产棱拆解｜CPO光引擎深度拆解：一颗光引擎里到底有多少颗芯片？

重点不是背器件，而是沿着一条真实的数据路径，把 CPO 光引擎拆到芯片、器件、封装，再看瓶颈如何迁移。

一、核心结论：CPO真正改变的不是“光模块”，而是光电转换的位置

CPO（Co-Packaged Optics，共封装光学）的核心，并不是简单地把传统光模块做得更小。

它真正改变的是：

高速电信号究竟要在PCB上跑多远，才进行“电→光”的转换。

传统架构：

Switch ASIC（交换芯片）

→ PCB高速电通道

→ 光模块

→ 电→光

→ 光纤

CPO：

Switch ASIC

→ 极短距离电连接

→ Optical Engine（光引擎）

→ 电→光

→ 光纤

因此，CPO本质上是在解决一个越来越严重的问题：

交换芯片越来越快，但高速电信号在PCB、连接器、封装之间越来越难跑。

当SerDes（串行器/解串器）速率继续提高以后，电通道的插损、反射、串扰、抖动和功耗都会快速恶化。

于是产业开始把光转换的位置不断往交换芯片附近移动。

这就是CPO产生的物理原因。

二、先不要看芯片，先看一条完整数据是怎么跑的

假设：

GPU A → GPU B

GPU A产生大量数据。

数据首先进入交换网络。

可以简化成：

GPU A

↓

Switch ASIC

↓

CPO Optical Engine

↓

Laser + PIC

↓

光纤

↓

另一端 Optical Engine

↓

PD + TIA

↓

Switch ASIC

↓

GPU B

实际上，整个过程就是：

电 → 光 → 光纤 → 光 → 电

所以一套完整CPO系统一定存在两个方向：

TX（Transmit，发送）

以及

RX（Receive，接收）

而这两边并不是简单地使用完全相同的器件。

三、TX：发送端到底发生了什么？

先从发送端开始。

假设Switch ASIC决定：

“我要把这一批数据发到另一台服务器。”

