及更优功耗比迭代 。传统的可插拔光模块在面对单通道高速率(如单波 200G 乃至 1.6T)传输时,电信号在数厘米的PCB走线中会产生剧烈的信号衰减和电磁串扰问题,物理瓶颈愈发突出 。

共封装光学(CPO)作为一种新型的光电集成技术,通过将光电收发组件与高速交换ASIC芯片共同封装在同一个硅中介层或基板上,将电信号的传输距离由厘米级缩短至毫米级,从根本上解决了高带宽场景下的信号恶化难题 。相较于传统可插拔光模块 15pJ/bit 至 20pJ/bit 的功耗,CPO系统可将能耗大幅降低50%以上,降至 5pJ/bit 至 10pJ/bit 的超低水平 。这种在带宽、能效和空间效率上的突破性提升,使得CPO成为智算时代超大规模集群计算不可或缺的技术演进路径 。

由于CPO颠覆了原有的光模块制造模式,产业链的各个环节——包括高性能ASIC芯片、硅光子集成(PIC)、高密度光纤连接组件、精密先进封装以及高频电测与测试耦合设备——均迎来了全新的技术要求与市场格局 。

CPO价值链中外核心公司全景图谱与客观评估

针对CPO架构中各关键细分环节的代表性中外企业,以下通过四个维度的结构化表格进行深度透视,并对各家公司进行客观评价。

1.核心计算与数据交换环节(交换芯片/ASIC、光引擎)

作为CPO系统的“大脑”与光电转换核心,交换芯片决定了整体网络的架构与带宽,而光引擎则是实现光电转换的底层枢纽 。

细分环节

公司名称

归属区域

评价

交换芯片/ASIC

英伟达 (NVIDIA)

海外

全球GPU与高速AI网络芯片的绝对领军者,其高性能交换芯片有力支撑了智算中心的极速互联需求。

交换芯片/ASIC

博通 (Broadcom)

海外

全球以太网交换芯片市场的绝对巨头,也是CPO封装技术与行业标准的主要推动者之一 。

交换芯片/ASIC

迈威尔 (Marvell)

海外

专注于高速数据传输与光通信DSP芯片研发,在高速交换ASIC及光电混合集成领域拥有深厚的技术底蕴。

交换芯片/ASIC

华为海思 (HiSilicon)

国内

国内领先的半导体与集成电路设计商,在自研高速网络交换芯片及光电集成基础架构上具备深厚的技术储备。

光/硅光引擎

英特尔 (Intel)

海外

全球硅光子技术商业化的先行者,依托先进的硅光集成制造工艺和OCI芯粒技术引领行业高带宽传输发展 。

光/硅光引擎

思科 (Cisco)

海外

依靠一系列战略并购在光子集成领域完成深度整合,具备强大的交换机与硅光子模块纵向集成能力 。

光/硅光引擎

中际旭创 (Innolight)

国内

全球光模块领域的领军企业,在 400G、800G 及未来 1.6T 高速光模块和CPO光引擎的量产上处于行业领先地位 。

光/硅光引擎

新易盛 (Eoptolink)

国内

国内高速光模块主力厂商之一,在硅光引擎和高速可插拔光模块技术研发及海外市场拓展上成果显著 。

光/硅光引擎

天孚通信 (TFC)

国内

光器件整体解决方案龙头,在高速光引擎所需的微纳光学、光连接及有源无源器件耦合上具有平台化量产实力 。

2.精密光传输与耦合环节(FAU、外置光源/激光芯片、光纤管理)

FAU光纤阵列单元与外置光源是确保多通道光信号高保真导入ASIC封装内部的关键物理通道 。

细分环节

公司名称

归属区域

评价

FAU光纤阵列

康宁 (Corning)

海外

全球特殊玻璃与光纤技术的绝对先驱,为高速光通信及多通道FAU提供关键的低损耗光纤与基板材料。

FAU光纤阵列

Fabrinet

海外

全球精密光学及光电制造代工领域的龙头,在高速有源光模块及FAU组件的精密组装上工艺优势明显。

FAU光纤阵列

住友电工 (Sumitomo Electric)

