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1、通信通信 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 1/56 通信通信 2024 年 12 月 31 日 投資評級：投資評級：看好看好（維持維持）行業走勢圖行業走勢圖 數據來源：聚源 算力即國力，上海市力推 AI 發展，重視國產算力行業點評報告-2024.12.30 小米搭建萬卡集群，巨頭相繼發力，國產算力崛起行業點評報告-2024.12.26 o3 模型亮相，國內 AIDC 產業鏈或迎漲價潮行業周報-2024.12.22 深度拆解深度拆解 CPO：AI 智算中心光互聯演進方向之一智算中心光互聯演進方向之一 行業深度報告行業深度報告 蔣穎（分析師）蔣穎（分析師）陳光毅（聯系人）陳光毅（聯系人）

2、證書編號：S0790523120003 證書編號：S0790124020006 AI 光通信時代，光通信時代，CPO 迎三大產業變化迎三大產業變化（1）變化 1：硅光技術加速發展，CPO 硅光光引擎不斷成熟。硅基光電子具有和成熟的 CMOS 微電子工藝兼容的優勢，有望成為實現光電子和微電子集成的最佳方案。硅光光引擎作為當前 CPO 光引擎的主流方案，硅光技術的成熟有望進一步帶動 CPO 的發展；（2）變化 2：龍頭廠商積極布局 CPO，進一步催化 CPO產業發展。Intel、Broadcom、Raonvus、AMD、Marvell、Cisco 等各大芯片廠商均有在近年 OFC 展上推出 CPO

3、 原型機，Nvidia 及 TSMC 等廠商也展示了自己的 CPO 計劃；（3）變化 3：AI 時代高速交換機需求增長，CPO 是在成本、功耗、集成度各個維度上優化數據中心的光電封裝方案，優勢不斷凸顯。CPO 有望帶動硅光光引擎、有望帶動硅光光引擎、CW 光源、光纖、光源、光纖、FAU、MPO/MTP 等需求等需求增長增長 光子 IC(PIC)和電子 IC（EIC）組成光引擎，實現光電轉換的高性能光引擎（PE/OE）是 CPO 技術的核心，硅光技術是目前 CPO 光引擎的主要解決方案；外部激光源（ELS）是硅光 CPO 的主流選擇，當前主流硅光 CPO 將連續波（CW）激光器光源單獨外置，作為

4、高密度封裝體的外圍可插拔單元；CPO 內部光纖路由方面，硅光光引擎通過與光纖陣列單元（FAU）耦合實現光的進出。在光纖線束管理方面，可進一步引入光纖柔性板（Fiber Shuffle）、帶狀光纖（Fiber Ribbon）、光纜捆束（Fiber Harness）、光纖帶集線器（Fiber ribbon accumulator）、光纖預裝盒等來提高光纖的可靠性。使用 CPO 的光纖鏈路包含更多的光纖連接器，以 MPO/MTP 為代表的多芯連接器有望成為未來發展趨勢。CPO 發展潛力發展潛力較大較大，但但商業落地仍需產業協同商業落地仍需產業協同，重點關注各大細分板塊，重點關注各大細分板塊 我們認為

5、，CPO 目前處于產業化初期，除了技術上的挑戰外，更受集成光學器件的市場接受度、標準和制造能力的限制，作為光通信解決方案的一環，其發展仍需整體產業鏈的協同推進。整體來看，需重點關注以下板塊：（整體來看，需重點關注以下板塊：（1）光引擎板塊：）光引擎板塊：包括硅光光器件包括硅光光器件/光模塊廠商和硅光工藝配套廠商。光模塊廠商和硅光工藝配套廠商。推薦標的：中際旭創、新易盛、天孚通信等；受益標的：羅博特科、杰普特、炬光科技等；（2）光互連板塊：）光互連板塊：包括包括 ELS/CW 光源、光源、TEC、光纖、光纖連接器及封裝工藝。、光纖、光纖連接器及封裝工藝。推薦標的：中天科技、亨通光電；受益標的：源

6、杰科技、長光華芯、仕佳光子、光迅科技、光庫科技、富信科技、東方電子、太辰光、博創科技、致尚科技、天孚通信、通富微電、長電科技、華天科技、晶方科技等；（3）交換機板塊：主要包括交換機）交換機板塊：主要包括交換機&交換芯交換芯片供應商。片供應商。推薦標的：紫光股份、盛科通信、中興通訊；受益標的：銳捷網絡、菲菱科思、共進股份、烽火通信、光迅科技等。風險提示：風險提示：AIGC 發展放緩，配套 CPO 需求不及預期的風險；CPO 相關工藝升級不及預期的風險；CPO 產業鏈推動不及預期影響；存在貿易壁壘的風險。-29%-14%0%14%29%43%2024-012024-052024-09通信滬深300

7、相關研究報告相關研究報告 開源證券開源證券 證券研究報告證券研究報告 行業深度報告行業深度報告 行業研究行業研究 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 2/56 目目 錄錄 1、CPO 是一種新型的光電子集成技術.5 2、CPO 的深度拆解：或帶動硅光光引擎、CW 光源、光纖、FAU、MPO/MTP 等需求增長.7 2.1、硅光光引擎是 CPO 技術核心之一.9 2.1.1、光引擎平臺：硅光技術是目前 CPO 光引擎的主要解決方案.9 2.1.2、光引擎集成：CPO 技術將增加先進封裝工藝需求.13 2.2、光源：ELS 是當前硅光 CPO 的主流選擇.19 2.3

8、、光學互聯：CPO 光鏈路較可插拔方案引入額外的光纖及光纖連接器.22 2.4、電氣互聯：CPO 中單片 CMOS EIC 或成發展方向.27 3、AI 光通信時代，CPO 迎三大產業變化.30 3.1、變化 1：硅光技術加速發展，CPO 硅光光引擎不斷成熟.30 3.2、變化 2：龍頭廠商積極布局 CPO，進一步催化 CPO 產業發展.35 3.2.1、Broadcom：TH5-Bailly SiPh PIC+7nm CMOS EIC+FOWLP.36 3.2.2、TSMC：積極布局硅光技術，推出 COUPE 平臺.39 3.2.3、Nvidia：GPU 龍頭企業，積極布局 CPO DWDM

9、 方案.40 3.3、變化 3：AI 時代高速交換機需求增長，CPO 方案優勢不斷凸顯.44 3.3.1、AI 時代交換機帶寬加速迭代，端口互聯速度快速發展.44 3.3.2、AI 集群加速 Scale out，后端網絡組網拉動高速交換機需求.45 3.3.3、AI 集群功耗成關鍵挑戰，CPO 方案優勢凸顯.47 4、CPO 發展潛力較大，商業落地仍需產業協同.48 4.1、技術方面，CPO 在工藝、仿真以及測試等方面仍面臨很多挑戰.48 4.2、產業協同：AI 時代 CPO 方案或與可插拔方案長期共存.49 5、受益標的梳理.51 6、風險提示.54 圖表目錄圖表目錄 圖 1：CPO 有望成

10、為未來數據中心互連的重要解決方案.5 圖 2：光接口能效演進低于 ASIC 部分.5 圖 3：CPO 有望替代傳統可插拔光模塊.6 圖 4：CPO 較傳統光模塊集成大量光電器件.7 圖 5：CPO 利用光互連替代傳統光模塊至交換芯片的銅互連.8 圖 6：光引擎是 CPO 技術核心之一.9 圖 7：VCSEL CPO 方案適用于超短距離傳輸.10 圖 9：硅光調制器常見構型：MZM、微環調制器、布拉格光柵調制器.12 圖 10：硅光耦合器通常使用端面耦合以及光柵耦合兩種方式.13 圖 11：PE 集成方案包括單片集成或異構集成.14 圖 12：CPO 技術將增加先進封裝工藝需求.14 圖 13：

11、基于 2D 封裝 PE 的 CPO.14 圖 14：硅基 Interposer 方案提供精細的布線功能.15 圖 15：有機封裝利用有機基板作為基材.16 圖 16：FOWLP 通過晶圓級封裝促進小尺寸封裝和大規模生產能.16 圖 17：玻璃材料是 Interposer 的優質候選材料.17 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 3/56 圖 18：Corning 積極推進玻璃 Interposer.17 圖 19：光電芯片通過 3D 封裝進行垂直互連.17 圖 20：3D 封裝的 CPO 技術也是目前研究的熱點和趨勢.18 圖 21：硅光 CPO 主要采用 ELS

12、.19 圖 22：輸出功率和功耗是 ELS 的關鍵特征.19 圖 23：有效的光電轉換是一個多維的非線性問題.20 圖 24：CW-DFB 激光器是目前 CPO 技術最優的外置光源選擇.20 圖 25：OIF 發布 ELSFP 標準.21 圖 26：ELS-DR/FR 應用實際由光引擎決定.21 圖 27：CPO 光互連主要包括光引擎到前面板連接器的光纖路由.22 圖 28：CPO 的實現涉及各種組件的系統規模集成.22 圖 29：光引擎接口保護涉及多種光電分離方案.23 圖 30：光纖陣列對材料和制造工藝的要求較高.23 圖 31：光引擎通過 FAU 耦合實現光的進出.23 圖 32：通過引

13、入中板/板載光互連解決方案來解決光引擎尾纖長度不同問題.24 圖 33：擴束連接器可以減少由于光學接口污染而導致的信號損失.24 圖 34：利用光纖柔性板管理.24 圖 35：通過部分硬件設計提高光纖可靠性.24 圖 36：ELS 通過保偏光纖連接光引擎.25 圖 37：用于光輸入的 PM 光纖和用于光輸出的非 PM 光纖的混合封裝.25 圖 38：光纖連接器品類繁多.26 圖 39：基于 MT 插芯的光纖連接器或成高容量配線需求的重要解決方案.26 圖 40：前面板需對光纖端口通道密度、連接器類型和熱管理等綜合考慮.26 圖 41：CPO 電氣接口選擇多樣.27 圖 42：DSP 功能或仍不

14、可或缺.28 圖 43：ADC+DSP 仍是下一代 224Gb/s 實現方案之一.28 圖 44：不同的 SerDes 模塊針對不同的距離進行了優化.29 圖 45：單片集成 EIC 或成 CPO 發展方向.29 圖 46：硅光技術綜合性能優異.30 圖 47：硅光技術應用廣泛.30 圖 48：數據中心中硅光光模塊已逐步應用.30 圖 49：硅光光模塊與傳統光模塊原理架構基本相似.31 圖 50：硅光收發器市場規模有望不斷擴大.31 圖 51：OIO 是一種芯片的光互連解決方案.32 圖 52：高耗能算力場景促進 OIO 發展.32 圖 53：硅光產業鏈不斷完善.32 圖 54：硅光 CPO

15、原型機不斷推出.36 圖 55：Broadcom CPO 產品不斷推出.36 圖 56：TH4-Huboldt 是 Broadcom 第一代 CPO 系統.37 圖 57：TH4-Huboldt 采用 SiPhPIC+SiGeEIC+TSV 架構.37 圖 58：TH5-Bailly 采用 SiPh PIC+7nm CMOS EIC+FOWLP 架構.38 圖 59：Broadcom 將 CPO 技術進一步拓展到算力芯片.38 圖 60：TSMC 推出 COUPE 平臺.39 圖 61：TSMC 提供其先進技術路線圖.40 圖 62：芯片異構集成是 TSMC 封裝技術之一.40 行業深度報告行

16、業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 4/56 圖 63：TSMC 供應商支持的 COUPE 設計工具.40 圖 64：不同的設備連接具有不同的帶寬和功耗.41 圖 65：CPO DWDM 或是個綜合性能優異的方案.41 圖 66：交換機卡和 GPU 卡中采用 CPO 器件.41 圖 67：GPU 卡、交換機卡分別構成相應機架.41 圖 68：Nvidia CPO DWDM 架構采用 DFB 光源和微環調制器.42 圖 69：激光器占主要功耗預算.42 圖 70：Nvidia CPO DWDM 架構中采用硅基 Interposer.42 圖 71：Nvidia 的 CPO 原型機

17、速率達到每根光纖 400Gbps.43 圖 72：Nvidia 已制造 CPO 各類型測試芯片.43 圖 73：TeraPHY 和 SuperNova 典型鏈路.43 圖 74：TeraPHY 采用硅光微環調制器.43 圖 75：光互連正逐漸取代銅互連.44 圖 76：ASIC 帶寬約每兩年翻一番.44 圖 77：以太網速度跟隨 ASIC 帶寬的擴展.44 圖 78：前后端網絡組網均來帶來大量交換機需求.45 圖 79：AI 網絡架構帶動 GPU 互聯需求.46 圖 80：RDMA 市場中交換機需求快速增長.46 圖 81：算力集群拓展方向包括 Scale up 和 Scale out.46

18、圖 82：Scale up+Scale out 構成后端網絡.46 圖 83：CPO 方案有望有效降低 AI 集群功耗.47 圖 84：CPO 產業鏈逐步成熟.50 圖 85：CPO 市場前景廣闊.50 表 1：海內外企業積極布局硅光子技術.33 表 2：CPO 產業重要板塊及公司.51 表 3：相關標的估值.52 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 5/56 1、CPO 是一種新型的光電子集成技術是一種新型的光電子集成技術 光電共封裝（光電共封裝（Co-Packaged Optics，CPO）是一種新型的光電子集成技術）是一種新型的光電子集成技術。光電共封裝基于

19、先進封裝技術將光收發模塊和控制運算的專用集成電路（ASIC）芯片異構集成在一個封裝體內，形成具有一定功能的微系統。光電共封裝技術進一步縮光電共封裝技術進一步縮短了光信號輸入和運算單元之間的電學互連長度，在提高光模塊和短了光信號輸入和運算單元之間的電學互連長度，在提高光模塊和 ASIC 芯片之間芯片之間的互連密度的的互連密度的同時實現了更低的功耗，是解決未來大數據運算處理中海量數據高速同時實現了更低的功耗，是解決未來大數據運算處理中海量數據高速傳輸問題的重要技術途徑。傳輸問題的重要技術途徑。圖圖1：CPO 有望成為有望成為未來數據中心互連的未來數據中心互連的重要重要解決方案解決方案 資料來源：i

20、dtechex 官網 單比特成本和功耗的降低單比特成本和功耗的降低需求需求持續催化持續催化 CPO 技術發展。技術發展。根據 Cisco 數據，20102022 年全球數據中心的網絡交換帶寬提升了 80 倍，背后的代價是交換芯片功耗增加約 8 倍，光模塊功耗增加 26 倍，交換芯片串行器/解串器（SerDes）功耗增加25 倍。由于光接口依賴于數?；旌系?SerDes 技術，其能效演進低于 ASIC 部分，光接口的單比特成本和功耗下降的速率遠落后于交換機 ASIC 部分，為了進一步降低功耗，需要通過縮短 SerDes 的距離或者減少 SerDes 的數量來降低功耗，因此在光互聯的系統結構上出現

21、了很多新型技術如 OBO、NPO、CPO 等。圖圖2：光接口能效演進低于光接口能效演進低于 ASIC 部分部分 資料來源：Rakesh ChopraLooking Beyond 400G 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 6/56 1995 年以來，可插拔光模塊已被行業廣泛使用，這些可插拔光模塊安裝在 PCB邊緣，ASIC 在封裝基底上，PIC/EIC 與 ASIC 芯片之間的距離是最遠的，走線較長，寄生效應明顯，存在信號完整性問題，且模塊的體積較大、互連密度低、多通道功耗較大。2018 年以來，板載光學（OBO）將光模塊的關鍵組件，如光引擎/電引擎安裝在與封裝

22、 ASIC 相同的 PCB 上，并圍繞封裝 ASIC 的四周排列，該方案使用 PCB 來連接封裝 ASIC 和光引擎/電引擎。較可插拔光模塊方案，PIC/EIC 與 ASIC 之間的距離縮短，功率和電氣性能方面有所改進。目前 OBO 已被部署于在特定需要比可插拔光學更高帶寬密度的場景中，如 IBM Power775 互連和 Atos/Bull BXI 互連等，且多基于多模光學。COBO 聯盟完成了一個針對板載光學的 MSA，包括關于八通道和十六通道（電氣）板載光模塊的規格，每通道最高可達 56 Gb/s。2020 年以來，業界提出近封裝光學（NPO），將光引擎放置在與封裝 ASIC 相鄰的可選