它产生的是高速电信号。

完整路径大致是：

Switch ASIC

→ SerDes

→ Driver

→ Modulator

→ PIC

→ Fiber

但是这里面实际上还需要Laser。

因此更准确地理解：

电信号 + 光源

→ 光调制

→ 光纤

四、第一颗核心芯片：Switch ASIC

Switch ASIC：

Switch Application-Specific Integrated Circuit

交换专用集成电路

它可以理解成：

AI Factory网络里的交通调度中心。

GPU并不是直接把所有数据互相连接。

当GPU数量达到几千、几万甚至更高规模以后，需要交换芯片决定：

数据从哪里来？

应该送到哪里？

走哪条路径？

所以Switch ASIC本身的带宽增长，是整个CPO产业发展的最上游驱动力之一。

例如：

12.8T → 25.6T → 51.2T → 102.4T

交换容量不断提升。

但问题来了：

交换芯片速度提升以后，芯片周围的高速电信号也必须越来越快。

这就开始撞上电互连的墙。

五、第二层：SerDes

SerDes：

Serializer / Deserializer

串行器 / 解串器

它负责把芯片内部的数据变成高速串行电信号，或者反过来恢复。

可以简单理解成：

把大量数据压缩到非常高速的“电信号车道”里。

比如原来：

很多条低速车道

逐渐变成：

更少但速度极高的高速车道。

随着单lane速率不断提高：

56G → 112G → 224G → 更高

问题开始变得非常明显：

电信号跑得越快，对PCB、封装、连接器、铜材料的要求越高。

于是CPO开始出现。

六、为什么不能让电信号一直跑？

这是理解CPO最关键的一步。

很多人第一次研究CPO，会认为：

光通信更快，所以把光模块放到交换芯片旁边。

这个理解还不够。

真正原因是：

高速电信号在铜线上越来越难跑。

电信号经过PCB的时候，会发生：

1. 插入损耗
2. 介质损耗
3. 导体损耗
4. 反射
5. 串扰
6. 抖动
7. 信号完整性下降

而且频率越高，这些问题越严重。

所以产业真正想做的是：

让电信号尽可能短距离地存在。

于是：

Switch ASIC → Optical Engine

两者越来越近。

这就是CPO。

七、第三层：Driver——真正推动光器件工作的芯片

Driver：

Laser / Modulator Driver

激光器/调制器驱动芯片

它负责把高速电信号转换成能够驱动光器件的电信号形式。

这里出现一个很重要的区别：

Switch ASIC不是直接“发光”。

它产生的是高速电信号。

Driver负责进一步驱动：

Laser / Modulator

所以：

Switch ASIC

→ SerDes

→ Driver

→ 光调制器

这才逐渐进入真正的光学世界。

八、光从哪里来？

这里就出现一个非常容易混淆的问题：

硅光芯片自己会不会发光？

通常不能这么理解。

硅光平台主要负责：

光的传输、调制、耦合、分波、合波以及光电集成。

真正的光源通常来自：

Laser（激光器）

例如：

1. DFB（分布式反馈激光器）
2. EML（电吸收调制激光器）
3. CW Laser（连续波激光器）

所以一个非常重要的关系是：

PIC负责“处理光”，Laser负责“提供光”。

九、第四层：PIC——真正的硅光核心

PIC：

Photonic Integrated Circuit

光子集成电路

也就是我们经常说的：

硅光芯片 / Silicon Photonics

它可以集成很多光学功能。

例如：

1. Waveguide（光波导）
2. Modulator（光调制器）
3. Coupler（光耦合器）
4. Splitter（分光器）
5. Mux/Demux（波分复用/解复用）
6. Photodetector（光探测器）

所以PIC更像一个：

“光信号处理平台”。

十、TX端PIC到底干什么？

发送端最重要的一个动作：

把电信号加载到光上。

假设Laser已经提供了一束连续的光。

但这束光本身没有携带我们的数据。

这时候：

Driver → Modulator

调制器改变光的某些属性。

例如：

1. 强度
2. 相位
3. 频率
4. 偏振等

最终：

原本没有数据的光

→ 携带高速数据的光

然后进入光纤。

所以TX端可以理解成：

电数据

↓

Driver

↓

Modulator

↓

PIC

↓

数据光

十一、RX端完全不同

现在光已经经过几十米、几百米甚至更长距离的光纤。

到达另一端。

此时任务反过来了：

把光重新变成电。

所以：

Fiber

↓

PIC / Coupler

↓

Photodetector

↓

TIA

↓

SerDes

↓

Switch ASIC

这就是接收端。

十二、RX端也需要硅光PIC吗？

答案是：

很多CPO架构中需要，但它承担的功能与TX侧并不完全一样。

接收端首先要解决：

如何把光纤里的光准确地接进芯片内部。

这就是：

Fiber Coupling（光纤耦合）

然后通过：

Waveguide（光波导）

把光送到：

Photodetector / PD（光探测器）

所以RX侧的PIC可能承担：

光纤耦合

→ 光波导

→ 光分配

→ 光探测

最终完成：

光 → 电

十三、第五层：Photodetector——真正负责“看见光”

