LightCounting：CPO开发达顶峰，2027年迎量产

  ICC讯  上周，市场研究机构LightCounting成功举办了其首届关于共封装光学（CPO）及相关技术的虚拟会议。该活动吸引了超过700名实时与会者，并有更多人注册观看录播。下一届会议计划于2026年7月15日举行。会议包含三个专题环节和一场闭幕讨论：成熟的CPO供应商（Broadcom和Coherent）、CPO初创公司（Avicena、Celestial AI、LightMatter和Nubis Communications）、CPO支持技术提供商（Alfalume、Lumentum、POET、Scintil Photonics和Senko），以及NLM Photonics的Brad Booth参与的闭幕讨论：“COBO是否领先于时代？”。

  为启动会议，LightCounting分享了最新的CPO市场预测（如图2所示）。目前CPO的开发活动水平正处于历史最高点，大规模部署很可能在2027年开始。线性驱动可插拔模块（LPO）的部署现已启动，预计明年将有数百万量级的部署（LightCounting的LPO预测中包含了半重定时（LRO）模块）。重定时可插拔模块（如800G及更高速率的光模块）不会消失——其出货量预计将从2025年到2030年增长三倍。LightCounting在去年底提高了对CPO的预测，以计入其在纵向扩展（scale-up）网络中的未来应用。目前Broadcom和Nvidia的CPO实施包括了用于横向扩展（scale-out）网络的以太网和InfiniBand交换机。LightCounting预计，Nvidia将在其未来的NVLink交换机版本中使用CPO。

  Broadcom最近发布了专为纵向扩展网络设计的Tomahawk Ultra交换机，LightCounting预计很快会看到该产品采用CPO。这是一款每通道100G的交换机——采用了Broadcom成熟的CPO设计（Bailly）。Tomahawk Ultra目前正在送样，预计在2026年上半年投入生产。

  成熟供应商进展

  Broadcom的Anand Ramaswamy展示了CPO的最新数据。截至2025年7月7日，CPO已累计超过86,000小时的高温工作寿命（HTOL）应力测试。该测试包括10个机架单元和13块夹层卡，配备了大量的CPO端口。此测试数据相当于一个800G CPO端口运行550万小时。测试还显示在“FEC尾部”方面性能极其稳定，表明在超过1,200小时内没有链路抖动。该指标不常用于表征可插拔光器件的性能，但对于横向扩展网络中的连接性至关重要。图3总结了Broadcom的CPO性能，表明其在一系列参数上具有宽裕的余量。在35°C温度下，每个端口的功耗也非常稳定，为5.5W。

  Coherent的Vipul Bhatt指出，CPO和可插拔收发器服务于两个需求不同的市场（如图4所示）。高性能插座（如CPX Socket）可以弥合需求差距，为CPO和共封装铜缆（CPC）连接提供选项，后者支持可插拔光器件。Broadcom和Nvidia当前的CPO设计使用不可插拔（焊接式）的CPO引擎，以减少交换机ASIC和CPO之间的电气损耗。可插拔CPO将不得不处理额外的1 dB损耗，但这将向竞争开放CPO市场，模仿当前的可插拔收发器生态系统。包括Meta和Microsoft在内的主要客户主张建立这样的生态系统，主要CPO供应商接受这一要求作为大规模部署的条件只是时间问题。Vipul还列出了CPO所需的一系列众多产品（无论是否可插拔），如图5所示。

  支持技术演进

  Lumentum的Matt Sysak展示了用于CPO外部激光源（ELS）的高功率连续波（CW）激光器的性能数据（图6）。这种高功率激光芯片的设计基于Lumentum数十年来在EDFA用高功率激光器方面的创新。

  Alfalume的Alexey Kovsh分享了量子点（QD）激光器的最新成果——这是对包括Lumentum在内的所有领先激光器供应商使用的量子阱激光器的潜在替代方案。除了更高的可靠性外，QD激光器在高温下提供改进的性能（如图7所示）。

  Senko的Ryan Vallance讨论了与CPO的光纤连接（图8进行了总结）。其中最关键的是一种可拆卸的光纤到芯片连接器，例如MPC36。图9展示了Senko使用金属光学平台（MOB）技术开发的MPC型连接器的设计。通过平面光栅的垂直耦合技术十多年前由Luxtera首次使用。它后来被整合到台积电（TSMC）最初与Luxtera合作开发的COUPE中，此后也与许多其他合作伙伴合作。它与台积电用于多芯片模块的CoWoS工艺兼容。光栅耦合器的一个重要限制是波长敏感性。它适用于DR4类型的光引擎，但FR4光引擎则改用边缘耦合。

  POET Technologies的Raju Kankipati讨论了他们公司的晶圆级集成和封装解决方案。图10展示了他们使用激光器、透镜、隔离器和光纤阵列进行边缘耦合的方法，以尽量减少所需的有源对准步骤。