23、光學基板旁，集成在同一高性能基板上，使用高性能基板來連接封裝 ASIC 和光引擎。根據 OIF 定義，NPO 中 ASIC 和光學之間的長度可以達到 150mm，同時將信道損耗限制在 13dB 以內。2023 年以來，自 Intel 和,Broadcom 推出 CPO 產品后，CPO 得到進一步重視，其中光引擎（不包括光學基板）被放置在 ASIC 芯片的同一共封裝基板的四周。此前業界已開始圍繞 CPO 標準的建立共識，其中美國、中國和歐洲在標準化倡議方面走在了前列，包括光互聯論壇（OIF）、機載光學聯盟（COBO）、國際光子學與電子委員會（IPEC）和中國計算機互聯技術聯盟（CCITA）在內的

24、組織在實施 CPO 標準方面取得了實質性進展，根據 OIF 規定，CPO 將光引擎和 ASIC 的距離限制在 50mm以內，信道損耗限制在 10dB 以內。由于跨度更短和損耗降低，CPO 具有更低的功耗。根據 Broadcom 的數據，可插拔光模塊的功耗從 15pJ/bit 到 20pJ/bit 不等，而 CPO系統的功耗可以降低 50%以上，達到 5pJ/bit 到 10pJ/bit 的范圍。仿真結果表明，使用全對全通信模式時，時間縮短了 40%。通過在交換機和服務器中實施 CPO 技術，可以將網絡容量增加 2 倍，同時將交換機數量減少 64%。圖圖3：CPO 有望替代傳統可插拔光模塊有望替

25、代傳統可插拔光模塊 資料來源：John H.LauFlip Chip,Hybrid Bonding,Fan-In,and Fan-Out Technology 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 7/56 2、CPO 的的深度拆解深度拆解：或或帶動硅光光引擎、帶動硅光光引擎、CW 光源、光纖、光源、光纖、FAU、MPO/MTP 等需求增長等需求增長 CPO 方案通過將光引擎與交換芯片近距離互連，相較于傳統可插拔方案具有高帶寬、低延時、低功耗、小尺寸等優點，同時利用基于硅光的光引擎，CPO 使用經過驗證的半導體制造技術和設計工藝實現了高水平的光學和電氣設備集成，有望

26、實現規?；a、可靠性提高和成本的降低。從器件構成上來看，從器件構成上來看，相較于采用分立式器件的傳統可插拔光模塊，主流 CPO 方案中由于硅光光引擎的引入，除激光器外，大部分已實現了多種光電器件的硅基集成：有源器件方面，有源器件方面，激光器部分，傳統光模塊發射部分中的 EML 光芯片功能被解耦成光源和調制器，目前 CPO 多采用基于 CW 激光器的外置激光光源（ELS），一方面較 EML 激光器芯片可獲得成本上的優勢，且減少散熱影響，另一方面外置激光器方案與硅光芯片的耦合帶了新的挑戰；調制器部分，CPO 中采用集成與硅光芯片上的硅光調制器，包括馬赫-曾德爾調制器（MZM）、微環調制器（MRM

27、）等方案；探測器部分，傳統光模塊接收部分中采用分立的 PIN/APD 光電探測器，在 CPO 中同樣集成于硅光芯片上的 Ge-Si 光探測器成主流方案；無源器件方面，無源器件方面，除隔離器和 FAU 連接器外，硅光芯片替代了大部分傳統光模塊中的無源器件，傳統器件中的透鏡和大型組件都被取代，陶瓷、銅等材料用量大幅降低，晶圓、硅光芯片等電子材料占比提升，價值向硅光芯片、硅光引擎轉移，整體有望進一步實現工藝簡化和成本控制，同時硅光器件更高的集成密度帶來了芯片尺寸的大幅縮減，相較于傳統光模塊具備小型化優勢；電芯片方面，電芯片方面，傳統可插拔光模塊方案中的 DSP、TIA、Driver 等電芯片或被進一

28、步集成，CPO 中單片 CMOS EIC 有望成為重要發展方向。圖圖4：CPO 較傳統光模塊集成大量光電器件較傳統光模塊集成大量光電器件 資料來源：Manish MehtaAn AI Compute ASIC with Optical Attach to Enable Next Generation Scale-Up Architectures、開源證券研究所 從互連架構來看，從互連架構來看，在電氣連接上，通過引入更適合短距離場景 XSR SerDes，實現對電氣接口的優化；在連接零部件上，CPO 相較于傳統可插拔方案光互連取代銅互連，因此在交換機內部引入額外的光纖及光纖連接器，主要包括 EL

29、S-光引擎段、光引擎-前面板段，同時前面板原光模塊的電氣接口轉為光互連的光纖連接器。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 8/56 圖圖5：CPO 利用光互連替代傳統利用光互連替代傳統光模塊至交換芯片的銅互連光模塊至交換芯片的銅互連 資料來源：Corning 官網 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 9/56 2.1、硅光硅光光引擎是光引擎是 CPO 技術核心技術核心之一之一 CPO 作為一種光電器件的先進封裝技術，涉及系統架構、芯片制造和封裝的升作為一種光電器件的先進封裝技術，涉及系統架構、芯片制造和封裝的升級，級，從運行原理上看，從

30、運行原理上看，無論與無論與 ASIC 的接近程度如何，的接近程度如何，實現光電轉換的高性能實現光電轉換的高性能光引光引擎擎（PE/OE）都是都是 CPO 技術的核心技術的核心。光子 IC(PIC)和電子 IC（EIC）組成光引擎，PIC 和 EIC 通過光引擎的電氣接口連接。光引擎還通過其光接口光纖耦合器接收和傳輸光。來自激光二極管的未調制光首先通過源光引擎中的光纖耦合器耦合到 PIC。在通過驅動器控制調制器（MOD）后，攜帶信息的調制光信號通過光纖傳輸到目標光引擎。光信號由 PIC 中的光電探測器（PD）檢測并轉換為電流。在 EIC 中，電流信號通過跨阻放大器器（TIA）被放大并轉化為電壓信

31、號。最后，電壓信號通過電氣通道從 EIC 傳遞到目標 ASIC。圖圖6：光引擎是光引擎是 CPO 技術核心技術核心之一之一 資料來源：H.Hsia 等Heterogeneous Integration of a Compact Universal Photonic Engine for Silicon Photonics Applications in HPC 2.1.1、光引擎光引擎平臺平臺：硅光技術硅光技術是目前是目前 CPO 光引擎的主要解決方案光引擎的主要解決方案 目前目前CPO光引擎光引擎主要的技術路徑分別是基于硅光的技術路線和基于主要的技術路徑分別是基于硅光的技術路線和基于VCSE

32、L的的技術路線技術路線。硅光子集成技術因其集成度高、CMOS 工藝兼容已成為 CPO 光引擎的主要解決方案。VCSEL 方案在成本和功耗方面為超短距離傳輸提供了明顯的優勢方案在成本和功耗方面為超短距離傳輸提供了明顯的優勢，但但整體目前整體目前仍處于研發階段仍處于研發階段。功耗方面，功耗方面，VCSEL 具有優異的功耗特性（5Pj/bit），基本可滿足100m 以內的互聯需求，后續通過器件進一步升級為少?；騿文５?VCSEL，也有望能夠實現 km 級互聯長度。速率方面，速率方面，當前，VCSEL 較為成熟的器件為 25GBaud 量級，同時隨著 VCSEL 調制速率的增加，芯片的可靠性降低。在

33、56GBd 的情況下，暫無穩定可靠的大規模集成 VCSEL 陣列，后續 50GBd 有望在近幾年成熟商用，雖然帶寬發展趨勢上略慢于硅光技術，但 VCSEL 技術可以通過外置合分波器實現波分復用以提高單纖容量，也可以通過陣列化的 VCSEL 器件/PD 器件配合多芯光纖（40um 芯間距）實現大容量傳輸。工藝方面，工藝方面，其主要挑戰在于封裝，不同公司的封裝解決方案通常涉及使用焊盤柵格陣列（LGA）封裝將光學引擎連接到印刷電路板（PCB）。將驅動器和 TIA 放置在盡可能靠近 VCSEL 和 PD 的位置至關重要。此外，通過集成多通道 VCSEL 和 PD，對系統的可靠性和維護性進行了測試。行業

34、深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 10/56 當前參與當前參與 VCSEL CPO 研究和開發的主要組織是研究和開發的主要組織是 IBM、惠普、富士通和古河。、惠普、富士通和古河。IBM 研究院和 Coherent 于 2022 年聯合開展 MOTION 項目，項目專注于創建緊凌的光學模塊，將多個波長集成在單個芯片，該模塊采用了尺寸為 1.64mmx4.64mm 的芯片，沒有在電子芯片內合并重新定時功能，有效地服務于低延遲應用場景。電子芯片、VCSEL 和電源傳輸（PD）芯片使用 flip-mounting 安裝技術貼在玻璃基板上，在最大速度下，考慮到兩端的電連接器

35、，MOTION 收發器的功耗為 4pJ/b，約為800gOSFP（FR4）模塊的 1/5；惠普的 4 通道 CPO 系統于 2020 年開發，包括990/1015/1040/1065/1090nm 的 5 種波長的 VCSEL 激光器；富士通于 2022 年宣布的VCSEL CPO 系統采用 16 通道 VCSEL 和 PD 陣列。為了實現與多芯光纖（MCF）的耦合，VCSEL 和 PD 排列成弧形，相鄰通道之間的距離為 40um。1060nm VCSEL、驅動器和 TIA 芯片通過 interposer 連接；Furukawa 的 VCSELCPO 解決方案采用兩組4 通道 VCSEL 和

36、PD 陣列，驅動器和 TIA 芯片分別位于 VCSEL 和 PD 的兩側，光學和電氣芯片都直接貼在基板上，并通過引線鍵合連接。圖圖7：VCSEL CPO 方案方案適用于適用于超短距離傳輸超短距離傳輸 資料來源：Tian,W 等Progress in Research on Co-Packaged Optics、開源證券研究所 硅光子硅光子集成集成技術是基于硅和硅基襯底材料，利用現有技術是基于硅和硅基襯底材料，利用現有 CMOS 工藝進行光器件開工藝進行光器件開發和集成的新一代技術。發和集成的新一代技術。硅光利用硅和硅基襯底材料（如 SiGe/Si、SOI 等）作為光學介質，通過集成電路工藝來制

37、造相應的光子器件和光電器件（包括硅基發光器件、調制器、探測器、光波導器件等），這些器件用于對光子的激發、處理和操縱。從技術特點來看，從技術特點來看，硅光技術結合了集成電路技術的超大規模、超高精度制造的行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 11/56 特性和光子技術超高速率、超低功耗的優勢，以及基于硅材料的本身特性，硅光子技術主要具有高集成度、高速率、低成本等優點。從從功能結構功能結構來看，來看，在硅光的光子集成回路（PIC）中，主要包括光的產生、路由、調制、處理和探測。其核心器件主要包括：激光器（負責將電信號轉化成光信號），光調制器（負責將光信號帶寬提升），光探測器

38、（負責將光信號轉化成電信號），（解）復用器件（負責將不同波長攜帶的多路數據合并或分開）、光波導（負責光信號在硅基材料上傳輸），光柵耦合器（負責與對外連接的光纖對準降低插損）等。作為當前CPO技術的主流方案，硅光技術本身仍然面臨諸多挑戰，如片上光源、波導損耗、光學耦合、溫度影響等硅光器件性能問題、測試流程方法挑戰和缺乏標準化方案等。目前硅光目前硅光 CPO 的討論多集中于光源、調制器、封裝集成等技術路徑的的討論多集中于光源、調制器、封裝集成等技術路徑的研究。研究。圖圖8：硅光子集成芯片基于硅材料的硅光子集成芯片基于硅材料的 CMOS 微電子工藝實現光子器件的集成制備微電子工藝實現光子器件的集成制

39、備 資料來源：王子昊等硅基光電異質集成的發展與思考（1）光調制器是將調制信號加載到光波導上的器件，在硅光光調制器是將調制信號加載到光波導上的器件，在硅光 PIC 中是完成電中是完成電信號到光信號轉換的關鍵器件。目前硅基調制器的信號到光信號轉換的關鍵器件。目前硅基調制器的 3 dB 帶寬可以達到帶寬可以達到 67 GHz 以以上，可以支持單波上，可以支持單波 200 Gbit/s 以上速率的調制和傳輸。以上速率的調制和傳輸。根據調制方式，根據調制方式，硅光 PIC 中的電光調制屬于外調制方式，即激光器的注入電流恒定，激光器輸出連續光，調制信號加載到外調制器上，在電場的作用下，外調制器進行光強和相

40、位的調制；從機制上來看，從機制上來看，不同于傳統光模塊中的基于量子限制斯塔克效應（QCSE）的電吸收調制器（EAM），由于硅的材料特性，目前硅光調制器多基于等離子體色散效應，即通過外加電場對載流子濃度進行操控并以此來改變材料折射率，常見的等離子體色散效應包括載流子注入、載流子積累和載流子耗盡機制，其中載流子耗盡型 PN 結由于能夠同時實現高速率和調制效率，研究熱度逐步上升；從結構上來看，從結構上來看，較為常用的硅光調制器包括馬赫-曾德爾調制器（MZM）、微環調制器（MRM）、布拉格光柵調制器。MZM 利用折射率的變化操控兩個光波的相對相位，并通過相長或者相消干涉的原理實現對光波幅度的調制；微環

41、調制器和布拉格光柵調制器是在有諧振結構的調制器中用折射率的變化操控諧振條件改變諧振波長，使得調制器可以在給定波長下實現諧振狀態的切換。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 12/56 馬赫馬赫-曾德爾調制器是近十年來研究最多的硅光調制器之一，一般被認為是提高曾德爾調制器是近十年來研究最多的硅光調制器之一，一般被認為是提高下一代數據中心光網絡、下一代數據中心光網絡、5G 光模塊速率的主要方案。光模塊速率的主要方案。MZM 最大優點是工作帶寬是全帶寬，并因此得到了廣泛的應用，但由于基于干涉調控，尺寸較大（百 um 量級），實際應用中長度一般大于 2 mm，另外反向偏置的

42、載流子耗盡型調制器功耗較高；微環和布拉格光柵基于諧振，尺寸可以相對較?。◣资?um 量級），微環調制器憑借其高品質因子(Q 值)的環形諧振腔結構，可以實現極高的集成度與低能耗（驅壓?。?，適合用于光波分復用系統，但是微環調制器高 Q 諧振腔要求較窄的光學帶寬（典型如 100pm），制造誤差容忍度小，溫度敏感性較高，同時微環調制器的諧振峰是周期性的，調制器級聯時不同信道之間容易串擾；布拉格光柵調制器是單模諧振，因此在工作波長附近僅有一個諧振峰，信道之間不易串擾，但布拉格光柵調制器中光柵固有的反射光會對入射端口其余器件造成不良影響，因此很大程度上失去了外調制優勢。圖圖9：硅光調制器常見構型：硅光調制

43、器常見構型：MZM、微環調制器、布拉格光柵調制器、微環調制器、布拉格光柵調制器 資料來源：Min Tan 等Co-packaged optics(CPO):status,challenges,and solutions、開源證券研究所（2）硅基波導光學耦合技術主要用于解決硅基集成光電芯片上的光信號同外部硅基波導光學耦合技術主要用于解決硅基集成光電芯片上的光信號同外部光信號互連的問題，是硅基光電芯片封裝的關鍵技術。光信號互連的問題，是硅基光電芯片封裝的關鍵技術。實際應用中，單模光纖和光波導之間的高效耦合也是制約硅光子芯片規?；瘧玫囊粋€難題。光波導中的模場尺寸通常小于 1m，單模光纖中的模場直徑

44、一般是 810m，兩者模場尺寸間的差異導致了較低的耦合效率和較大的耦合損耗。通過設計不同結構、不同材質的光耦合器件，使片上硅波導的光模場同單模光纖的光模場耦合相匹配從而達到最優的光耦合效率，通常使用端面耦合以及光柵耦合兩種方式。端面耦合是通過應用端面耦合器，使得光信號直接在硅基波導的橫截面和光纖的橫截面直接相耦合。端面耦合器的優點是是耦合損耗小、光學帶寬大，而且能夠在不改變光路的情況下進行對準，但在制備上工藝難度大、制作容差小，需要特殊的端面拋光。端面耦合器一般有正向楔形、反向楔形、三叉戟結構，目前常用的結行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 13/56 構為反向楔

45、形；光柵耦合器是通過光柵的衍射效應把光耦合至光波導，優點是尺寸小、對準容差大，可以放置在芯片的任意位置，有利于晶圓級測試，缺點是偏振敏感、波長敏感、插入損耗大，不適合光子集成。圖圖10：硅光耦合器硅光耦合器通常使用端面耦合以及光柵耦合兩種方式通常使用端面耦合以及光柵耦合兩種方式 資料來源：夏鵬輝高速光調制器及其芯片研究、開源證券研究所 2.1.2、光引擎光引擎集成集成：CPO 技術將增加先進封裝工藝需求技術將增加先進封裝工藝需求 核心核心光引擎光引擎的集成方案對系統的功率、性能、面積和成本有著深遠的影響的集成方案對系統的功率、性能、面積和成本有著深遠的影響。隨著半導體封裝技術的演進，光引擎集成