Photodetector：

光探测器

它的作用非常直接：

把光信号转换成电流。

最常见的是：

PD（Photodiode，光电二极管）

但是刚转换出来的电信号非常弱。

所以还不能直接进入Switch ASIC。

于是进入下一颗关键芯片：

十四、第六层：TIA——接收端非常重要的芯片

TIA：

Transimpedance Amplifier

跨阻放大器

它负责：

把光探测器产生的微弱电流转换成可以进一步处理的电压信号。

所以：

光

↓

PD

↓

微弱电流

↓

TIA

↓

可处理高速电信号

这就是为什么你前面问“接收端有没有电芯片”非常重要。

答案不仅有，而且：

TIA就是RX端非常核心的电芯片。

十五、因此一套完整的TX/RX可以这样画

TX发送端

Switch ASIC

↓

SerDes

↓

Driver

↓

Modulator

↓

PIC

↑

Laser

↓

Optical Coupling

↓

Fiber

RX接收端

Fiber

↓

Optical Coupling

↓

PIC / Waveguide

↓

Photodetector

↓

TIA

↓

SerDes

↓

Switch ASIC

这样就非常清楚了。

十六、所以“一颗光引擎”其实不是一颗芯片

这是研究CPO必须建立的第一个概念。

Optical Engine：

光引擎

不是：

一颗超级硅光芯片。

而是一个高度集成的光电功能组件。

它可能包含：

类型典型器件
光芯片	PIC、硅光芯片
光源	Laser、CW Laser
发射电芯片	Driver
接收电芯片	TIA
光探测	PD
光学器件	Coupler、Waveguide
光纤接口	Fiber Array
封装	光电共封装结构

因此：

Optical Engine本质上是一个小型的“光电转换工厂”。

十七、为什么CPO一定要解决散热？

这里开始出现第二个巨大问题。

注意：

Switch ASIC本身就是一个巨大的热源。

而现在我们又把：

1. Driver
2. Laser
3. PIC
4. TIA
5. PD

全部放到它旁边。

于是出现一个非常现实的问题：

光器件喜欢什么环境？

和：

交换芯片喜欢什么环境？

并不完全一样。

特别是Laser。

激光器对温度非常敏感。

而Switch ASIC恰恰是AI Factory里面最热的器件之一。

所以CPO出现了一个非常重要的矛盾：

为了缩短电距离，光器件必须靠近ASIC；为了保证光器件性能，光器件又希望远离热源。

这就是CPO的一个核心工程矛盾。

十八、于是出现ELS：外置激光源

ELS：

External Laser Source

外置激光源

它的思路非常简单：

既然：

Laser怕热

那就：

把Laser从最热的地方拿走。

于是形成：

**Switch ASIC

1. Optical Engine
2. 外部Laser**

这样可以降低：

1. 热耦合
2. 激光器温漂
3. 光源维护难度

所以未来CPO并不是简单地：

“所有东西都塞进ASIC旁边。”