  最近加入Scintil Photonics的Jim Theodoras讨论了该公司在绝缘体上硅（SOI）晶圆上异质集成磷化铟（InP）芯片的独特方法（如图11所示）。在该方法实现的各种解决方案中，该公司现在提供用于支持CPO的外部激光源的多波长DFB激光器阵列。

  CPO初创企业动态

  Avicena的Chris Pfistner展示了产品路线图（图12）。该公司的2D微发光二极管（Micro-LED）阵列可适用于高速有源光缆（AOC）、板上和可插拔连接，用于纵向扩展网络。这些解决方案需要齿轮箱（Gear Box）将多个低速（<10Gbps）LED连接复用以实现每通道200G的信号传输。尽管齿轮箱需要额外的功耗，但由于极低功耗的Micro-LED，Avicena的解决方案可实现5pJ/bit的能效。

  Nubis Communications开发的产品也依赖于2D阵列互连，但与Avicena的方法不同，它们基于高速硅光子技术，不需要齿轮箱。图13展示了电互连和光互连2D阵列的优势。

  Celestial AI和LightMatter是当今行业中最大胆且资金最充足的初创公司。两家公司都瞄准了比Broadcom、Nvidia和其他新兴供应商当前解决方案（在图14中称为Gen 2 CPO）更先进的CPO版本。Gen 4 CPO不是将光引擎放置在ASIC周围，而是将光互连置于ASIC下方（图14, 15）。采用这种方法将偏离当前的小芯片（chiplet）封装技术，如台积电开发的CoWoS。在LightCounting看来，这将是采用Gen 4 CPO的主要障碍，但尽早开始开发并在投资者愿意付费时尽可能多地筹集资金永远不嫌早。

  Tomahawk Ultra：为纵向扩展以太网而生

  上个月，LightCounting发布了一份关于Tomahawk 6的研究报告，指出了Broadcom针对AI集群横向扩展互连的新定位。然而，当时仍处于保密状态的是一款为纵向扩展以太网（Scale-Up Ethernet, SUE）彻底重新设计的交换机。尽管命名延续，Tomahawk Ultra代表了一种新设计，旨在提供更低延迟和更强的小数据包性能。Broadcom启动该设计时，目标是取代高性能计算（HPC）中的InfiniBand。随着项目推进，Nvidia的NVLink纵向扩展互连成为了新目标。

  由于其长开发周期，Tomahawk Ultra (TH-U) 与Tomahawk 5 (TH5) 的共同点多于新的Tomahawk 6 (TH6)。事实上，Broadcom设计TH-U时要求其与Tomahawk 5实现100%引脚兼容。单芯片的TH-U设计采用了与TH5相同的512x100Gbps Peregrine SerDes，复用了成熟的5nm设计。这造就了一个51.2Tbps的交换机，可驱动长达4米的DAC或具有等效插入损耗的铜背板。这也意味着TH-U应与通过TH5认证的LPO模块兼容，并且如果客户需要全CPO版本，它可以与Bailly CPO引擎结合使用。TH-U目前正在送样，应在2026年上半年投入生产。

  为实现宣称的250ns延迟，Broadcom必须使用比TH5更多、更快的分组处理流水线。它还重新设计了流量管理器和缓冲存储器架构。由于TH5的芯片尺寸已经接近光罩极限，TH-U通过减小数据包缓冲区来为更多流水线以及新的网络内集合（In-Network Collective, INC）引擎腾出空间。因此，在需要更大缓冲区的现有应用中，TH-U不会取代TH5。

  与对TH6保留部分功能细节不同，Broadcom明确宣传了TH-U实现其纵向扩展以太网（SUE）规范所需的功能。这些功能包括链路层重试（Link Layer Retry, LLR）和基于信用的流量控制（Credit-Based Flow Control, CBFC），它们提供了像InfiniBand一直提供的硬件级可靠性。LLR和CBFC都是上个月发布的超以太网规范（Ultra Ethernet Specification, UES）v1.0的可选功能。TH-U还支持优化的以太网报头，SUE规范将其称为AI转发报头（AI Forwarding Header, AIFH）。AIFH本质上是将标准的IP+UDP报头压缩为一个更小的熵值，该值仍用于负载均衡。

  TH-U提供最多256个200GbE端口，允许其单跳连接多达256个XPU（加速处理单元）。这是TH6最大端口数的一半，并且TH6-200G变体还支持两倍的通道速度。很容易想象在3nm技术的第二代TH-U上使用200G SerDes，但这样的芯片不太可能很快出现。与此同时，TH-U比已经开始以200G/通道出货的NVLink5落后一代。

  报告全文可在LightCounting官网免费获取：https://www.lightcounting.com/resources