46、及 CPO 技術路徑多樣，整體發展方向包括：功率，實現效率的優化；性能，提高帶寬，縮短通信長度；面積，滿足 HPC 芯片所需的要求，以先進封裝實現更小尺寸；成本，通過不斷減少替代材料，提高制造效率。從集成方案來看，從集成方案來看，光引擎光引擎異構異構集成是當前主流選擇。集成是當前主流選擇。光引擎中 EIC 和 PIC 可以單片集成或異構集成。單片集成是指在同一個平臺上(比如 SOI 襯底)同時制備光器件和電器件,兩種器件之間的電學互連通過芯片內部的金屬實現。單片集成結構因為PIC 和 EIC 在同一個管芯中,PIC 和 EIC 之間的電學互連大大縮短,從而減小了 RC 時間常數以及電學損耗對信

47、號傳輸的影響,功耗也得到了降低，因此單片集成可以實現高數據速率和功率效率，基本避免了 EIC-PIC 接口上不需要的電寄生元件，但由于EIC 的性能本質上是由器件縮放決定的，而 PIC 則不是，因此 EIC 通常需要最先進的邏輯節點，而 PIC 則不需要，EIC 和 PIC 之間的技術節點差異使得單片集成很難成為當前經濟可行解決方案。從從封裝結構封裝結構上來看，上來看，光引擎光引擎的的異構異構集成集成根據封裝技術根據封裝技術進一步進一步可分為可分為 2D、2.5D 和和3D 封裝封裝，CPO 便是便是 ASIC 芯片與芯片與光引擎光引擎進一步進一步異構異構集成。集成。整體來看，CPO 技術將增

48、加先進封裝工藝需求，目前封裝工藝仍是限制 CPO 技術發展的主要因素之一，其中先進封裝技術是指一種采用先進的設計思路和先進的集成工藝技術，如硅通孔（TSV）、重布線（RDL）、倒裝（Flip Chip）、凸點（Bumping）、引線鍵合（Wire bonding）等對芯片進行封裝級重構，能有效提升功能密度的工藝技術。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 14/56 圖圖11：PE 集成方案包括單片集成或異構集成集成方案包括單片集成或異構集成 圖圖12：CPO 技術將增加先進封裝工藝需求技術將增加先進封裝工藝需求 資料來源：歐祥鵬等2.5D/3D 硅基光電子集成技術及

49、應用 資料來源：IDTechEx 官網（1）2D PE CPO：2D 封裝是將光子集成電路 PIC 和集成電路 EIC 并排放置在基板或 PCB 上，通過引線或基板布線實現互連。2D 封裝的優點是易于封裝、靈活性高。電子集成電路和光子集成電路都可以使用不同的材料、不同的工藝單獨制作。但由于熱應力等因素，引線和芯片之間的連接點可能會移動或疲勞，導致封裝故障，同時引線鍵合通常需要相對較高的弧高，以允許芯片和基板之間或芯片和芯片之間的循環連接，因此并不利于小型化設計?；?2D PE，PIC 和 EIC 所在光學基板（可選）進一步與 ASIC 芯片通過使用 bump 或 C4 bump 并排集成在同

50、一共封裝基板上，將共封裝基板使用 BGA（球柵陣列）焊球連接到PCB上，其中共封裝基板可替換為TSV Interposer或Organic-interposer并通過 bump 連接，亦或于 Interposer 和 PCB 之間再增加了一個封裝基板。圖圖13：基于基于 2D 封裝封裝 PE 的的 CPO 資料來源：John H.LauFlip Chip,Hybrid Bonding,Fan-In,and Fan-Out Technology、開源證券研究所（2）2.5D PE CPO：2.5D 封裝將 EIC 和 PIC 均倒裝在中介層（Interposer）上。通過中介層上的金屬互連PIC

51、 和 EIC，中介層與下方的封裝基板或PCB 板相連。2.5D集成封裝尺寸介于 2D 集成和 3D 集成之間，尺寸大于 3D 集成封裝，并且由于信號須通過兩次凸點，信號性能會有所下降，2.5D 封裝具有更高的互連密度和更低的功耗。根據所用轉接板的材料不同，基于 2.5D 封裝技術可進一步可分為基于硅基Interposer 的 CPO、基于有機 Interposer 的 CPO，基于玻璃 Interposer 的 CPO 和基于行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 15/56 嵌入式多芯片互連橋接（EMIB）的 CPO。硅基 Interposer 方案包括全無源硅晶圓

52、和局部硅橋。全無源硅晶圓的硅基Interposer 利用硅晶圓加工技術，可以制作更小線寬的互連線，布線密度高，可以實現光電芯片的高密度引腳互連，且由于與芯片材料相同，熱膨脹系數失配小，能減小封裝翹曲，提高可靠性；另一方面，硅基 Interposer 同樣存在兩個主要問題：(1)成本高，TSV 生產采用硅蝕刻工藝，硅-硅通孔需要氧化絕緣層并維持薄晶圓；(2)電性能差，硅材料是半導體材料，在傳輸線傳輸信號時，信號與襯底材料有很強的電磁耦合效應，襯底內會發生渦流現象，導致信號完整性較差。由于硅在材料和制造方面面臨著成本的挑戰及封裝面積的限制，局部硅橋的形式日漸增加，硅橋的異構集成中，ASIC、EIC

53、 和 PIC 之間使用 bump/無凸點的Cu-Cu 混合鍵合連接的硅橋連接，同時 ASIC、EIC 和 PIC 使用 bump 或 C4 bump連接到共封裝基板上。EMIB 是英特爾的一種 2.5D 封裝技術，通過在有機基板中嵌入薄硅橋和多層后道互連，實現局部物理互連，術可實現高密度多芯片封裝（mcp）的異構集成，用于邏輯存儲器和邏輯到電子收發器之間的連接，相比硅 interposer 的 CPO，EMIB 避免了 TSV 轉接板導致的信號完整性問題，并且占用更小面積，既保證了 FPGA 與光電子芯片之間的高速、高密度通信，又有效減少了封裝尺寸，有望實現成本和性能的平衡，具有正常的封裝良率

54、、不需要額外的工藝、設計簡單等優點。但 EMIB很難在每個進程之初就跟上先進技術的步伐，且 EMIB 端器件之間可能存在差異，例如 FPGA 和 HBM 之間收發器的電氣特性和制造工藝存在差異，從而導致兩端發熱不均勻等一系列問題。圖圖14：硅基硅基 Interposer 方案方案提供提供精細的布線功能精細的布線功能 資料來源：John H.LauFlip Chip,Hybrid Bonding,Fan-In,and Fan-Out Technology、開源證券研究所 有機封裝則利用有機基板作為基材，具有成本低、可彎曲等特點。有機材料具有低于硅的介電常數，有助于降低封裝中的 RC（阻容）延遲，

55、是硅更具成本效益的替代品，但與硅基封裝相比，其相同水平互連功能的減少限制了其在 HPC 應用中的采用。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 16/56 此外韓國 Lipac 公司在 2021 年推出了一種基于 FOWLP 技術的新型混合 CPO 技術，PIC 和 EIC 嵌入在環氧模塑料（EMC）基板中，通過 RDL 層實現光電互連。FOWLP技術有助于促進小尺寸封裝和大規模生產能力，在尺寸和生產能力方面具有優勢，通過消除引線鍵合提供了更高的速度設計能力，并減小元件芯片的焊盤尺寸來優化光學和電氣設備芯片，另一方面，FOWLP 的復雜工藝包括晶圓重構、成型、重新布線等

56、，對封裝可靠性有較大影響，面臨如晶圓重構的高精度定位、環氧模塑料和其他材料的熱膨脹系數匹配等挑戰 圖圖15：有機封裝利用有機基板作為基材有機封裝利用有機基板作為基材 圖圖16：FOWLP 通過通過晶圓級封裝促進小尺寸封裝和大規晶圓級封裝促進小尺寸封裝和大規模生產能模生產能 資料來源：John H.LauFlip Chip,Hybrid Bonding,Fan-In,and Fan-Out Technology 資料來源：Tian,W 等 Progress in Research on Co-Packaged Optics 玻璃材料具有高透光性、低損耗的電氣互連特性和出色的尺寸穩定性，與硅材料相

57、比，玻璃的楊氏模量更大，其硬度更大，玻璃的熱膨脹系數還可以與 Si 和 PCB板相匹配，減少系統內部的應力，因此玻璃基板可以更好地解決大尺寸芯片的翹曲問題，從而提高系統的良率和可靠性。由于玻璃材料的易碎性和化學惰性，玻璃通孔 3D 互連技術發展仍面臨一些困難，包括：（1）部分現有 TGV 實現方法會損壞玻璃并導致表面粗糙；（2）TGV 需要高質量的填充技術，與 TSV 不同，TGV 孔徑較大且多為通孔，電鍍時間和成本會增加；(3)與硅材料相比，由于玻璃表面光滑，對常用金屬（如 Cu）的附著力較差，容易造成玻璃基板與金屬層之間的分層，導致金屬層卷曲甚至脫落；（4）玻璃的散熱能力較差，因此需要考慮

58、合適的散熱方案?？偟膩碚f，玻璃 Interposer 的主要缺點是其生態系統尚不成熟和目前缺乏大規模生產能力。2013 年，美國佐治亞理工大學基于雙面玻璃 Interposer 實現了高性能、高密度的CPO，方案采用了一塊 150 m 厚的超薄玻璃 Interposer，PIC 和驅動芯片及 TIA 倒裝在玻璃 Interposer 上，光通過 Interposer 上的有機透鏡聚焦到 Interposer 背面的波導中，與光纖耦合，電信號通過在玻璃 Interposer 上的金屬通孔（TGV）引出。2023 年，Corning 實驗了包含光波導的玻璃基板，以實現光電共封裝。玻璃基板的核心組件

59、包括玻璃通孔（TGV）、SiN 波導、用于將 PIC 與 SiO2 波導耦合的絕熱耦合器和光纖連接器。在玻璃基板上集成了 RDL 層，以在 chiplet 之間建立高速電通道。TGV 接頭用于供電和接地，同一襯底上所有高分辨率線的薄膜加工簡化了制造和組裝，與有機襯底上的 2.5D Interposer 或 EMIB 配置相比，有可能降低整體封裝成本。此外，玻璃基板集成了玻璃頂表面下的平面離子交換（IOX）光波導，提供了一個戰略性的光學接口，允許封裝的 PIC 直接瞬態耦合，以實現更低的損耗。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 17/56 圖圖17：玻璃玻璃材料是材

60、料是 Interposer 的優質候選材料的優質候選材料 圖圖18：Corning 積極推進玻璃積極推進玻璃 Interposer 資料來源：Laakso 等ThroughGlass Vias for Glass Interposers and MEMS Packaging Applications Fabricated Using Magnetic Assembly of Microscale Metal Wires 資料來源：Laakso 等ThroughGlass Vias for Glass Interposers and MEMS Packaging Applications Fab

61、ricated Using Magnetic Assembly of Microscale Metal Wires（3）3D PE CPO：3D 封裝技術將光電芯片進行垂直互連，不僅能實現更短的互連距離、更高的互連密度和更好的高頻性能，還能實現更低的功耗、更高的集成度和更緊湊的封裝，基于 3D 封裝的CPO技術也是目前 CPO 技術研究的熱點和趨勢。從結構上來看，PIC 和 EIC 的多種 3D 異構集成同樣是 bump、C4 bump、Cu-Cu互聯、TSV interposer、Organic interposer、面對面堆疊、背對背堆疊的排列組合。圖圖19：光電芯片光電芯片通過通過 3D

62、 封裝封裝進行垂直互連進行垂直互連 資料來源：John H.LauFlip Chip,Hybrid Bonding,Fan-In,and Fan-Out Technology 基于 3D 封裝的光引擎，ASIC 芯片可通過 Interposer/基板/硅橋與光引擎互聯，或者以其中PIC作為Interposer，再通過金屬互聯和TSV實現水平和垂直的電氣互連。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 18/56 圖圖20：3D 封裝的封裝的 CPO 技術技術也是目前研究的熱點和趨勢也是目前研究的熱點和趨勢 資料來源：John H.LauFlip Chip,Hybrid B

63、onding,Fan-In,and Fan-Out Technology、開源證券研究所 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 19/56 2.2、光源：光源：ELS 是是當前當前硅光硅光 CPO 的主流選擇的主流選擇 目前目前外部激光源外部激光源（ELS）是硅光是硅光 CPO 的的主流主流選擇選擇?；诠韫?CPO，由于硅材料間接帶隙的能帶結構使得它無法實現高效率的片上光源，因此在硅基光電子芯片中其光源器件仍然需要依賴 InP/GaS 材料的半導體激光器。當前主流硅光 CPO 將連續波（CW）激光器光源單獨外置，作為高密度封裝體的外圍可插拔單元。這樣的設置有如下優

64、點：一是實現了易失效光源元件的可更換和可標準化生產；二是激光器的外置減少了硅芯片單元的散熱壓力，有利于系統穩定性；三是外部光源單元可以靈活配置，如采用波分光源或者非致冷光源等。圖圖21：硅光硅光 CPO 主要采用主要采用 ELS 資料來源：John E 等Performance and Reliability of Advanced CW Lasers for Silicon Photonics Applications 輸出功率和功耗是輸出功率和功耗是 ELS 的關鍵特征。的關鍵特征。激光源作為 CPO 核心器件之一，在 CPO體系中激光器約占系統功耗的 10-20%，硅光 CPO 中 EL

65、S 的引入帶來更高的插入損耗，這些損耗需通過增加 ELS 的輸出功率來補償。ELS 的輸出功率主要由這幾方面決定：一是光引擎的鏈路預算、二是 CW 激光功率分配比、三是硅光引擎損耗，包括調制器和耦合損耗。其中激光芯片的高輸出功率是造成大部分功耗的根本原因，此外，熱電冷卻器（TEC）消耗額外的電力來消散激光芯片產生的熱量。圖圖22：輸出功率和功耗是輸出功率和功耗是 ELS 的關鍵特征的關鍵特征 資料來源：Min Tan 等Co-packaged optics(CPO):status,challenges,and solutions、開源證券研究所 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信

66、息披露和法律聲明 20/56 ELS 向著高功率、低噪聲、低功耗方向發展。向著高功率、低噪聲、低功耗方向發展。在整個 ELS 產品設計中，關鍵技術包括耐高溫大功率光源芯片，光路透鏡耦合，電流源控制反饋等，其中在激光光源方面，CW-DFB 激光器仍是目前 CPO 技術最優的外置光源選擇。高功率方面，高功率方面，CPO需要輸出功率至少為 100mW 的高功率連續激光器來滿足鏈路預算要求，提升CW-DFB 激光器出光功率的主要措施包括增大光功率斜率效率、提高飽和電流和提升單模工作電流范圍，限制光功率升高的主要因素是熱飽和現象和光學災變損傷；能源效率方面，能源效率方面，高電光轉換效率是高功率連續激光器

67、的另一個理想特性，為了節省功耗，CW 激光器的電光轉換效率需要進一步提高，熱效率高的 TEC 有助于降低 ELS 功耗，同時非制冷高功率激光器也可能是 CPO 光源的最終解決方案之一。年光通信行業標準組織發布了連續波波分復用多源協議CW-WDM MSA Technical Specifications Rev 1.0，對基于硅基光子學的高密度共封裝光學、光學計算和人工智能等新興應用的外置光源進行了初步的規范。該協議要求連續波的外置激光器光源滿足單模、高功率、低噪聲、低功耗、連續穩定工作，對工作波長（O 波段）、最高相對強度噪聲（RIN）、最低激光器功率等都做了明確的要求。圖圖23：有效的光電轉

68、換是一個多維的非線性問題有效的光電轉換是一個多維的非線性問題 圖圖24：CW-DFB 激光器是目前激光器是目前 CPO 技術最優的外置光技術最優的外置光源選擇源選擇 資料來源：John E 等Performance and Reliability of Advanced CW Lasers for Silicon Photonics Applications 資料來源：劉耀等用于共封裝光學的高功率連續波激光器 ELS 正在逐步標準化。正在逐步標準化。當前 CPO 系統中針對 ELS 做標準定義的主要有三個標準組織，分別是 OIF(光互聯論壇)定義的 ELSFP(External Laser S