海外

日本精密光纤及光电器件巨头,在超高密度FAU和光纤阵列熔接技术上拥有全球领先的市场份额。

FAU光纤阵列

亿源通科技 (HYC)

国内

国内领先的无源光器件制造商,在多通道FAU光纤阵列、高密度光纤连接及波分复用器件上具备深厚技术积淀。

FAU光纤阵列

华工科技 (HG Tech)

国内

依托校企背景在光电器件制造领域深耕多年,在FAU制造和高速有源光模块领域具有完善的产业布局。

外置光源/激光芯片

路美新诺 (Lumentum)

海外

全球磷化铟等光电芯片的领导者,在外置光源和高功率DFB激光器芯片设计与制造上处于世界前列。

外置光源/激光芯片

高意 (Coherent)

海外

全球最大的光电材料与激光芯片制造商之一,在多波长、高功率外置光源技术(如CW光源)上具有核心竞争力 。

外置光源/激光芯片

迈康 (MACOM)

海外

高频射频与光电半导体方案供应商,在硅光外部光源及高频调制器驱动芯片领域具有卓越的技术优势。

外置光源/激光芯片

源杰科技 (Yuanjie)

国内

国内光芯片研发的开拓者,在 25G、50G 及 100G 高功率DFB激光器芯片的国产化替代上进展迅速 。

外置光源/激光芯片

太辰光 (Taitan)

国内

专注于光纤连接器与精密陶瓷插芯,并积极向光器件及高精度外置光源耦合组件领域拓展。

3.底层微纳光学与物理结构件环节(光纤、连接结构件、透镜阵列、光纤管理)

微光学透镜阵列和高精度连接件承载着高精密的光学对准,其工艺精度直接决定了光电耦合的损耗率 。

细分环节

公司名称

归属区域

评价

光纤

唯亚威 (VIAVI)

海外

全球光通信测试与光纤测量仪器巨头,在光纤物理网络及光模块传输性能分析上处于行业标准制定地位。

光纤

烽火通信 (FiberHome)

国内

国内光通信系统与光纤光缆巨头,在光传输设备、光通信网络及特种光纤领域具备全产业链供应能力。

光连接结构件

西雅那 (Ciena)

海外

全球领先的网络路由系统与光传输设备商,通过自研核心相干技术在光传输层面对光连接结构进行深度优化。

光连接结构件

致尚科技 (Zesum)

国内

精密连接器及光通信结构件制造商,通过精准布局切入高速光模块和CPO光连接组件供应链。

光连接结构件

长芯盛创 (EverPro)

国内

专注于有源光缆(AOC)和高密度光连接组件,在光纤物理层高速互连领域拥有自主知识产权。

光纤管理/分纤盒

古河电工 (Furukawa Electric)

海外

日本光通信与电缆先驱,在超高密度光缆、高精度熔接机及复杂光纤路由管理系统上具有领先技术。

微光学/透镜阵列

藤仓 (Fujikura)

海外

日本百年电线电缆与光电巨头,其超高精密熔接、微光学透镜阵列及高密度光纤带在全球广受认可。

微光学/透镜阵列

长飞光纤 (YOFC)

国内

全球最大的光纤光缆及预制棒供应商,在多模及特种光纤、微光学阵列和先进材料领域处于国际领先地位 。

微光学/透镜阵列

亨通光电 (Hengtong)

国内

全球光通信网络系统集成商,在超高压海缆、特种光缆以及微光学元件的研发上具备深厚实力 。

微光学/透镜阵列

中天科技 (ZTT)

国内

光电传输与智能电网领军企业,在光纤光缆、特种光电器件及高密度多芯光纤组件方面拥有完整的产业布局。

4.先进封装与高频系统配套环节(先进封装、测试设备、系统散热)