而是在寻找：

哪些东西必须靠近ASIC？哪些东西可以拿出去？

这就是架构演进。

十九、CPO真正的矛盾开始出现

现在可以看到CPO解决了一堵墙：

第一堵墙

高速电信号传输距离太长

↓

CPO

↓

把光转换位置提前

问题暂时解决。

但是马上出现新的墙：

第二堵墙

热

↓

ASIC + 光引擎高度集中

↓

散热困难

然后又出现：

第三堵墙

光耦合

光纤如何可靠地与芯片连接？

↓

Coupling Loss

耦合损耗

↓

Alignment

光学对准

↓

封装精度要求极高。

然后还有：

第四堵墙

可靠性与可维护性

传统光模块：

坏了可以拔下来换。

CPO：

光引擎和ASIC高度集成。

如果出现故障：

怎么办？

这就是CPO商业化过程中非常现实的问题。

二十、CPO实际上把价值链重新组合了

传统光模块产业链比较清楚：

光芯片

→ 激光器

→ 光模块

→ 交换机

CPO以后逐渐变成：

Switch ASIC

↕

先进封装

↕

PIC

↕

Laser

↕

Driver / TIA

↕

Fiber

于是：

半导体、光通信、先进封装、PCB、材料、散热开始真正融合。

这也是为什么CPO不是单纯的“光通信升级”。

它实际上是：

半导体 + 光通信 + 先进封装 + 高频PCB + 热管理的交叉产业。

二十一、PCB/CCL并没有消失

这一点也非常重要。

很多人会产生一个误解：

CPO既然减少电信号距离，是不是以后PCB不重要了？

不是。

CPO减少的是：

最关键的超高速电通道距离。

但整个系统仍然需要：

1. 电源
2. 控制信号
3. 管理信号
4. 低速/中速信号
5. 高速连接
6. 芯片封装基板
7. 系统级PCB

因此：

PCB → CCL → 铜箔 → 树脂 → 玻纤布

整个产业链仍然存在。

只是价值结构发生变化。

二十二、ABF又在哪里？

ABF：

Ajinomoto Build-up Film

味之素增层膜

它主要出现在高端IC封装基板体系。

可以简单理解：

Switch ASIC

↓

先进封装

↓

ABF Substrate（ABF封装基板）

↓

PCB

因此你前面研究的：

电子布 → 树脂 → 铜箔 → CCL → PCB → ABF → 芯片封装

现在终于可以和CPO真正连接起来。

二十三、把整个CPO产业链重新串起来

现在可以得到一条完整的产业链：

AI GPU / XPU

↓

Switch ASIC

↓

SerDes

↓

Driver / TIA

↓

PIC / Silicon Photonics

↓

Laser

↓

Optical Engine

↓

先进封装

↓

ABF / Substrate

↓

高速PCB

↓

CCL

↓

铜箔 / 树脂 / 电子布

↓

Fiber Array

↓

光纤

↓

下一台Switch

↓

GPU / XPU

这时候你就会发现：

CPO并不是一个点，而是一条横跨半导体、光通信、PCB、封装、材料的产业链。

二十四、但是最重要的不是产业链，而是“瓶颈迁移”

这才是产棱真正应该关注的地方。

CPO的发展不是：

所有产业链一起增长。

而是：

旧瓶颈解决 → 新瓶颈出现 → 新产业环节获得价值。

现在可以形成一个非常清楚的链条：

高速电互连

↓

成为瓶颈

↓

光转换前移

↓

CPO

↓

电互连压力下降

↓

新的问题出现：

热

光耦合

Laser可靠性

先进封装

光器件良率

Fiber连接

↓

新的瓶颈形成。

这就是产业真正的传导过程。

二十五、因此研究CPO不能只问“谁生产硅光芯片”

真正应该问的是：

下一堵墙在哪里？

例如：

如果瓶颈在高速电通道

重点关注：

PCB / CCL / 铜箔 / 封装 / SerDes

如果瓶颈转向光引擎

重点关注：

PIC / Driver / TIA / PD

如果瓶颈转向光源

重点关注：

Laser / CW Laser / ELS

如果瓶颈转向封装

重点关注：

先进封装 / ABF / Substrate / 光电耦合

如果瓶颈转向散热

重点关注：

液冷 / 冷板 / 热界面材料 / 电源

这就从“CPO产业链研究”进入了真正的：

CPO Bottleneck Mapping（CPO瓶颈映射）。

二十六、最终建立一张真正有用的CPO物理地图

你以后再看任何一家CPO公司，都不要先看股票代码。

先把它放进这张地图：

① 电

Switch ASIC

SerDes

Driver

TIA

↓

② 光

PIC

Modulator

PD

Coupler

Waveguide

↓

③ 光源

DFB

EML

CW Laser

ELS

↓

④ 光引擎

Optical Engine

↓

⑤ 封装

Advanced Packaging

ABF

Substrate

↓

⑥ 高频电连接

PCB

CCL

Copper Foil

Resin

Glass Fabric

↓

⑦ 光连接

Fiber Array

MPO/MTP

Optical Fiber

↓

⑧ 系统

Switch

Network

AI Factory

然后再问：

现在产业最缺的究竟是哪一个？

这比单纯研究“CPO概念股”有效得多。

二十七、产棱最终视角

如果把整个CPO产业压缩成一句话：

CPO的第一阶段，是把高速电信号尽快变成光；第二阶段，是解决光电器件靠近高功耗ASIC以后产生的热、封装、耦合和可靠性问题；第三阶段，则可能继续推动光电计算与网络架构重新设计。

所以真正值得持续跟踪的不是：

“CPO什么时候放量？”

而是：

“CPO每解决一个瓶颈之后，下一堵墙在哪里？”

这才是CPO产业真正的产业传导主线。

而刚才追问的“接收端是不是也需要硅光芯片”，其实已经触及了一个非常重要的研究入口：

未来CPO的价值量不能只看PIC本身，而要看整个 Optical Engine 中，TX、RX、Laser、Driver、TIA、PD、封装和耦合的价值如何重新分配。