69、mall Form Factor Pluggable)標準;IPEC(國際光電委員會)定義的 PELS(PluggableExternal Laser Source)標準;CCITA(中國計算機互連技術聯盟)定義的 ELS(External Light Source)。在 OIF 的外置光源標準中，已經推出了直通 ELSFP 的定義，除了作為外置光源模塊為 CPO 系統提供光源外，還在模塊前端(模塊拉環一側)增加了一個光纖連接器，可以直接將 CPO 系統中光引擎模塊的 TX 和 RX 信號引出到前端，作為光纖通道使用，減少了系統前面板上的 TX 和 RX 光連接器，符合可插拔光模塊的使用習慣。

70、目前直通 ELSFP 仍存在一些問題，如保偏光纖和單模光纖集成在一起的良率低，幾乎無法商用；DR4 和 FR4 應用由光引擎決定，CPO 光引擎無法實現 colorless，配置方式不靈活。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 21/56 圖圖25：OIF 發布發布 ELSFP 標準標準 圖圖26：ELS-DR/FR 應用應用實際實際由光引擎決定由光引擎決定 資料來源：OIF External Laser Small Form Factor Pluggable(ELSFP)Implementation Agreement 資料來源：GSACPO 光源池設計與挑戰 行

71、業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 22/56 2.3、光學互聯光學互聯：CPO 光鏈路光鏈路較可插拔方案較可插拔方案引入額外的引入額外的光纖光纖及及光纖光纖連接器連接器 CPO 內部光纖路由的處理內部光纖路由的處理也也是是 CPO 的一大挑戰。的一大挑戰。從構成上來看，CPO 系統的實現涉及各種組件的系統規模集成，包括光引擎、ASIC 封裝、光纖陣列、大型體基板、電源管理組件、熱組件、路由光纖組件以及外部激光源等。在 CPO 內部，為最小化電氣路徑的距離，從而最大限度地提高電氣性能并降低整體 ASIC 功耗，光引擎緊密圍繞 ASIC 放置，CPO 內部光互連路徑主

72、要就是從光引擎到 CPO 交換機機箱內部的前面板，其連接方法和連接類型都是影響信號、熱量和布線密度的總體系統要求的設計考慮因素，不同的設計選擇及光纖離開光引擎的不同方向使得系統內部的光纖布線進一步復雜化，同時在安裝應用中，都需注意避免對光纖玻璃表面損壞、大拉應力的應用以及破壞其涂層的完整性。圖圖27：CPO 光互連主要包括光引擎到前面板連接器的光互連主要包括光引擎到前面板連接器的光纖路由光纖路由 圖圖28：CPO 的的實現涉及各種組件的系統規模集實現涉及各種組件的系統規模集成成 資料來源：COBODesign Considerations of Optical Connectivity in

73、a Co-Packaged or On-Board Optics Switch 資料來源：Corning 官網（1）光引擎端：光引擎端：根據不同封裝工藝，可通過對光引擎接口進行設計保護措施、更換組件，從而改良整個 CPO 交換機的良率和可靠性。組件和 CPO 的物理分離包括電氣、光學分離。電插座方案，電插座方案，電氣分離通常通過光引擎和 CPO 基板之間的插座來實現，該方案下 CPO 工廠在焊接回流工藝后插入光引擎，避免將光引擎、光纖和連接器直接暴露在高溫下，從而提高了良率和可靠性，并可使用標準光學器件來降低成本，實現成熟、多樣化的供應鏈，但電插座方案在某個速度閾值下，可能難以保持信號完整性；

74、光分離方案，光分離方案，通常通過光引擎和板載光纖之間的光連接器來實現。實現光學分離的一種方法是光引擎將一小段光纖末端與光纖連接器（即光纖尾纖）集成在一起。由于光纖尾纖需永久熔接到光引擎，因此也必須與焊料回流溫度兼容；另一種方法是將光纖插座集成到光引擎中，消除了光纖和連接器暴露在回流焊溫度下的情況。與電插座式光引擎相似，允許使用標準光學連接器與插座配合。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 23/56 圖圖29：光引擎光引擎接口保護涉及多種接口保護涉及多種光電分離方案光電分離方案 資料來源：COBO Design Considerations of Optical C

75、onnectivity in a Co-Packaged or On-Board Optics Switch、開源證券研究所 硅光光引擎通過與光纖陣列硅光光引擎通過與光纖陣列單元單元（FAU）耦合實現光的進出。）耦合實現光的進出。光纖陣列（FA）是把光纖按照一定的間距排列固定起來形成的光器件，是光進出光器件的通道。光纖陣列分為單芯光纖陣列（SFA）和多芯光纖陣列（MFA），多芯 FA 的制作涉及到精確控制多個光纖之間的間距，需要一個精密的基底給光纖定位，最常用的是硅 V型槽和玻璃 V 型槽，通過在 V 槽上涂抹紫外膠，用一個平整的小玻璃片將光纖壓入V 槽，固化后在 V 槽后的平臺區涂上保護膠，

76、最后將端面拋光成預定角度，從而完成 FA 制作，光纖陣列通常有常規 FA、45光纖懸出 FA、光纖轉 90FA 等。圖圖30：光纖陣列對材料和制造工藝的要求光纖陣列對材料和制造工藝的要求較較高高 圖圖31：光引擎通過光引擎通過 FAU 耦合實現光的進出耦合實現光的進出 資料來源：ofweek 官網 資料來源：Corning 官網（2）光引擎光引擎前面板：前面板：需要不同長度的光纖來路由每個光學引擎，尾纖長度的變化帶來設計及安裝維護的挑戰。中板中板/板載光互連解決方案：板載光互連解決方案：通過在 OE 和面板之間增加一個中板連接器，并提供各種長度的跳線，尾纖長度可以減少到只有一個設計，可以簡化光

77、引擎在面板上的安裝，簡化光引擎供應商的制造，并降低光引擎和附加尾纖損壞的風險。另一方面，該方案會增加額外的連接器從而導致光損耗，由于潛在連接點數量的增加，CPO 組件將在設計中添加額外的光纖電纜和連接器，除了CPO解決方案中包含的電纜外，行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 24/56 還增加了一組跳線電纜，可以使用更不敏感且易于清潔的氣隙或擴束連接器，來降低這些連接的組裝和維護相關的運營成本。圖圖32：通過引入通過引入中板中板/板載光互連解決方案板載光互連解決方案來解決光引來解決光引擎尾纖長度不同問題擎尾纖長度不同問題 圖圖33：擴束連接器擴束連接器可以減少由于光

78、學接口污染而導致的可以減少由于光學接口污染而導致的信號損失信號損失 資料來源：COBODesign Considerations of Optical Connectivity in a Co-Packaged or On-Board Optics Switch 資料來源：Edward Simonini 等 Expanded Beam&Physical Contact Fiber Optic Connectors 在光纖線束管理方面，還可以進一步引入光纖在光纖線束管理方面，還可以進一步引入光纖柔性柔性板板（Fiber Shuffle）、帶狀光帶狀光纖纖（Fiber Ribbon）、光纜捆束光纜

79、捆束（Fiber Harness）、光纖光纖帶集線器帶集線器（Fiber ribbon accumulator）、光纖預裝盒等來提高光纖的可靠性。、光纖預裝盒等來提高光纖的可靠性。其中光纖柔性板提供了一種專門的方法來管理電路板上的數百到數千個光纖，薄膜結構優化了空間，從而增強了密集設備中的氣流，同時它是可堆疊的，可以處理多層設計。圖圖34：利用利用光纖柔性板光纖柔性板管理管理 圖圖35：通過部分硬件設計提高光纖可靠性通過部分硬件設計提高光纖可靠性 資料來源：optectechnology 官網 資料來源：CorningDeploying Robust and Scalable Co-Packa

80、ged Optics Fiber Infrastructure、開源證券研究所 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 25/56（3）ELS光引擎：光引擎：ELS 與光引擎的互聯設計可分為 3 種類型：板載光學（OBO）設計、帶光纖尾纖的前板可插拔設計（可插拔尾纖）和帶盲插接光纖連接器的前板可插拔設計（可插拔盲插）。三種 ELS 類型中的每一種都使用一組保偏（PM）光纖來連接到光引擎。保偏光纖是一種特種光纖，它能夠在光纖通信和傳感系統中保持光的偏振狀態。保偏光纖是一種特種光纖，它能夠在光纖通信和傳感系統中保持光的偏振狀態。這種光纖的設計和制造是為了解決傳統光纖在傳輸

81、過程中偏振態容易受到外部因素如溫度、彎曲和拉伸等影響而發生變化的問題。保偏跳線則通過精準的連接器鍵位來實現偏振模態的耦合對準，保偏連接器是兩根保偏光纖耦合的重要組件，確保兩根保偏光纖在耦合時的偏振模態保持偏振光原有的偏振狀態。保偏光纖的工作原理基于雙折射現象，通過設計上的特殊處理，引入了強烈的雙折射，從而抵消了外部因素對光偏振態的影響；制造方法主要包括應力型和形狀型，結構主要有橢圓包層型、領結型和熊貓型等；保偏光纖的性能主要通過雙折射、拍長和消光比等參數來衡量，消光比越高，說明光纖保持偏振態的能力越強。保偏光纖仍然面臨著一些挑戰，如保偏光纖的制造成本相對較高，且與標準單模光纖相比，其衰減也更高

82、；保偏光纖的拼接和終端處理也需要精確的操作，以確保偏振態的正確對齊。圖圖36：ELS 通過保偏光纖連接光引擎通過保偏光纖連接光引擎 圖圖37：用于光輸入的用于光輸入的 PM 光纖和用于光輸出的非光纖和用于光輸出的非 PM 光纖的混合封裝光纖的混合封裝 資料來源：COBODesign Considerations of Optical Connectivity in a Co-Packaged or On-Board Optics Switch 資料來源：Min Tan 等 Co-packaged optics(CPO):status,challenges,and solutions（4）前面板

83、前面板側側：前面板可以通過多種方式進行配置，具有光纖端口通道密度和連接器類型的不同組合，同時需滿足數據中心的運營需求，并協助開關盒的熱管理，特別是如果這涉及1kW 系統的空氣冷卻。例如，51.2 Tbps 交換機盒的面板可以配置為 32 個端口，每個端口的吞吐量為 1.6 Tbps，或 128 個端口，每個端口 400 Gbps，對所需的面板高度（機架空間）和可用于氣流的面板表面產生影響。連接器選擇確定后，任何可用的剩余空間都可用于交換機面板上的冷卻或其他組件，更高密度的連接器配置都可以顯著減少整體空間，為其他組件提供空間或將開關從 2U 減少到 1U 設計。光纖連接器品種繁多，以光纖連接器品

84、種繁多，以 MPO/MTP 為代表的多芯連接器有望成為未來連接為代表的多芯連接器有望成為未來連接器發展趨勢。器發展趨勢。光纖連接器又稱“光纖跳線”，屬于一種光無源器件，是光通訊器件的重要組成部分，主要用于光纖線路的連接、光發射機輸出端口/光接收機輸入端口與光纖之間的連接、光纖線路與其他光器件之間的連接等，可實現低時延、超高速信行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 26/56 息傳輸，應用場景包括光纖到戶、數據中心、4G/5G 通訊等。光纖制造商根據應用場景的不同推出眾多類型的光纖連接器，如接口類型劃分為 MPO/LC/SC/FC/ST 光纖連接器，按光纖類型分為單模

85、/多模光纖連接器等。整體來看，光纖連接器正朝著低成本、標準化、高埠數、小型化、結構簡化、易于安裝的方向發展，特別是隨著局域網、數據中心和存儲區域網絡中的連接器增多，高密度與小型化將是未來連接器發展的主要方向。MPO/MTP 光纖跳線作為小型化和集成化發展下的產品方向，其一端或兩端為矩形狀的 MT 插芯鏈接，通過一個插芯實現多芯光纖的并排鏈接。MT（Mechanical Transfer）插芯是 MPO 光纖連接器的核心構造元素，通常用于實現多芯光纖的連接，其關鍵技術包括塑料成型插芯、金屬導向銷、插芯端面研磨拋光技術和檢查技術等，對精度的要求較高。插芯一般按照金屬鑄模結構采用注入成型法，由模槽前

86、方的 V 形槽確定及固定中心銷位置而制造成型。MT 插芯通過導針和導針孔進行精準連接，確保了光纖連接器的高密度、高速度傳輸。圖圖38：光纖連接器品類繁多光纖連接器品類繁多 圖圖39：基于基于 MT 插芯的光纖連接器或成高容量配線需求插芯的光纖連接器或成高容量配線需求的重要的重要解決方案解決方案 資料來源：致尚科技 2024 半年報 資料來源：Corning 官網 總的來看，與使用可插拔光模塊的光鏈路相比，使用總的來看，與使用可插拔光模塊的光鏈路相比，使用 CPO 的光纖鏈路包含更多的光纖鏈路包含更多的光纖連接器。的光纖連接器。這些附加連接器包括 CPO 交換機面板上的連接器以及任何中板連接器。

87、必須仔細考慮這些連接器的特性，以確保 CPO 共封裝的光學器件滿足可與可插拔模塊互操作；向后兼容已安裝在數據中心的結構化布線。圖圖40：前面板前面板需對需對光纖端口通道密度光纖端口通道密度、連接器類型連接器類型和熱管理等綜合考慮和熱管理等綜合考慮 資料來源：COBODesign Considerations of Optical Connectivity in a Co-Packaged or On-Board Optics Switch 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 27/56 2.4、電氣電氣互聯互聯：CPO 中中單片單片 CMOS EIC 或成發展方向

88、或成發展方向 隨著數據中心核心交換機的聚合帶寬達到 51.2 Tb/s，由于交換機前面板的有限空間有限以及 SerDes 和交換機 IC 之間的通道損耗過大，傳統可插拔光模塊面臨更多挑戰，CPO 通過交換芯片和光引擎的共封裝，在消除交換機前面板的帶寬密度限制的同時，封裝內毫米級的電氣鏈路也可以產生更小的損耗，并進一步簡化 SerDes 設計和降低功耗。不同的不同的 SerDes 模塊針對不同的距離進行了優化模塊針對不同的距離進行了優化。SerDes 串行互連技術采用差分信號傳輸方式實現數據的高速傳輸，具有功耗低、抗干擾強、速度快的優點。根據發射端與接收端之間的距離，互連的 SerDes 技術可

89、細分為長距（LR）SerDes、中距（MR）SerDes、短距（VSR）SerDes、極短（XSR）SerDes 和超短距（USR）SerDes?？偟膩砜?，高速 SerDes 演進的核心動力為用盡量低的功耗、面積及鏈路成本解決好盡量高速率下的橫向時序和縱向信噪比的信號完整性問題，包括縱向信噪比下的數據均衡設計、橫向時序下的時鐘定時設計和高速率下的寬帶擴展設計，在實際應用中，封裝產品根據不同項目產品的需求選擇合適的 SerDes 類型，以實現成本與帶寬的平衡。在 CPO 中，ASIC 和 CPO 光引擎之間的電氣互連沒有連接器（可能有高性能插座），該電氣通道使用封裝或 Interposer 走線

90、來實現良好的信號完整性，其電氣通道的信號完整性由通道布線、插座性能和封裝寄生決定。有多種電氣接口選項可用于 CPO 中電氣互聯，其電氣接口的選擇取決于插入損耗、連接器的使用和互連的信號完整性。圖圖41：CPO 電氣接口選擇多樣電氣接口選擇多樣 資料來源：COBODesign Considerations of Optical Connectivity in a Co-Packaged or On-Board Optics Switch、開源證券研究所 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 28/56 高速高速 CPO 中中 DSP 功能或仍不可或缺功能或仍不可或缺。

91、在傳統光模塊中，隨著通道速度達到 50 Gb/s 及以上，在 NRZ 上引入了 PAM-4 調制方案 以節省一半的帶寬，其中大多數后端功能（如 CDR 和 SerDes）都合并到 CMOS PHY 芯片（有時也稱為 DSP）中，其中還引入了密集的數字均衡，以補償 PAM-4 信號中信號完整性的惡化。面對未來 224Gb/s 高速率通信系統的眾多實現方案，其中兩類 CPO 架構可供參考，一種是交換芯片 Die 上引出短距的 XSR 接口，通過 XSR 接口與芯片基板上的光部分進行電氣互連，用于信號調制的 DSP 部分與光部分放在一起，另一種則是將 DSP部分進一步集成到交換芯片 Die 上，從而