高速运行下的热密度控制及封测效率是实现CPO规模化量产与应用的关键瓶颈 。

细分环节

公司名称

归属区域

评价

先进封装/基板集成

安靠 (Amkor)

海外

全球外包半导体封装测试(OSAT)巨头,在先进系统级封装(SiP)及晶圆级光电共封装上积累了丰富的量产经验。

先进封装/基板集成

三星 (Samsung)

海外

全球半导体与存储芯片巨头,通过开发HBM与先进2.5D/3D中介层封装技术,积极抢占CPO基板集成市场。

先进封装/基板集成

台积电 (TSMC)

国内(台湾)

晶圆代工领域的绝对霸主,其COUPE硅光平台及先进封测技术是实现超高速光电共封装的产业风向标 。

先进封装/基板集成

长电科技 (JCET)

国内

国内第一、全球第三的半导体封测巨头,在高速通信芯片及光电芯片多维度封装上处于国内领先水平。

先进封装/基板集成

通富微电 (TFME)

国内

国内封测中坚力量,在高性能计算芯片封装及高速网络基板集成领域具备出色的技术和规模化量产能力。

耦合/测试设备

是德科技 (Keysight)

海外

全球电子测量仪器巨头,为光模块、CPO引擎及高速网络芯片提供顶级的波形和信号完整性测试解决方案。

耦合/测试设备

泰瑞达 (Teradyne)

海外

全球自动测试设备(ATE)领域的领跑者,其测试平台在大规模量产的高速光电耦合与电气测试中被广泛应用。

耦合/测试设备

FormFactor

海外

全球探针台与半导体晶圆测试先驱,在高速硅光芯片的晶圆级光电联合测试中占有核心市场份额。

耦合/测试设备

罗博特科 (Robotech)

国内

工业自动化设备与精密机械研发商,在高速光模块及硅光组件的自动化耦合、贴装、固化等核心工艺中实现自主突破。

耦合/测试设备

基测电子 (Shanghai Jice)

国内

专注于高频射频连接与测试技术,其测试连接器和电缆组件有力保障了 1.6T 级别及高速PCIe芯片的测试需求 。

耦合/测试设备

长川科技 (Changchuan Tech)

国内

国内领先的集成电路测试设备制造商,在数模混合、高频测试机及分选机领域实现了高水平的国产化替代。

散热/系统配套

维谛技术 (Vertiv)

海外

全球关键数字基础设施及热管理专家,在超大规模智算中心高能耗液冷及精密制冷系统上拥有统治地位。

散热/系统配套

恩温特 (nVent)

海外

国际电气外壳与精密散热解决方案提供商,致力于为智算机柜和CPO高热密度设备提供高可靠的防护与液冷机架。

散热/系统配套

施耐德电气 (Schneider Electric)

海外

全球能源管理与自动化巨头,其集成的绿色数据中心配电、监控与精密制冷方案极大优化了算力中心的PUE指标。

散热/系统配套

英维克 (Envicool)

国内

国内机房精密温控设备龙头,在高密度液冷散热及高速算力机柜热管理系统上具备突出的技术与规模量产优势。

散热/系统配套

高澜股份 (Gaolan)

国内

纯水冷却与液冷系统方案解决商,在特高压输电、新能源及数据中心高功耗液冷架构中拥有丰富的项目经验。

散热/系统配套

同飞股份 (Tongfei)

国内

工业温控领域领先企业,在数控机床、激光设备及高速计算系统所需的精确液体冷却及热管理配套中表现优异。

产业协同与关键底层技术的深度演进趋势1. 从二维分立封装向三维多芯片异质集成跨越

在早期的单波 25G 与 100G 时代,光电接口多通过引线键合(Wire-bonding)以二维(2D)或2.5D混合封装的形式与PCB基板连接 。然而,随着数据吞吐速率迈向单通道 200G 及以上,超高的信号衰减迫使封装架构向更高效的三维(3D)堆叠演进 。

