光电共封装技术（CPO）的技术原理与未来，变成利润还需要多久？

术道研究员

光电共封装技术（CPO）的技术原理与未来，变成利润还需要多久？

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光电共封装技术（CPO）是一种新型的光电子集成技术，是将光模块与交换芯片共同装配在同一个插槽或封装体内，在芯片上添加电极使其与光器件实现电光转换，从而在单个封装中实现多种光电功能，以实现高速光通信和高性能电子处理的紧密集成。

光电共封装技术（CPO）的技术形态：

2D平面CPO：将光集成电路（PIC）和集成电路并排放置在基板或PCB上，通过引线或基板布线实现互连。优点是易于封装、灵活性高，PIC和集成电路都可以使用不同的材料、利用不同的工艺单独制作。

2.5DCPO：将电子集成电路（EIC）和PIC均倒装在中介层上，通过中介层上的金属互连PIC和EIC，中介层再与下方的封装基板或PCB板相连。

3DCPO：通过将光电芯片进行垂直互连，可以实现更短的互连距离、更高的互连密度、更好的高频性能、更低的功耗、更高的集成度以及更紧凑的封装，是目前CPO技术研究的热点和趋势。

光电共封装技术（CPO）的优势：

低延迟：光模块和电子芯片在同一个封装内，信号传输路径更短，可实现更低的延迟，满足对时延要求苛刻的应用需求。

高带宽：支持高速光通信，能够提供更大的数据传输带宽，以满足数据中心等对大容量数据传输的需求。

小尺寸：相比传统的光模块和电子芯片分离封装的方式，可实现更紧凑的尺寸，在高密度数据中心环境下，可以将更多的端口装在相同大小的机柜中。

低功耗：减少了信号传输的功耗，并提高整体系统的能效，与传统的光模块相比，CPO在相同数据传输速率下可以减少约50%的功耗。

高可靠性：缩短了交换芯片和光引擎之间的传输距离，减少信号损耗，提升传输效率，同时避免传统封装技术中不同芯片间的电磁干扰。

光电共封装技术（CPO）的缺点：

技术难度高：涉及到光学、电学、材料学等多个学科领域的交叉融合，对封装工艺和设备的要求极高，制造过程复杂，需要高精度的对准、耦合等技术，实现难度较大，导致生产效率相对较低，大规模量产存在一定挑战。

测试与维修困难：光芯片和电芯片封装在一起，若某颗芯片发生损坏，整个模块就无法正常工作，不仅使良率下降，也给测试带来诸多困难，难以准确判断故障点。且由于封装结构的复杂性，维修成本高昂，甚至可能无法维修，只能整体更换。

光学元件兼容性问题：不同的光学元件和芯片可能存在兼容性问题，需要进行严格的筛选和优化，以确保整个系统的性能和稳定性。

材料限制与成本：某些高性能的封装材料可能成本较高，或者存在供应受限的问题，如一些特殊的光学材料、高精度的基板材料等，这可能会增加封装的成本和生产的难度。

散热问题：由于光学器件对热特别敏感，而共封装结构中芯片和光学元件的集成度较高，散热空间有限，散热难度增大，需要特殊的散热方案来保证系统稳定工作。

光电共封装技术（CPO）的应用领域：

数据中心：数据中心对高速、高带宽、低延迟和低功耗的光通信需求极高，CPO技术的小尺寸、高集成度和低功耗等优势，使其成为数据中心内部网络连接的理想选择，如服务器与交换机之间的连接、交换机之间的互联等，可以有效提高数据中心的能效和性能。

高性能计算：在高性能计算系统中，如超级计算机、云计算中心等，大量的计算节点需要高速的数据通信。CPO技术能够提供高带宽、低延迟的光互连，满足高性能计算对数据传输的严格要求，提高计算效率和系统性能。

人工智能：随着人工智能技术的发展，尤其是深度学习模型的训练和推理，对计算能力和数据通信带宽的需求呈爆发式增长。CPO技术可以为人工智能芯片和服务器之间提供高速、低延迟的光通信连接，加速数据传输和模型训练过程，提高人工智能系统的性能和效率。

光电共封装技术（CPO）的发展现状：

全球多家不同背景的大厂商已经开始布局该领域研发，包括云计算巨头如AWS、微软、Meta、谷歌，以及网络设备龙头和芯片龙头如思科、博通、Marvell、IBM、英特尔、英伟达、AMD、台积电、格芯、Ranovus等。在中国，中际旭创、新易盛、光迅科技等在内的多家光模块企业也宣布推出1.6T光模块产品，并计划在2025年开始大规模生产和应用。

光电共封装技术（CPO）的未来发展趋势

集成度持续提高：未来，CPO技术将朝着更高的集成度发展，将更多的功能元件集成到单个封装中，进一步减小尺寸、降低功耗和提高性能。

材料创新与优化：研究人员将不断探索新型的封装材料，以提高光电器件的性能、降低成本和解决散热问题等。

制造工艺改进：随着技术的发展，CPO的制造工艺将不断改进和优化，提高封装的精度、可靠性和生产效率，降低生产成本，实现更精密的对准和互联。

应用领域拓展：CPO技术的应用领域将不断拓展，除了现有的数据中心、高性能计算和人工智能等领域，还将在5G通信、物联网、智能驾驶等领域得到广泛应用

一项新的技术应用，需要一定的时间，产生规模收益需要解决成本与技术的平衡问题，但是随着科技的发展，都将会解决，就看谁能突破了。

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