92、簡化芯片基板上的光部分，降低芯片內部光部分的功耗。在第一種架構中，重定時芯片的主機側通過 XSR SerDes 連接到ASIC，重定時芯片的線路側通過 LR SerDes 連接到光引擎。圖圖42：DSP 功能或仍不可或缺功能或仍不可或缺 圖圖43：ADC+DSP 仍是仍是下一代下一代 224Gb/s 實現方案之一實現方案之一 資料來源：訊石光通訊網 資 料 來 源：Masum Hossain Toward 224-Gb/s Electrical SignalingModulation,Equalization,and Channel Options 主機端主機端 XSR SerDes 通過縮短

93、兩個通信芯片之間的連接距離來優化功率效率、通過縮短兩個通信芯片之間的連接距離來優化功率效率、集成密度和傳輸延遲。集成密度和傳輸延遲。以 56112 Gb/s PAM4 XSR SerDes 為例，發射器通常采用模擬混合架構或 5 位 DAC 拓撲結構，帶有 CMoS MUX，多個分接 FFE 和 SST 驅動架構，以實現數據序列化，波形失真和輸出驅動。接收器通常采用簡單的連續時間線性均衡器（CTLE），然后是 VGA 和幾個切片器，直接提取原始傳輸的數據。與傳統收發器類似，XSR SerDes 也需要一個公共鎖相環和一個本地 CDR 來自適應跟蹤最佳采樣點?？傮w而言，XSR SerDes 的主

94、要特點是利用簡單的 RX 端 CTLE 與 TX 端FFE 相結合，實現高功率效率和低代碼錯誤率，同時處理相對較低的信道損耗。線端線端 LR SerDes 主要主要處理非理想因素，如有限帶寬、線性調頻效應、噪聲、色處理非理想因素，如有限帶寬、線性調頻效應、噪聲、色散效應和器件的非線性散效應和器件的非線性。LR 的均衡部分與 XSR 相比更加復雜，因此在設計時應確保誤碼率和能耗比之間的平衡。發射器通常是由 FIR 濾波器、MUX、多個分接 FFE 和 DAC 驅動器組成的 DSP。DAC 驅動器有 SST 形式和 CML 形式。接收器主要由 CTLE、VGA、ADC 和一個具有校準、均衡和時鐘恢

95、復功能的 DSP 組成。公共 PLL 和本地 CDR 用于確定最佳跟蹤采樣點。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 29/56 圖圖44：不同的不同的 SerDes 模塊針對不同的距離進行了優化模塊針對不同的距離進行了優化 資料來源：Min Tan 等Co-packaged optics(CPO):status,challenges,and solutions、開源證券研究所 單片單片 CMOS EIC 或成為重要發展方向?；虺蔀橹匾l展方向。對于需要極高集成度和功耗的 CPO 應用來說，一方面，EIC 單片集成方法或是不可避免的，這需要將模擬 TIA 和 Driv

96、er進一步集成到 CMOS EIC 芯片中，另一方面，這要求接收器設計技術從模擬優化的 SiGe 轉向數字優化的 CMOS，需要克服噪聲、帶寬和線性度等問題的技術挑戰?？偟膩砜?，隨著這些技術與低功耗和低成本的 CPO 本征優勢相結合，單片 CMOS 電子器件或成為未來重要發展方向。圖圖45：單片集成單片集成 EIC 或成或成 CPO 發展方向發展方向 資料來源：Min Tan 等Co-packaged optics(CPO):status,challenges,and solutions，行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 30/56 3、AI 光通信時代，光通信

97、時代，CPO 迎三大產業變化迎三大產業變化 3.1、變化變化 1：硅光技術硅光技術加速發展加速發展，CPO 硅光硅光光引擎不斷成熟光引擎不斷成熟 硅光光引擎作為硅光光引擎作為 CPO 的技術核心，的技術核心，在在 AI 光通信時代加速成熟。光通信時代加速成熟。硅光技術是實現光子和微電子集成的理想平臺。在當前“電算光傳”的信息社會下，微電子/光電子其技術瓶頸不斷凸顯，硅基光電子具有和成熟的 CMOS 微電子工藝兼容的優勢，有望成為實現光電子和微電子集成的最佳方案。硅光光引擎作為當前 CPO 光引擎的主流方案，硅光技術的成熟有望進一步帶動 CPO 的發展。圖圖46：硅光硅光技術綜合性能優異技術綜合

98、性能優異 圖圖47：硅光硅光技術應用廣泛技術應用廣泛 資料來源：Eric MounierChiplets enabled by silicon photonics 資料來源：Eric MounierChiplets enabled by silicon photonics（1）從從硅光硅光技術技術應用應用來看，來看，硅光硅光技術作為硅光光模塊、技術作為硅光光模塊、CPO 和和 OIO 光引擎光引擎底底層層技術，高速時代技術，高速時代基于硅光光通信的拓展，基于硅光光通信的拓展，有望有望進一步催化硅光光引擎進一步催化硅光光引擎技術成熟技術成熟。硅光作為光通信技術，有望充分受益于 AIGC 的發展，

99、硅光子技術在數據中心中芯片側的 OIO、設備側 CPO、設備間光模塊以及數據中心間的相干光通信都有望迎來進一步發展。圖圖48：數據中心中硅光光模塊數據中心中硅光光模塊已已逐步逐步應用應用 資料來源：Eric MounierChiplets enabled by silicon photonics 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 31/56 在光模塊應用中在光模塊應用中，在不同速率和距離的與傳輸距離下，硅光子技術相比 III-V 器件競爭優勢有演進的過程，隨著大數據中心對聯結帶寬的不斷升級，多通道技術成為必須，高集成高速硅光芯片成為性價比更優越的選項，目前 80

100、0G 光模塊已在全球范圍內逐步進入商用部署階段。同時長期來看，我們認為隨著同時長期來看，我們認為隨著硅光光模塊低成本、硅光光模塊低成本、多通道大帶寬的技術優點有望得到進一步凸顯多通道大帶寬的技術優點有望得到進一步凸顯，硅光光模塊的滲透率硅光光模塊的滲透率有望有望得到進一得到進一步提升步提升，特別是在，特別是在 1.6T、3.2T 等高速時代，等高速時代，有望有望進一步進一步促進硅光技術成熟，促進硅光技術成熟，CPO 中中硅光硅光光引擎有望得到進一步發展光引擎有望得到進一步發展。根據 Lightcounting 的預測，光通信行業已經處在硅光技術規模應用的轉折點，使用基于硅光光模塊市場份額有望從

101、 2022 年的 24%增加到 2028 年的 44%。據Yole 預測，硅光收發器 2022 年市場規模約為 14.85 億美元，2027 年市場規模有望合計達 54.13 億美元，其中 CPO 光引擎市場規模有望達 2.59 億美元。圖圖49：硅光光模塊與傳統光模塊原理架構基本相似硅光光模塊與傳統光模塊原理架構基本相似 圖圖50：硅光硅光收發器收發器市場規模有望不斷擴大市場規模有望不斷擴大 資料來源：宋澤國等400G FR4 硅光收發模塊的研究 數據來源：Eric MounierChiplets enabled by silicon photonics 在在OIO應用中，應用中，硅光方案高

102、度契合OIO發展需求，OIO（In-Package Optical I/O）是一種基于芯片的光互聯解決方案，與計算芯片（CPU、GPU、XPU）集成在同一封裝中，旨在實現分布式計算系統中它們之間的無縫通信（跨板、機架和計算行），在相同能效情況下，OIO 的邊帶寬密度與 UCle、NVlink、PCIe 等電互連相當，但傳輸距離遠超電互連。OIO 基于光互連低延遲、高帶寬和低能耗的特點，非常適用于計算結構（即內存語義結構），有望成為為機器學習擴展、資源分解和內存池定制的新數據中心架構的關鍵驅動力。硅光子技術目標就是在芯片上集成光電轉換和傳輸模塊，使芯片間光信號交換成為可能：電流從計算核心流出，到

103、轉換模塊通過光電效應轉換為光信號發射到電路板上鋪設的超細光纖，到另一塊芯片后再轉換為電信號，其本身具備尺寸小、功耗低、同 CMOS 工藝兼容、可集成、成本低等優點，且由于采用與集成電路兼容的工藝制作，可方便地在電學芯片的內部引入硅基集成光路，實現光通信電路與控制電路和驅動電路的緊密集成，進一步降低成本，因此硅基光互連是實現片間光互連的理想平臺。我們認為，我們認為，OIO 目前仍處于起步階段，與計算芯片聯合設計仿真優化，在物理目前仍處于起步階段，與計算芯片聯合設計仿真優化，在物理層和協議層方面都需要進一步創新層和協議層方面都需要進一步創新，不同于不同于 CPO 主要針對網絡架構，針對計算架構主要

104、針對網絡架構，針對計算架構的的 OIO 中硅光中硅光+Chiplet 或成為主流解決方案，頭部芯片廠商及硅光初創公司或成為主流解決方案，頭部芯片廠商及硅光初創公司/設計公設計公司企業司企業不斷投入研究不斷投入研究，隨著，隨著 AI 技術對算力的持續需求，芯片間數據傳輸不斷增大，技術對算力的持續需求，芯片間數據傳輸不斷增大，OIO 的技術優勢有望不斷凸顯，的技術優勢有望不斷凸顯，與與 OIO 技術通源的技術通源的 CPO 技術也有望得到相應的重技術也有望得到相應的重視和發展視和發展。據。據 Yole 預測，預測，OIO 市場有望從市場有望從 2022 年的年的 500 萬美元增長到萬美元增長到

105、2033 年的年的23 億美元。億美元。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 32/56 圖圖51：OIO 是一種芯片的光互連解決方案是一種芯片的光互連解決方案 圖圖52：高耗能算力場景促高耗能算力場景促進進 OIO 發展發展 資料來源：Cadence 官網 資料來源：Martin ValloCo-packaged optics are inching closer to reality（2）從從硅光硅光發展節奏發展節奏來看，來看，全球企業積極推動硅光技術發展，全球企業積極推動硅光技術發展，硅光產業鏈硅光產業鏈進一進一步步完善完善。目前，硅光技術產業仍在發展，產業鏈

106、不斷構建，已初步覆蓋了前沿技術研究機構、設計工具提供商、器件芯片模塊商、Foundry、IT 企業、系統設備商、用戶等各個環節。2010 年左右，硅光技術的研發體制開始由學術機構推進轉變為廠商主導。硅光子技術主要有以下幾種發展模式：一是國家項目支持，如美國 2014 年發布“國家光子計劃”，出資打造集成光子工藝研究院，隨后在 2015 年投資 6.1 億美元成立集成光子學創新機構 AIM Pho.tonics，組織產業鏈各環節共同打造標準化的集成光子平臺。全球其他相關研究項目和機構，如歐盟 Leti 硅光光模塊量產研究計劃等。二是 Intel、IBM 等 IT 巨頭的投入，Intel、IBM

107、從 2003 年左右開始致力于硅光子技術研究，進行了長期、巨額投入。三是小型初創公司早期靠風險資金進入，后期被大企業并購再持續投人，該模式已成為硅光子的一種重要發展模式。四是一些新崛起的初創公司，如 Acacia、SiFotonics 等。圖圖53：硅光產業鏈不斷完善硅光產業鏈不斷完善 資料來源：Yole （3）從硅光產業機會來看，從硅光產業機會來看，硅光方案景氣度硅光方案景氣度不斷提不斷提高，高，硅光技術有望成廠商切硅光技術有望成廠商切入入 CPO 產業契機產業契機。第 25 屆中國國際光電博覽會（CIOE 2024）于 2024 年 9 月 11-13日在深圳國際會展中心舉辦。在 AI 的

108、拉動下，從光電芯片及光器件/光引擎到光模塊在向高速率方向快速升級，同時以硅光/CPO/薄膜鈮酸鋰/相干等為代表的新技術成熟度不斷提升，其中硅光技術成熟度和市場關注度顯著提升，其中硅光技術成熟度和市場關注度顯著提升，眾多企業布局硅光技術。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 33/56 會展上，旭創科技展示了 800G/400G 全系列硅光模塊，并積極推廣 1.6T 硅光方案；新易盛 400G 和 800G 硅光模塊均已經入量產階段，最新的 1.6T 硅光模塊也已經完成開發，并進入樣品階段；華工正源的 1.6T OSFP DR8 光模塊搭載自研單波 200G硅光芯片，

109、并表示沿著自研硅光芯片的技術路線，目前已具備從基于各種化合物光芯片到器件、模塊、智能終端全系列產品的垂直整合能力，下一步將布局 3.2T 及更高速率的光模塊、CPO 和光 I/O；源杰科技年初推出的硅光大功率激光器，25 毫瓦的 100G DR1 搭配硅基的調制器，2024 年有機會實現小批量出貨，50 毫瓦和 70 毫瓦也已經送樣，其中 70 毫瓦可以做到一分四，即做到 400G DR4 的規格；Sicoya（熹聯光芯）展出最新硅光技術及解決方案，包括 1.6T DR8 PIC、800G DR8 PIC、800G2xFR4PIC、200G/lane PIC wafer 等產品，并現場進行單通

110、道 200G 硅光產品的性能演示；SiFotonics 同樣展示了最新研發和量產的全系列硅光產品，包括 800G/1.6T AI/DC 智算互聯應用的 200G Ge/Si PIN PD 和 4x200G SiPho MZM PIC，現場演示了和 Anristu 硅光 PCIe 光互聯解決方案，目前已創 7000 萬硅光芯片交付新紀錄。表表1：海內外企業積極布局硅光子技術海內外企業積極布局硅光子技術 廠商名稱 發展現狀 海外 Marvell 公司 2020 年收購 Inphi，基于 Inphi 前幾代 COLORZ 光學模塊技術基礎，于 2024 年發布其最新的硅基光電子平臺。同年在 OFC

111、上展示 3D 硅光（SiPho）引擎，具有 32 通道 200G 電氣和光學接口，能以多太比特的速度連接下一代人工智能（AI）集群和云數據中心 Lumentum 作為全球領先的光學元件供應商，公司 2023 年收購中國香港光模塊制造商 Cloud Light Technology（云暉光電），2024 年在 OFC 上推出 1310nm DFB 激光器，該激光器專為共封裝光學器件(CPO)和硅光子 800G 和 1.6T 收發器應用而設計 SiFotonics 作為最早開始探索硅光子技術的公司之一，目前已在數據中心硅光 PIC 及光引擎、硅光相干PIC及組件等方面推出400G/800G 硅光集

112、成發射芯片、硅光IC-TROSA等多種產品。2024年在OFC上展示了其研發和量產應用于800G/1.6T AI/DC，100G/400G/800G相干和25G/50G PON 的全系列硅光新產品 Sicoya 2024 在 OFC 上展示了 400G/800G/1.6T 硅光產品及單通道 200G 硅光方案 Cisco 公司先后收購 Lightwire、Luxtera、Acacia 等三家硅光公司深度參與硅光子技術布局，其中Luxtera 在 2015 年就已發布 100G-PSM4 硅光子芯片，是最早推出商用級硅光集成產品商之一；Acacia 是首家提出將硅芯片作為多個離散光子功能集成平臺

113、的相干模塊供應商，2024年推出硅基 800G 相干可插拔產品，其基于 Delphi DSP 的可插拔模塊預計于 2024 年第二季度上市。Cisco 與 Inphi 合作推出 51.2Tb/s 交換機，并在 2023 年 OFC 上展示了基于硅光子學的 CPO 路由器和 800G 硅光光模塊 Juniper 公司 2016 年收購 Aurrion 以發展硅光業務，在 2019 年 OFC 上推出基于硅光子技術的 100G QSFP28 和 400G QSFP-DD 封裝的兩款光模塊，2022 年與 Synopsys 建立開放的硅光子學平臺 Ciena 公司 2016 年收購 TeraXion

114、 的高速 InP 和硅光子技術以及相關專利，2023 年推出 WaveLogic 6，采用 3nm CMOS、高帶寬硅光子學和基于磷化銦的電子光學等先進技術 AMD 公司 2022 年完成對賽靈思的收購，與 Ranovus 聯合發布基于硅光引擎的 CPO 器件，在硅光子集成領域有申請相關專利 TSMC 公司攜手博通、英偉達等大客戶共同開發硅光子及共同封裝光學元件，已組建由約 200 名專家組成的專門研發團隊，專注于利用硅光子技術開發未來芯片。公司硅光工藝平臺已由COUPE 升級成 COUPE 2.0 NVIDIA 公司 2020 年完成對 Mellanox 的收購，Mellanox 曾收購硅光

115、子器件公司 Kotura，具備較強的技術積累；2022 年，公司與 Ayar Labs 合作開發將硅光互連用于 GPU 與 NVSwitch 之間行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 34/56 的數據傳輸。公司和臺積電進行合作以研發硅光子技術 Intel 2023 年公司剝離硅光光模塊部門，由 Jabil 承接相關業務，保留硅光芯片部門。2024 年在OFC 上展示了硅光子學 Tx 和 Rx Ics。公司基于硅光子技術網絡平臺，目前已在光學收發器領域推出 400G FR4 QSFP-DD、200G FR4 QSFP56、100G DR/FR/LR QSFP28 等

