AI算力集群的快速扩张正推动数据中心光互连技术从可插拔方案向光电共封装（CPO）方案演进。开源证券最新报告指出，Broadcom已于2024年交付业界首款51.2Tbps CPO以太网交换机，使光互连功耗降低70%。NVL576集群中CPO方案较可插拔方案节省9.1kW功耗。Lightcounting预计2027年CPO端口在800G和1.6T出货中占比接近30%，Yole预测CPO市场2033年将达26亿美元（CAGR 46%）。AI时代，CPO正迎来历史性产业机遇。
CPO：高集成度光互连方案，性能优势显著
光电共封装（Co-Packaged Optics，CPO）是一种新型光电子集成技术，基于先进封装将光收发模块和ASIC芯片异构集成在一个封装体内，形成具有一定功能的微系统。相较于传统可插拔方案，CPO具有高带宽、低延时、低功耗、小尺寸等优点。
2010-2022年全球数据中心网络交换带宽提升了80倍，交换芯片功耗增加约8倍，光模块功耗增加26倍。由于光接口依赖于SerDes技术，其能效演进低于ASIC部分，通过缩短SerDes距离或减少数量来降低功耗成为趋势。CPO将光引擎和ASIC的距离限制在50mm以内，信道损耗限制在10dB以内。根据Broadcom数据，可插拔光模块功耗15-20pJ/bit，CPO系统功耗可降低50%以上，达到5-10pJ/bit。仿真结果表明，CPO可使网络容量增加2倍，同时将交换机数量减少64%。
自Intel和Broadcom推出CPO产品后，CPO得到进一步重视。OIF、COBO、IPEC、CCITA等组织在CPO标准方面取得实质性进展。硅光技术是目前CPO光引擎的主流解决方案。
硅光光引擎：CPO技术核心，产业链加速成熟
硅光光引擎是CPO的技术核心。光子IC（PIC）和电子IC（EIC）组成光引擎，PIC和EIC通过光引擎的电气接口连接。光源部分，外部激光源（ELS）是当前硅光CPO的主流选择，CW-DFB激光器是CPO最优外置光源选择，OIF已发布ELSFP标准。调制器方面，MZM、微环调制器（MRM）、布拉格光栅调制器等方案各有优劣。光耦合方面，端面耦合和光栅耦合是主要方式。
硅光技术结合了集成电路超大规模制造精度和光子技术超高速率、超低功耗优势。硅光收发器2022年市场规模约14.85亿美元，2027年有望达54.13亿美元。硅光产业链不断完善——Intel、Broadcom、Marvell、Cisco等通过并购和自研深度布局，TSMC、GlobalFoundries等代工厂积极准备硅光工艺。OIO（In-Package Optical I/O）与CPO技术通源，据Yole预测OIO市场有望从2022年500万美元增长到2033年23亿美元。OIO的发展有望进一步催化CPO技术成熟。
AI集群交换机需求爆发，CPO方案优势凸显
AI时代交换机带宽加速迭代，端口互联速度快速发展。2023年AI在一半时间内将互联速度提升一倍，数据中心交换芯片进入每两年翻一番的快速增长阶段，预计2025年有望实现102.4T容量，对应1.6T光口。
AI训练集群带来GPU互联需求，新增后端网络组网。相比传统服务器，AI服务器新增GPU模组之间的互联，增加每台服务器网络端口数量，拉动高速交换机、网卡、光模块、光纤光缆等组件需求。RDMA市场2023年提升至60亿美元以上，预计2028年突破220亿美元。AI集群从Scaleup和Scaleout两个维度拓展，从百卡、千卡向万卡、十万卡集群演进，带来大量高速交换机需求。
CPO方案可有效降低AI集群功耗。NVL576集群中可插拔方案光互连功率约16.2kW，CPO方案可降至7.1kW，节省9.1kW。30528 GPU集群中CPO方案可节省466kW。CPO带宽密度提升一个数量级，能量效率优化40%以上。
CPO市场前景与受益标的梳理
Lightcounting预计CPO出货从800G和1.6T端口开始，2024至2025年商用，2026至2027年规模上量。全球CPO端口销售量将从2023年5万增长到2027年450万，2027年CPO端口在800G和1.6T出货总数中占比接近30%。Yole数据显示2022年CPO市场收入约3800万美元，预计2033年达26亿美元，CAGR为46%。
光引擎板块推荐中际旭创、新易盛、天孚通信；受益标的罗博特科（硅光封测设备）、杰普特、炬光科技等。光互连板块推荐中天科技、亨通光电；受益标的有源杰科技（CW光源）、长光华芯、太辰光（MPO）、致尚科技（MPO）、仕佳光子（FA）等。交换机板块推荐紫光股份、盛科通信、中兴通讯；受益标的锐捷网络、菲菱科思等。先进封装受益标的有通富微电、长电科技、华天科技、晶方科技等。
CPO与可插拔方案核心对比| 指标 | 可插拔光模块 | CPO | CPO优势 |
|---|
| ASIC-光引擎距离 | PCB边缘（~100mm+） | <50mm | 信号完整性优 |
| 功耗 | 15-20 pJ/bit | 5-10 pJ/bit | 降低50%+ |
| 带宽密度 | 基准 | 提升一个数量级 | 更高 |
| 体积 | 大 | 小 | 节省空间 |