台积电推出的COUPE(紧凑型通用光电引擎)平台充分展示了这一趋势,其核心采用混合键合(Hybrid Bonding)技术,将电子集成电路(EIC)与光子集成电路(PIC)在晶圆级实现3D共封装,最大程度降低了光电转换接口之间的寄生电容和损耗 。国内领先的硅光平台如熹联光芯(通过整合德国Sicoya在单片集成硅光技术上的IP优势)亦积极推进硅光芯片、模拟芯片与系统集成三大平台的深度融合 ,以求在高速多芯片模组(MCM)及光电芯片堆叠制造上突破壁垒。

2. 多材料体系异质集成与自研光芯片技术深化

硅光子技术虽然在大规模CMOS制造工艺上具有兼容性,但硅本身作为间接带隙半导体无法高效发光的物理限制,使得片上高效光源的集成始终是CPO架构中的一块短板 。

为解决该难题,行业正从传统的硅基单材料体系向“多材料三维异质集成”体系过渡 。奇芯光电依托自主研发的高折射率、低损耗硅基改性材料,建立了独特的多材料异质集成工艺,旨在单一芯片平台上完成光传输、调制与传感的高集成化 。同时,以中科光芯(中科光电)为代表的高端光芯片制造商正在加速 25G 乃至更高频率的高功率DFB激光器芯片的国产化及产能扩充,为未来外置光源(ELS)架构提供关键的本土芯片保障 。

3. 测试频段迈向 110GHz 以上的高频毫米波时代

伴随 1.6T 传输协议(如PCIe 6.0)的推广,电信号波形在极高频下的测量精度正成为封测端最大的技术门槛 。在毫米波频段下,普通的测试同轴连接器极易引起严重的 Return Loss(回波损耗) 。

上海基测实业(基测电子)针对此物理特征,开发出专为 1.6T 信号分析和PCIe 6.0设计的 110GHz 1.0mm 高频测试连接器,并在业界率先采用 30° 斜角设计来保证信号路径的平滑传输 。这表明,CPO系统的商业化进程已经高度依赖于射频测试测量技术的协同跃进 。

行业发展瓶颈与未来商业化进程展望

虽然CPO和硅光技术路线在性能指标上表现出了无与伦比的颠覆性优势,但在大规模商业化导入的道路上,仍有数项痛点亟待攻克:

· 短期高昂的综合成本(CAPEX):相较于高度成熟的传统可插拔光模块产业链,CPO由于涉及复杂的晶圆级3D封装、高精密微纳光学贴装以及较低的初期综合良率,短期内其软硬件开发与设备投资成本依然偏高 。

· 外置光源(ELS)与系统散热的博弈:激光芯片对温度变化极为敏感 。在CPO高度集成的机架内部,交换ASIC芯片发热量极大,如何通过精密散热管理(如英维克同飞股份等高密度液冷技术 )确保光源的工作稳定,或使用外置光源架构在保障低热耦合的同时克服附加的光衰减,是目前系统设计中的技术难题 。

· 量产测试与工业化标准的滞后:CPO涉及光、电、微纳精密机械的多维联合测试 。从晶圆级(KGD)电学测试到高密度的多通道光学耦合调试,依然缺乏高标准、规模化的自动测试平台,生产效率的提升有赖于泰瑞达、是德科技及本土罗博特科、基测电子等中外测试耦合巨头的紧密配合 。

尽管如此,在AI高算力集群需求的持续拉动下,硅光子技术及CPO系统渗透率的提升已成确定性趋势 。根据LightCounting的预测,到2028年,硅光互联的市场规模预计将接近 100亿美元,在各大高速互联技术中的份额占比将突破 43% 。随着各大晶圆代工厂COUPE等工艺路线的量产落地 ,以及本土厂商在DFB激光芯片、微纳光学、高频电测和先进封装领域的协同补链,CPO产业将快速越过技术导入期,正式迈入“技术升级-良率提升-成本下行-规模应用”的正向商业闭环 。

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