116、多款產品并已實現批量出貨 Coherent 2023 年推出高功率 CW DFB 激光二極管，為傳輸容量介于 400G 到 1.6T 的硅光子收發器提供支持 Broadcom 2024 年向客戶交付了業界首款 51.2Tbps 共封裝光學(CPO)以太網交換機。該產品將八個基于硅光子的 6.4-Tbps 光學引擎與博通同類最佳的 StrataXGS Tomahawk5 交換芯片集成在一起。同年于 OFC 上展示了基于 200G 硅光子調制的 CW 激光器 國內 中際旭創 2022 年全球光模塊廠商中排名第一，在硅光領域研發和布局多年，目前已推出了搭載自研硅光芯片的 400G 和 800G 硅光

117、光模塊；2023OFC 上展示其基于 5nm DSP 和先進硅光子技術的第二代800G模塊；2024年在OFC上演示面向人工智能和數據中心應用的800G/1.6T 硅光高性能強度調制直檢和相干檢測光模塊解決方案 新易盛 2022 年收購 Alpine，深入參與硅光光模塊以及硅光子芯片技術的市場競爭；2024 年在 OFC展示其 800G OSFP DR4 LPO，收發器采用硅光子學 PIC，以 200Gb/s 的速度傳輸 4 個并行通道 華為 2012、2013 年陸續收購英國光子集成公司 CIP 和比利時硅光子公司 Caliopa，2019 年后累計投資包括熹聯光芯微源光子、長光華芯、芯視界

118、在內的 10 余家光芯片產業鏈相關企業 華工科技 2024 年在 OFC 上正式推出 1.6T-200G/高速硅光光模塊方案，采用了自研的單波 200G 硅光芯片，并且與薄膜鈮酸鋰調制器和量子點激光器兼容 羅博特科 公司 2020 年參股 ficonTEC 進入光模塊設備領域，目前正著手收購 ficonTEC 全部股份，以提供高速硅光光模塊封裝與測試設備，在硅基光芯片方面可提供鏡檢、測試及貼裝設備 光迅科技 2018 年聯合研制成功 100G 硅光收發芯片并于 2020 年實現量產；2024 年 OFC 上聯合思科成功推出 1.6T OSFP-XD 硅光光模塊 博創科技 2020 年公司已推出

119、高性價比的 400G 數據通信硅光模塊解決方案：400G QSFP-DD DR4(500m)和 400G QSFP-DD DR4+(2km)，2021 年完成批量出貨，2024 年 400G FR4 硅光模塊預計也完成了量產部署，并向 800G 硅光模塊開發 賽麗科技 公司 2021 年成立，以化合物半導體材料為基礎，利用硅基 CMOS，MEMS 平臺和 Chiplet，TSV 等先進封裝技術實現光電芯片高度集成，產品廣泛應用于汽車電子，高速數據通信，生物傳感器等。目前已推出基于硅基 CMOS 兼容的調制器以及 5DIPS 光引擎 獵奇智能 2024 年 OFC 上，公司展示了其 800G 硅

120、光光模塊封裝工藝設備，其 HP-EB3300 高精度共晶貼片設備在滿足常規 COC 需求之外還支持硅光應用3 微米的高精度封裝 亨通光電 公司與 Rockley 合作布局硅光業務，2017 年兩者共同成立江蘇亨通洛克利生產硅光光模塊，2020 年亨通洛克利發布第一款樣品版 400G QSFP-DD DR4 硅光光模塊，2022 年發布量產版 400G QSFP-DD DR4 硅光光模塊，并且基于硅光子技術成功推出國內第一臺 3.2T CPO 工作樣機 熹聯光芯 2021 年完成對 Sicoya 的并購，并基于 Sicoya 硅光子技術自主設計研發了 400G QSFP-DD ZR、800G O

121、SFP DR8、800G OSFP 2xFR4 等光模塊產品以及 400G DR4、800G 2*FR4 硅光引擎，主要應用于以太網、數據中心及云計算等 阿里云 公司與 Elenion、海信寬帶在硅光領域深入合作，2019 年推出基于硅光子技術的 400G DR4光模塊，但公司主要從網絡系統角度研究和規劃模塊技術，并不擅長基礎器件的生產 資料來源：各公司官網、訊石光通信網、開源證券研究所 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 35/56 3.2、變化變化 2：龍頭廠商積極布局龍頭廠商積極布局 CPO，進一步催化進一步催化 CPO 產業發展產業發展 各大芯片廠商積極布

122、局各大芯片廠商積極布局 CPO 技術技術，硅光，硅光 CPO 原型機不斷推出。原型機不斷推出。CPO 方案眾多，各大芯片廠商推出 CPO 方案，其中 Intel、Broadcom、Raonvus、AMD、Marvell、Cisco 等均有在近年 OFC 展上推出 CPO 原型機，不斷實現交換容量的提升和功耗的降低，Nvidia 及 TSMC 等廠商也展示了自己的 CPO 計劃。我們認為，一方面，其中基于硅光光引擎的 CPO 技術為主流方案，有望充分受益于硅光技術的發展；另一方面，龍頭廠商的入局，有望進一步加速 CPO 產業鏈的完善和發展。Intel 一直致力于可插拔光模塊和微環調制器技術的研究

123、和開發，并在 2020 年后利用其硅光工藝平臺來搭建基于微環調制器的 CPO 系統。在“OFC 2020”會議上，Intel 推出首款 CPO 樣機，由 1.6Tbit/s 的硅光引擎與 12.8Tbit/s 的可編程以太網交換機集成，并在架構設計上考慮了散熱。在 2024 年 IEEE ISSCC 上，Intel 公布了其 CPO技術的最新進展，信號傳輸速率達到 4x64Gb/s，同時保持了僅為 1.3pl/bit 的低系統功耗；Intel 和 Ayar Labs 合作多年，Supercomputing 2023 大會上展示了將 2 顆 4Tb/s帶寬的 TeraPHY OIO chiple

124、t 嵌入到 Intel Agilex FPGA 中，并由兩個 SuperNova 光源支持每個 chiplet 上 8 根光纖的 64 個光通道的高速光通信；Broadcom 在“OFC 2022”會議上，博通推出了首款 CPO 交換機，將 25.6Tbps Tomahawk4 交換芯片與光引擎相結合；2023 年推出 Strata Tomahawk XGS5，交換容量為 51.2Tbps，功耗僅為 5.5W，速率為 800Gbps；在“OFC 2024”會議上，Broadcom宣布已向客戶交付了業界首款 51.2Tbps CPO 以太網交換機Bailly，該產品將八個基于硅光子的 6.4-T

125、bps 光學引擎與 StrataXGS Tomahawk5 交換芯片集成在一起，使光互連的功耗降低了 70%，硅面積效率提高了 8 倍；Ranovus 在“OFC 2021”會議上發布了 Odin 品牌模擬驅動 CPO 2.0 架構，該架構由 Ranovus、IBM、TE 和 Senko 共同開發，通過消除重定時功能和實施 IC 有效的單芯片解決方案，實現了 40%的功耗降低和成本節約；Ranovus 在“OFC 2023”上展示了將 800G 直驅硅光引擎與 AMD 的 FPGA 芯片相結合；Marvell 在“OFC 2022”會議上展示了其首款 CPO 樣機，帶寬為 1.6Tbit/s；

126、在“OFC 2023”會議上發布了 51.2Tbit/s 的交換芯片；Cisco 在“OFC 2023”上展示了基于 CPO 技術的 25.6T 交換機原型，有八個 3.2T硅光引擎，每個引擎配備八個 400G-FR4 硅光芯片，每個光引擎單通道 100Gbps。Nvidia 一直在開發硅光 CPO，在“2020 GTC”會議上展示了一個通過 CPO 將GPU 和交換機芯片互連的系統架構圖，并與與臺積電、Ayarlabs 等公司積極合作開發 CPO 技術；TSMC 于 2017 年開始與 Luxtera 合作開發了一個 65nm 節點的 12 英寸硅光子工藝平臺，隨后引入先進封裝，推出 COU

127、PE1.0/2.0 平臺，在公布的 CPO 發展路線計劃 2025 年實現 6.4Tbps 光引擎。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 36/56 圖圖54：硅光硅光 CPO 原型機不斷推出原型機不斷推出 資料來源：Tian,W 等Progress in Research on Co-Packaged Optics、開源證券研究所 3.2.1、Broadcom：TH5-Bailly SiPh PIC+7nm CMOS EIC+FOWLP Broadcom 積極推動積極推動 CPO 技術從交換機側向服務器側滲透技術從交換機側向服務器側滲透。2021 年 Broadc

128、om 推出了配備 CPO 光學器件的下一代交換芯片系列，第一款 25.6T Humboldt 計劃于 2022 年底上市，并計劃于 2022 年推出 51.2T Bailly，并宣布了基于硅光子集成電路的 800G DR8 可插拔收發器，并與 DSP 共同封裝，以及未來將光學器件與 CPU 和 GPU 共封裝的計劃；圖圖55：Broadcom CPO 產品不斷推出產品不斷推出 資料來源：Broadcom 官網 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 37/56 OFC 2022 展會上 Broadcom 展示了與 Tomahawk 4 交換芯片共封裝的 800Gb/s

129、光引擎，OCP 2022 上展示了 CPO 進展，并宣布與騰訊和銳捷建立戰路合作伙伴關系，在超大規模數據中心內部署世界上第一個基于 Tomahawk 4 的 25.6T Humboldt CPO系統；OFC 2023 上進一步演示了基于 Tomahawk 4 的 25.6T Humboldt CPO 系統；TH4-Huboldt：作為 Broadcom 第一代 CPO 系統，采用半 CPO、半電連接方式，交換芯片與兩側共 4 個 3.2T 光引擎（32100Gbps DR）互聯，光引擎由硅光 PIC 和SiGe EIC 構成，采用內置光源，整體封裝上基于 TSV 工藝通過基板互連，系統光互連功

130、耗低于每 800G 7W，比傳統的可插拔模塊提高了 50%以上。圖圖56：TH4-Huboldt 是是 Broadcom 第一代第一代 CPO 系統系統 圖圖57：TH4-Huboldt 采用采用 SiPhPIC+SiGeEIC+TSV 架構架構 資料來源：Manish Mehta An AI Compute ASIC with Optical Attach to Enable Next Generation Scale-Up Architectures 資料來源：Manish Mehta An AI Compute ASIC with Optical Attach to Enable Nex

131、t Generation Scale-Up Architectures Broadcom 的的 CPO 平平臺臺逐步完善。逐步完善。OFC 2023 上 Broadcom 展示了世界上第一個基于 Tomahawk 5 的 51.2T Bailly CPO 原型系統；2024 年 3 月，Broadcom 宣布向其客戶交付了業界第一臺 51.2T 的 CPO 以太網交換機；OFC 2024 上進一步展出 Bailly 51.2T CPO 以太網交換機系統，以及集成了 HBM、Logic 和 PHY 在內的多芯片模塊共封裝 6.4T 光引擎；TH5-Bailly：該產品將 Broadcom Tom

132、ahawk 5 交換芯片與 8 個 6.4T 硅光光引擎（64x100Gbps FR4）連接，其中 PIC 上已集成光學 MUX/DEMUX，全 COMS EIC包含低功耗 TIA 及 Driver，PIC 與 EIC 基于 FOWLP 工藝互連，并通過帶有 Broadcom FAU 連接器的光纖組件與前面板連接，同時采用外置可插拔激光器（PLS），通過 PLS盲插連接器（MPO）連接。整體來看，與可插拔光模塊解決方案相比，CPO 使光互連的功耗降低了 70%，硅面積效率提高了 8 倍，使整個交換機功耗降低了大約 30%。Broadcom 表示，一個 800G 模塊將消耗 13-15W 的功率

133、相比，使用 CPO 并消除 DSP 復雜性等因素，功耗能降至 4.8W 以下。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 38/56 圖圖58：TH5-Bailly 采用采用 SiPh PIC+7nm CMOS EIC+FOWLP 架構架構 資料來源：Manish MehtaAn AI Compute ASIC with Optical Attach to Enable Next Generation Scale-Up Architectures Broadcom 正在嘗試將正在嘗試將 CPO 技術從交換機進一步拓展到算力芯片，實現更大規技術從交換機進一步拓展到算力芯片，

134、實現更大規模的擴展域。模的擴展域。相比交換芯片的 CPO 封裝，GPU 會更加復雜，涉及到更多的 HBM 和更多的計算塊。當前，一套設備具備 64x100G，兩套設備可實現 12.8T，未來有望提升到 102.4T 的高帶寬。圖圖59：Broadcom 將將 CPO 技術進一步拓展到算力芯片技術進一步拓展到算力芯片 資料來源：Manish MehtaAn AI Compute ASIC with Optical Attach to Enable Next Generation Scale-Up Architectures 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 39/

135、56 3.2.2、TSMC：積極布局硅光技術，積極布局硅光技術，推出推出 COUPE 平臺平臺 TSMC 宣布推出宣布推出 COUPE 平臺。平臺。TSMC 在 2024 年北美技術研討會上，披露了自身的 3D 光學引擎路線圖，并計劃為臺積電制造的處理器提供高達 12.8 Tbps 的光連接。由于銅纜信號無法滿足不斷增長的帶寬需求，硅光子學將成為未來數據中心的一項關鍵技術。TSMC 的緊湊型通用光子引擎（COUPE）是硅光子學領域的重要成果之一。該技術采用 TSMC 的 SoIC-X 封裝技術，將電子集成電路（EIC）堆疊在光子集成電路（PIC）上，形成 EIC-on-PIC 結構。這種結構可

136、以在模對模接口處實現最低的阻抗，從而實現最高的能效。此外，COUPE 還具備緊湊的集成設計、廣泛的波長兼容性、高效的光電轉換以及可擴展性和靈活性等特點，使得它能夠支持多種光互聯應用，并滿足不同應用的需求。目前，臺積電的 3D 光學引擎已經進入開發階段，未來將逐步提升傳輸速度并將光學連接更靠近處理器本身。COUPE 發展計劃有三個階段，每個階段都致力于提高傳輸速率和降低功耗：（1）2025 年，TSMC 的第一代 3D 光學引擎將集成到運行速度為 1.6 Tbps 的OSFP 可插拔設備中，兩倍于當前基于銅的以太網解決方案的最高速率。第一代COUPE 不僅有望實現高帶寬，還有望提高電源效率，而這

137、兩個問題是現代數據中心中亟待解決的關鍵問題。（2）2026 年，TSMC 的第二代硅光產品計劃將 COUPE 集成到 CoWoS 封裝中，實現交換芯片及光學器件的共封裝，這將實現速度高達 6.4 Tbps 的主板級光學互連，第二代功耗預計為第一代的 50%以下，延遲預計為第一代的 10%以下。（3）第三代產品旨在集成到處理器封裝中，COUPE 運行在 CoWoS Interposer上，目標傳輸速率達 12.8 Tbps，同時使光學連接更接近處理器本身。此階段迭代仍處于探索階段，沒有明確的發布時間，TSMC 表示正在考慮進一步降低功耗和延遲。圖圖60：TSMC 推出推出 COUPE 平臺平臺

138、資料來源：Kevin ZhangTSMC 2024 North American Technology Symposium Highlights TSMC 作為全球知名的晶圓廠供應商，其封裝技術的主要特點之一，是能夠在基礎芯片上堆疊異構芯片，從而實現更好的集成度和性能水平。通過利用混合鍵合技術，最大限度地提高了堆疊芯片的 I/O 功能，進一步增強了連接性和數據吞吐量。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 40/56 圖圖61：TSMC 提供其先進技術路線圖提供其先進技術路線圖 圖圖62：芯片異構集成芯片異構集成是是 TSMC 封裝技術之一封裝技術之一 資料來源：Ke

139、vin ZhangTSMC 2024 North American Technology Symposium Highlights 資料來源：Kevin ZhangTSMC 2024 North American Technology Symposium Highlights 目前，臺積電正與 Ansys、Synopsys 和 Cadence 合作，開發其硅光子集成系統能力，TSMC 在 OIP 2024 生態系統論壇上進一步展示了其供應商目前擁有的支持 COUPE 設計流程的工具，其中以看出，Synopsys 和 Ansys 工具之間存在協同效應。此外，臺積電計劃與 Broadcom、Nvi

140、dia 等客戶共同開發硅光子技術、CPO 等新產品，這一合作的制程技術從 45nm 延伸到 7nm，為相關工藝提供更加先進的支持?？偟膩砜?，TSMC通過部署3D光學引擎，不僅進入了關鍵的數據中心連接領域，而且還計劃大幅降低硅光子技術的功耗，通過解決互連性、電源和可擴展性方面的關鍵挑戰，TSMC 的創新方法有望進一步助力現代計算架構的發展，同時與 Broadcom、Nvidia 等大客戶共同開發硅光芯片技術，有望集合各方的技術優勢和資源，推動硅光芯片的規模量產，并對硅光電子市場的競爭格局產生深遠影響。圖圖63：TSMC 供應商支持的供應商支持的 COUPE 設計工具設計工具 資料來源：semie

141、ngineering 網站 3.2.3、Nvidia：GPU 龍頭龍頭企業，積極布局企業，積極布局 CPO DWDM 方案方案 Nvidia 積極開發硅光子積極開發硅光子 CPO 技術。技術。Nvidia 作為全球 GPU 龍頭企業，其首席科學家 Bill Dally 在 GTC 2020 上介紹了其在硅光及共封裝方面研究。在 HOTI 2023上的“Accelerator Clusters:the New Supercomputer”演講，進一步展示了有關基于行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 41/56 CPO 技術的互聯系統的討論。不同的設備連接具有不同的帶

142、寬和功耗，挑戰在于如何將它們有機地組合在一起，需要同時考慮功率、成本、密度和連接距離等因素，通過這些尺寸測量，CPO DWDM 成為一個可行的選擇，GPU 或交換機、它們所連接的 PCB 以及它們匯集的機柜之間存在帶寬和功率限制，這為硅光互連奠定了基礎，鏈路越短，帶寬越高，偏移所消耗的能量就越低，CPO DWDM 方案的目標是具有比電纜更低的功耗但成本相似，具有與有源電纜相當的覆蓋范圍，并提供與 PCB 相當的信號密度。圖圖64：不同的設備連接具有不同的帶寬和功耗不同的設備連接具有不同的帶寬和功耗 圖圖65：CPO DWDM 或是個綜合性能優異的方案或是個綜合性能優異的方案 資料來源：Bill

143、 Dally Accelerator Clusters:the New Supercomputer 資料來源：Bill Dally Accelerator Clusters:the New Supercomputer 其光互連系統中，交換機卡和 GPU 卡中采用 CPO 器件。交換芯片周邊布置 6個光引擎，光信號從尾纖導出，并通過帶狀光纖連接至前面板的 MTP 光纖連接器。GPU 卡中可能包含多個 GPU，采用 CPO 器件，通過 NVlink 連接至面板。交換機卡、GPU 卡分別進一步整合，分別構成交換機機架和 GPU 機架。圖圖66：交換機卡和交換機卡和 GPU 卡中采用卡中采用 CPO

144、器件器件 圖圖67：GPU 卡、交換機卡分別構成相應機架卡、交換機卡分別構成相應機架 資料來源：Bill Dally Accelerator Clusters:the New Supercomputer 資料來源：Bill Dally Accelerator Clusters:the New Supercomputer 光源方面，光源方面，Nvidia 希望最終量子點光源能夠使用，但目前仍以 DFB 激光器為主，通過光纖將光源導入發射端。發射端采用微環陣列調制器，調制范圍在 25G/s-200G/s，調制后的信號導入接收端芯片，接收端包含光電二極管及跨阻放大器，將光信號轉為電信號。同時在能耗上

145、，早期原型機的功率預算大約是 3.5 pJ/b，其中大部分是激光器。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 42/56 圖圖68：Nvidia CPO DWDM架構采用架構采用DFB光源和微環調光源和微環調制器制器 圖圖69：激光器占主要功耗預算激光器占主要功耗預算 資料來源：Bill Dally Accelerator Clusters:the New Supercomputer 資料來源：Bill Dally Accelerator Clusters:the New Supercomputer 器件結構上，器件結構上，光引擎通過硅基 Interposer 與交換機

146、芯片互聯，其中 PIC 集成了微環調制器、波導、耦合器，EIC 放置于 PIC 之上，和交換芯片連接距離非常短，包含發射端的微環調制器的驅動器、序列化器等，以及接收端的跨阻放大器、解序列器等。GPU 側結構和交換機側結構類似。圖圖70：Nvidia CPO DWDM 架構中架構中采用采用硅基硅基 Interposer 資料來源：Bill DallyAccelerator Clusters:the New Supercomputer 速率上，速率上，Nvidia 的一個原型機做到每根光纖帶寬 400Gbps，其中每個偏振包含 8個通道，每個通道帶寬為 200Gbps。未來希擴展到每根光纖 800

147、Gbps 和 1.6Tbps。目前 Nvidia 已制造了許多測試芯片，比如 RPC 19 被動微環調制器 DOE 已于 2019 年完成。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 43/56 圖圖71：Nvidia的的CPO原型機原型機速率達到每根光纖速率達到每根光纖400Gbps 圖圖72：Nvidia 已制造已制造 CPO 各類型測試芯片各類型測試芯片 資料來源：Bill Dally Accelerator Clusters:the New Supercomputer 資料來源：Bill Dally Accelerator Clusters:the New Sup

148、ercomputer Nvidia 與與 AyarLabs 積極積極合作開發合作開發 CPO。Ayar Labs 2022 年宣布與 NVIDIA 合作加速人工智能/機器學習架構中光互連的開發和應用，此次合作將側重于集成 Ayar Labs 的技術，為未來的 NVIDIA 產品開發由高帶寬、低延遲和超低功耗基于光學的互連實現的橫向擴展架構。兩家公司計劃共同加速光學 I/O 技術的開發和采用，以支持 AI 和機器學習（ML）應用程序和數據量的快速增長。Ayar Labs 是片間互聯的領軍企業，公司結合了硅光子技術和 Chiplet 來設計新一代片間互聯產品，其產品主要包括 TeraPHY（光信號

149、互聯芯片）和 SuperNova（獨立激光器），兩者經常配合使用，其中 TeraPHY 硅光芯片采用體積小、功耗低的微環調制器，利用多個波長攜帶信號來提高帶寬密度，當前產品通過 8 個光端口實現了4096 Gbps 的雙向吞吐量，每個鏈路支持每個光口 256Gbps，每個光口有 8 個波長，每個波長 32Gbps。圖圖73：TeraPHY 和和 SuperNova 典型鏈典型鏈路路 圖圖74：TeraPHY 采用硅光微環調制器采用硅光微環調制器 資料來源：foresightnews 資料來源：Ayar Labs 官網 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 44/56

150、 3.3、變化變化 3：AI 時代時代高速交換機高速交換機需求需求增長增長，CPO 方案優勢不斷凸顯方案優勢不斷凸顯 CPO 交換機交換機 AI 時代時代迎來產業機遇期。迎來產業機遇期。在光互連不斷穿透機架和計算系統的背景下，交換機作為光通信網絡系統中核心網絡設備，隨著全球 AI 的高速發展，AI集群規模持續增長，AI 集群網絡對組網架構、網絡帶寬、網絡時延、功耗等方面提出更高要求，帶動交換機朝著高速率、多端口、低功耗等方向迭代升級，AI 時代 CPO方案交換機有望迎來產業機遇期。圖圖75：光互連正逐漸取代銅互連光互連正逐漸取代銅互連 資料來源：Martin ValloCo-packaged

151、optics are inching closer to reality 3.3.1、AI 時代時代交換交換機帶寬加速迭代，端口互聯速度快速發展機帶寬加速迭代，端口互聯速度快速發展 AI 加速加速交換機帶寬交換機帶寬發展發展，端口互聯速度快速，端口互聯速度快速迭代迭代。自 2019 年后全球數據中心產業開始步入算力中心階段，根據 Cisco 數據，2010-2022 年全球數據中心網絡交換帶寬提升了 80 倍，特別是近期 AIGC 的快速發展帶來網絡架構的升級和 GPU 的加速迭代，進一步帶動設備間更高的帶寬需求，2023 年作為 AI 元年，AI 在一半的時間內將互聯速度提升一倍，數據中心交

152、換芯片的演化角度來看，目前進入每兩年翻一番的快速增長階段，預計 2025 年有望實現 102.4T 的容量，對應 1.6T 光口。圖圖76：ASIC 帶寬帶寬約約每兩年翻一番每兩年翻一番 圖圖77：以以太網速度太網速度跟跟隨隨 ASIC 帶寬的擴展帶寬的擴展 資料來源：Rakesh Chopra Looking Beyond 400G:A System Vendor Perspective 資料來源：Sandeep Razdan 等Co-Packaged Optics Integration for Hyperscale Networking 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息

153、披露和法律聲明 45/56 3.3.2、AI 集群加速集群加速 Scale out，后端網絡組網，后端網絡組網拉動高速交換機需求拉動高速交換機需求 在數據中心里，包括前端網絡和后端網絡，以及內部計算網絡在數據中心里，包括前端網絡和后端網絡，以及內部計算網絡。計算網絡：在一個服務器內連接多個 XPU，通常使用短距銅纜連接，使用協議包括 NVLink、Infinity Fabric、PCIe；后端網絡：用于一個集群類多個服務器連接，通過 XPU 的 NIC/DPU的端口進行光纜連接，使用協議包括 Infiniband、Ethernet；前端網絡：將服務器連接至數據中心，通過 CPU 的 NIC/D

154、PU 的端口進行光纜連接，使用協議為 Ethernet。圖圖78：前后端網絡組網均來帶來大量交換機需求前后端網絡組網均來帶來大量交換機需求 資料來源：Marvell 官網 AI 訓練集群帶來訓練集群帶來 GPU 互聯需求，新增后端網絡組網需求?；ヂ撔枨?，新增后端網絡組網需求。傳統數據中心架構下，傳統服務器與交換機之間通過網卡互相通信，網卡可直連 CPU 進行數據交換；AI 服務器比傳統服務器新增 GPU 模組，服務器內部 GPU 之間通過 PCIe Switch 芯片或 NVSwtich 芯片實現內部互聯，GPU 模組通過對應的網卡與其他服務器的網卡互聯，實現各節點之間的通信。因此相比傳統網絡

155、架構，AI 服務器組網增加后端網絡組網（Back End），增加了每臺服務器的網絡端口數量，拉動對高速交換機、網卡、光模塊、光纖光纜等組件的需求。AI/ML 后端網絡市場規?？焖僭鲩L，進一步拉動交換機需求。后端網絡市場規?？焖僭鲩L，進一步拉動交換機需求。后端網絡可采用運用 RDMA 技術的 RoCE 以太網和 IB 網絡組網，據 650group 數據，2021 年之前，RDMA 的市場規模每年在 4 億至 7 億美元之間，主要受 HPC 應用的驅動。2023 年，由于 AI/ML 部署的增長，市場對 RDMA 的需求提升至 60 億美元以上，預計到 2028年將突破 220 億美元，其中主要

156、以交換機設備需求為主。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 46/56 圖圖79：AI 網絡架構網絡架構帶帶動動 GPU 互聯需求互聯需求 圖圖80：RDMA 市場中交換機需求快速增長市場中交換機需求快速增長 資料來源：李家清等智算中心 IB 及 RoCE 網絡技術探究 資料來源：650 group AI 集群加速集群加速 Scale out，大大集群組網帶來大量高速交換機需求。集群組網帶來大量高速交換機需求。隨著 AI 模型參數持續增長，帶動集群規模從百卡、千卡拓展至萬卡、十萬卡，對于超節點及超大規模組網架構，未來有望從Scale up和Scale out兩個維度

157、來實現總算力規模的提升，Scale out 推動組網架構從 2 層向 3 層、4 層架構拓展，帶來大量高速交換機需求。Scale up：主要通過提高單個節點內的算力規模，進而提升集群的算力規模。：主要通過提高單個節點內的算力規模，進而提升集群的算力規模。在服務器層面增加算力芯片總數，以 A100、H100、B200 DGX 系列為例的單個 AI 服務器內部算力模組主要由 8 張算力卡內部通過 NVSwitch 芯片互聯組成，未來有望通過引入支持更多算力芯片互聯比如 16 卡、32 卡互聯的 Swtich 芯片，以優化 GPU 南北向的互聯效率和規模，增強張量并行或 MoE 并行的數據傳輸能力，

158、同時提升 GPU卡間互聯帶寬，通過高速互聯總線將更多算力芯片互聯，提升單服務器算力性能；在機柜層面增加服務器總數，以 GH200 NVL32、GB200 NVL72 為例，單機柜內部通過引入更多服務器再搭配高速交換機實現互聯，提升單機柜算力性能，再通過機間互聯擴展至 NVL576，提升單個節點的算力性能。Scale out：主要通過高速互聯容納更多節點，進而提升集群整體算力規模。：主要通過高速互聯容納更多節點，進而提升集群整體算力規模。當前機間通信主要以 400G/800G 為主，未來有望通過更高速率如 1.6T 組網互聯，以提高互聯帶寬，支持更多節點高速互聯；采用 CPO(Co-Packag

159、ed Optics)/NPO(Near Packaged Optics)、多異構芯片 C2C(Chip-to-Chip)封裝等方式降低延時，進而提升數據傳輸效率；通過增加交換機端口數量提升相同架構下的 GPU 節點數量上限，或通過增加集群組網規模以實現更多節點間互聯，如從 2 層胖樹組網增加至 3、4 層組網架構，或改由 Torus、Dragonfly 等方式組網，實現從千卡向萬卡、十萬卡集群拓展。圖圖81：算力集群拓展方向算力集群拓展方向包括包括 Scale up 和和 Scale out 圖圖82：Scale up+Scale out 構成后端網絡構成后端網絡 資料來源：Broadcom

160、資料來源：Charlie KawwasENABLING AI Infrastructure 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 47/56 3.3.3、AI 集群功耗成關鍵挑戰，集群功耗成關鍵挑戰，CPO 方案優勢凸顯方案優勢凸顯 CPO 是在成本、功耗、集成度各個維度上優化數據中心的光電封裝方案。是在成本、功耗、集成度各個維度上優化數據中心的光電封裝方案。傳統光電互連采用的板邊光模塊，走線較長，寄生效應明顯，存在信號完整性問題，且模塊的體積較大、互連密度低、多通道功耗較大。共封裝技術通過將光收發單元與ASIC 芯片封裝在一個封裝體內，進一步縮短了光信號輸入和運算

161、單元之間的電學互連長度，在提高光模塊和 ASIC 芯片之間的互連密度的同時實現了更低的功耗。CPO相較于可插拔光模塊，帶寬密度提升一個數量級，能量效率優化 40%以上。隨著隨著AI集群的快速擴張，系統功耗迅速提升集群的快速擴張，系統功耗迅速提升。以采用液冷系統的NVL576為例，根據 Broadcom 的估算，NVL576 包含 8 個 GB200 機架，4 組 L2 交換機機架，其中包含 144 TRAYS4 GPU/TRAY=576 個 GPU，8L1 交換機層18 交換機/層+4L2 機架8L2 交換機/機架=216 臺交換機，648 個 1.6T OSFP 接口（用于 L1 至 L2間

162、的光模塊），200G/通道的銅互連。其用于576個GPU計算的光互連功率約為16.2kW，若采用 CPO 方案，有望降低到 7.1kW，節約 9.1kW。進一步，隨著 NVL576 進一步向著萬卡集群組網，以 30528 GPU 集群為例，根據 Broadcom 的估算，基于 DSP 可插拔方案，其互連功耗將達到 832kW，采用 CPO方案有望降低到 366kW。圖圖83：CPO 方案有望有效降低方案有望有效降低 AI 集群功耗集群功耗 資料來源：Rajiv PancholyWill You Need CPO in 3 Years?、開源證券研究所 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后

163、面的信息披露和法律聲明 48/56 4、CPO 發展發展潛力潛力較大較大，商業落地仍需，商業落地仍需產業協同產業協同 總體總體來看，來看，CPO 是實現高集成度、低功耗、低成本、小體積的最優封裝方案是實現高集成度、低功耗、低成本、小體積的最優封裝方案之一之一。雖然 CPO 具有顯著的潛在優勢，但 CPO 目前處于產業化初期，除了技術上的挑戰外，更受集成光學器件的市場接受度、標準和制造能力的限制。作為光通信解決方案的一環，其發展仍需整體產業鏈的協同推進。4.1、技術方面，技術方面，CPO 在工藝、仿真以及測試等方面仍面臨很多挑戰在工藝、仿真以及測試等方面仍面臨很多挑戰（1）封裝工藝：封裝工藝：C

164、PO 涉及到 TSV、TGV、多層高密度互連基板、Bumping 和芯片堆疊等先進封裝中的關鍵技術，每種關鍵技術都有各自的優缺點，比如：TGV通孔技術可能會損傷玻璃造成表面不光滑，大多數 TGV 加工方法效率低，沒法大規模量產，TGV 結構的電鍍成本和時間比 TSV 略高，玻璃襯底表面的黏附性較差，容易導致 RDL 金屬層異常，玻璃本身的易碎性和化學惰性給工藝開發帶來了難度；TSV的通孔加工、孔填充都有較高的工藝要求，此外還涉及到晶圓減薄，存在潛在的成品率和可靠性的問題；（2）器件性能問題：器件性能問題：目前的硅光技術還有一些需要克服的技術難題，比如如何減少硅波導的損耗、如何實現波導與光纖的有

165、效耦合、如何克服溫度對于功率和波長穩定性的影響等。（3）散熱技術：）散熱技術：熱會導致機械應力，可能導致基板翹曲，影響光耦合和電子互連的性能，CPO 中分配給光學和電氣元件的空間非常有限，由于光學元件對熱量較為敏感，散熱設計成為 CPO 另一個挑戰；（4）仿真技術仿真技術：隨著集成密度的不斷提高，為提高產品的一次設計成功率，仿真技術在 CPO 設計階段的應用將顯著提升，由于 CPO 面臨著光學、電學、熱力學等交叉學科的融合和多層級的跨越，對仿真提出了更高的要求。目前光子設計自動化（PDA）工具能夠提供精確的光子器件仿真，但仿真效率較低，不適合大規模系統級仿真，同時電子設計自動化（EDA）工具大

166、多基于電路級或系統級仿真，因此能夠應用于電路級和系統級仿真的光子器件模型是大規模電子-光子聯合仿真的關鍵，是未來光電共封裝器件大規模商業化的重要條件，可以提高設計效率。光-電-熱-力多物理場的跨維度耦合仿真以及芯片-封裝-系統的跨尺寸聯合仿真將成為仿真領域的發展趨勢和難點；（5）測試和測試和良率挑戰：良率挑戰：由于光芯片是直接與電芯片通過先進封裝工藝封裝在一起，這給良率和測試帶來了諸多挑戰，同時光器件和電器件建立在不同的制造工藝技術上，因此具有不同的測試要求。共封裝的光學器件具有較高的通道密度，同樣給測試帶來挑戰。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 49/56 4

167、.2、產業產業協同協同：AI 時代時代 CPO 方案或與可插拔方案長期共存方案或與可插拔方案長期共存 根據根據 Yole 報告報告，CPO 技術路線下，產業鏈分為了設計、光引擎、激光光源、芯技術路線下，產業鏈分為了設計、光引擎、激光光源、芯片供應商、硅光代工、設備商（片供應商、硅光代工、設備商（CPO 組裝）。組裝）。隨著 CPO 產業的逐步成熟，CPO 正逐漸從學術研究成果轉變為市場需求產品，但在當前可插拔光學器件行業邏輯下，要成為商業化主流方案，仍需交換芯片及設備廠商、各模塊廠商、各元器件廠商和運營商共同參與，其商業落地或將會對產業格局產生深遠影響：（1）CPO 方案與可插拔方案產生直接競

168、爭。方案與可插拔方案產生直接競爭。目前可插拔光模塊市場供應鏈已經非常成熟，具備成熟工業生態系統，它包括分立或集成元件供應商、生產發射器和接收器光學組件（TOSA 和 ROSA）的光學公司、多路復用器、數字信號處理器（DSP）和 PCB，以及組裝/測試集成商，商業體系復雜，參與廠商眾多；CPO 嚴重依賴硅光子學，隨著高度集成的硅光芯片的出現，新的工程能力和代工廠將非常需要，這對于傳統的中型企業來說具有較大挑戰，傳統供應商方案轉向成本較高；可插拔外形尺寸在所需的電氣和光密度、熱管理和能源效率方面支持高容量的能力或將受到限制，分離器件方案對功耗和熱管理正成為未來可插拔光學器件的限制因素，但用于可插拔

169、外形尺寸的新光學技術，包括硅光，薄膜鈮酸鋰（TFLN）、鈦酸鋇（BTO）等，可以幫助實現所需的低功耗，并且可以在不改變現有網絡系統設計的情況下推向市場；盡管 CPO 解決方案的主流部署主要針對大型云運營商，但仍有許多小型企業數據中心尚未采用最新的互連技術，這或將影響 CPO 落地節奏；若CPO 成為主流技術，可插拔模塊在技術上或經濟上不可行的幾個應用中仍有較高的需求，例如長途應用和邊緣數據中心，因此可插拔方案有望和 CPO 方案較長時間共存，但可插拔光學器件行業可能會整合。（2）CPO 產業產業有望帶動硅光代工行業發展有望帶動硅光代工行業發展。隨著 AI/ML 系統的發展，未來數十億個光互連、

170、芯片-芯片和板-板的市場潛力推動大型代工廠為大規模生產做準備，由于大多數光子學制造知識產權（IP）由非代工公司持有，因此 Tower Semiconductor/Intel、GlobalFoundries、ASE Group、TSMC 和 Samsung 等大型代工廠正在準備硅光子學工藝流程，以接受設計公司的任何光子集成電路（PIC）架構。他們積極參與 Peripheral Component Interconnect Express（PCIe）、Compute Express Link（CXL）和 Universal Chiplet Interconnect Express（UCIe）等行業

171、聯盟；小芯片互連的通用規格支持構建超過最大標線尺寸的大型片上系統（SoC）的封裝，這使得在同一封裝中可以混合來自不同供應商的組件，并通過使用更小的芯片來提高制造良率，每個小芯片都可以使用適合特定器件類型或計算性能/功耗要求的不同硅制造工藝。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 50/56 圖圖84：CPO 產業鏈產業鏈逐步成熟逐步成熟 資料來源：Yole 我們認為，受益于底層硅光技術的進一步我們認為，受益于底層硅光技術的進一步發展發展，龍頭芯片，龍頭芯片/主機廠商的深度布局主機廠商的深度布局及示范作用，以及及示范作用，以及 AIGC 算力需求對高帶寬、低功耗、低成本

172、的光通信方案的追求，算力需求對高帶寬、低功耗、低成本的光通信方案的追求，CPO 有望在有望在 AI 時代迎來其歷史機遇期時代迎來其歷史機遇期，特別是隨著，特別是隨著 CPO 相似技術的相似技術的 OIO 技術的技術的進一步成熟，商業系統中的通信和計算技術更緊密地集成，傳統架構（基于銅的電進一步成熟，商業系統中的通信和計算技術更緊密地集成，傳統架構（基于銅的電氣互連）的芯片到芯片或板到板的能力氣互連）的芯片到芯片或板到板的能力瓶頸有望被打破，瓶頸有望被打破，使得高性能計算等領域使得高性能計算等領域得得到拓展，到拓展，CPO 商業化落地有望得到進一步加速，商業化落地有望得到進一步加速，但另一方面，

173、但另一方面，CPO 作為整體光通作為整體光通信解決方案中的一環，其實際商業化發展高度依賴于產業協同，特別是在傳統可插信解決方案中的一環，其實際商業化發展高度依賴于產業協同，特別是在傳統可插拔方案的成熟市場下，拔方案的成熟市場下，其與其與可插拔光模塊方案可插拔光模塊方案在不同應用場景下仍各有優劣，在不同應用場景下仍各有優劣，并并有有望保持較長時間的共存望保持較長時間的共存。根據 Lightcounting 預計，CPO 出貨預計將從 800G 和 1.6T端口開始，于 2024 至 2025 年開始商用，2026 至 2027 年開始規模上量，主要應用于超大型云服務商的數通短距場景。全球 CPO

174、 端口的銷售量將從 2023 年的 5 萬增長到 2027 年的 450 萬。2027 年，CPO 端口在 800G 和 1.6T 出貨總數中占比接近 30%。Yole 報告數據顯示，2022 年 CPO 市場產生的收入達到約 3800 萬美元，預計 2033 年將達到 26 億美元，2022-2033 年復合年增長率為 46%。圖圖85：CPO 市場前景廣闊市場前景廣闊 資料來源：Yole 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 51/56 5、受益標的梳理受益標的梳理 我們認為，當前我們認為，當前 CPO 發展主要以海外發展主要以海外 AI 算力需求為核心，產業鏈

175、參與廠商以算力需求為核心，產業鏈參與廠商以海外企業為主導，海外企業為主導，其發展或對傳統光通信產業鏈格局產生較大影響其發展或對傳統光通信產業鏈格局產生較大影響：一是硅光技術：一是硅光技術重要性重要性進一步進一步凸顯；二是凸顯；二是 CPO 加大對加大對先進半導體工藝先進半導體工藝的需求，整體來看的需求，整體來看，需重點關，需重點關注以下板塊：注以下板塊：（1）光引擎板塊：光引擎板塊：硅光光器件硅光光器件/光模塊：光模塊：硅光光引擎作為 CPO 的核心器件，且與硅光光模塊技術通源，是傳統光模塊廠商的重要切入點，CPO 的發展本質上是對光模塊/光引擎廠商綜合實力的長期考驗，一方面硅光器件/模塊廠商

176、有望充分受益于產業發展，另一方面，硅光芯片具有較高產業壁壘，頭部廠商的深度布局有望迎來新一輪產業演化；硅光工藝配套：硅光工藝配套：從硅光工藝流程看，硅光與微電子技術逐步趨同，面臨著光學、電學、熱力學等交叉學科的融合和多層級的跨越，具有產業獨特性，需高度重視配套工藝設備、軟件廠商的投資機會，如光引擎封測設備、仿真、設計軟件等；（2）光互連板塊：光互連板塊：ELS：ELS 作為當前 CPO 主流光源方案，且 CW-DFB 光源也是當前硅光芯片主流方案，隨著 CPO 的發展，ELS 的需求有望得到提升，同時光通信速率需求的不斷提升，硅光芯片的通道數也隨之增長，CW 光源需求量有望得到進一步發展，重視

177、ELS 及 CW 芯片供應廠商；無源器件：無源器件：相較于傳統可插拔光模塊方案，CPO 方案在交換機內容引入額外的光纖及連接器，包括 PM 光纖、FAU、光纖連接器（如 MPO/MT/擴束連接器等）、根據光纖整理方案的不同，還或涉及 Fiber shuffle 等無源產品，重視相關無源器件供應商；（3）先進工藝板塊：先進工藝板塊：Interposer：作為 2.5D 封裝電氣互連基礎，根據材質不同可以分為硅基、玻璃、有機 Interposer，針對不同封裝方案，重視相關產品供應商；封裝工藝：封裝工藝：CPO 技術涉及大量先進半導體工藝，以及封裝方案，隨著 CPO 技術逐步落地，國內廠商有望直接

178、獲得相關份額，或與國內光引擎廠商合作，通過光引擎的封裝及測試代工切入到 CPO 產業鏈條；（4）交換機板塊交換機板塊：交換機交換機&交換芯片：交換芯片：CPO 作為高速交換機方案之一，隨著 AIGC 發展，交換機產業鏈有望長期受益，重視交換機&交換芯片供應商；表表2：CPO 產業重要板塊及公司產業重要板塊及公司 板塊 公司 光引擎 硅光光器件/光模塊 推薦標的：中際旭創、新易盛、天孚通信、亨通光電；受益標的：華工科技、光迅科技、博創科技、劍橋科技、萬通發展、銘普光磁、聚飛光電、光庫科技等 硅光配套廠商 受益標的：羅博特科、杰普特、炬光科技等 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披

179、露和法律聲明 52/56 光互連 ELS/CW光源 受益標的：源杰科技（CW）、長光華芯（CW）、仕佳光子（CW）、銳科激光（CW）、光迅科技（ELS）、航天電器（ELS）等 TEC 受益標的：富信科技、東方電子 光纖 推薦標的：中天科技、亨通光電；受益標的：長飛光纖（PM）、烽火通信（PM）、光庫科技（PM）等 光纖連接器 推薦標的：天孚通信（MPO）；受益標的：太辰光（MPO）、致尚科技（MPO）、中航光電（MPO）、特發信息（MPO）、仕佳光子（FA）、光庫科技（FA、MPO、MT）、博創科技（FA）、通鼎互聯、亨通光電等 封裝工藝 受益標的：通富微電、長電科技、華天科技、晶方科技、華封

180、科技、文一科技、實益達、易天股份、凱格精機、炬光科技、華海誠科、艾科瑞思、強力新材、飛凱材料等 交換機 交換機/交換芯片 推薦標的：紫光股份、盛科通信、中興通訊；受益標的：銳捷網絡、菲菱科思、共進股份、烽火通信、光迅科技等 資料來源：開源證券研究所 表表3：相關標的估值相關標的估值 證券簡稱證券簡稱 證券代碼證券代碼 評級評級 收盤價收盤價（元）（元）市值市值（億元）（億元）EPS（元（元/股）股）PE 2024E 2025E 2026E 2024E 2025E 2026E 中際旭創 300308.SZ 買入 136.85 1534.32 4.58 7.33 8.05 29.85 18.67

181、17.00 新易盛 300502.SZ 買入 129.42 917.34 3.61 5.72 8.12 35.80 22.62 15.94 天孚通信 300394.SZ 買入 105.60 584.99 2.70 3.93 4.92 39.15 26.85 21.47 亨通光電 600487.SH 買入 17.97 443.27 1.15 1.35 1.61 15.58 13.31 11.19 華工科技 000988.SZ 未評級 42.98 432.17 1.31 1.68 2.12 32.71 25.56 20.24 光迅科技 002281.SZ 增持 56.00 444.41 0.98

182、1.37 1.72 57.18 40.84 32.55 博創科技 300548.SZ 未評級 45.70 131.59 0.59 0.76 0.91 77.41 60.18 50.16 劍橋科技 603083.SH 增持 45.23 121.24-萬通發展 600246.SH 未評級 7.04 139.91-銘普光磁 002902.SZ 未評級 24.54 57.79 0.31 0.59-80.27 41.75-聚飛光電 300303.SZ 未評級 7.22 101.68 0.21 0.27 0.34 34.23 26.90 21.23 光庫科技 300620.SZ 未評級 49.43 123

183、.17 0.33 0.53 0.72 150.70 93.60 68.42 羅博特科 300757.SZ 未評級 227.44 352.62 0.82 1.15 1.43 277.87 198.03 158.56 杰普特 688025.SH 增持 48.97 46.55 1.60 2.24 2.86 30.60 21.88 17.14 炬光科技 688167.SH 買入 63.52 57.40 0.96 1.75 2.49 66.17 36.30 25.51 源杰科技 688498.SH 買入 139.70 119.39 0.40 0.48 0.56 349.25 291.04 249.46

184、長光華芯 688048.SH 買入 39.31 69.30-0.27 0.14 0.34-147.12 272.42 114.64 仕佳光子 688313.SH 增持 15.13 69.42 0.11 0.22 0.34 136.18 68.31 44.79 銳科激光 300747.SZ 未評級 19.99 112.91 0.43 0.59 0.79 46.81 33.96 25.15 航天電器 002025.SZ 未評級 51.27 234.24 1.63 2.15 2.71 31.44 23.85 18.95 長飛光纖 601869.SH 未評級 31.57 239.27 1.16 1.3

185、9 1.62 27.12 22.72 19.55 烽火通信 600498.SH 增持 19.51 231.09 0.57 0.79 0.98 34.15 24.71 19.83 光庫科技 300620.SZ 未評級 49.43 123.17 0.33 0.53 0.72 150.70 93.60 68.42 太辰光 300570.SZ 未評級 74.20 168.53 1.08 1.66 2.21 68.60 44.81 33.62 致尚科技 301486.SZ 未評級 47.65 61.32 0.63 0.76 1.16 75.89 62.72 41.26 行業深度報告行業深度報告 請務必參

186、閱正文后面的信息披露和法律聲明 53/56 證券簡稱證券簡稱 證券代碼證券代碼 評級評級 收盤價收盤價（元）（元）市值市值（億元）（億元）EPS（元（元/股）股）PE 中航光電 002179.SZ 未評級 39.80 843.63 1.74 2.11 2.50 22.91 18.89 15.90 紫光股份 000938.SZ 買入 28.96 828.28 0.81 1.08 1.29 35.75 26.81 22.45 盛科通信-U 688702.SH 買入 89.00 364.90 11.62 15.36 20.88 7.66 5.79 4.26 中興通訊 000063.SZ 買入 40.

187、08 1917.24 1.89 2.07 2.35 21.21 19.36 17.06 銳捷網絡 301165.SZ 未評級 74.21 421.65 0.95 1.24 1.52 78.46 59.73 48.76 菲菱科思 301191.SZ 未評級 97.78 67.80 2.26 3.00 3.86 43.32 32.60 25.34 共進股份 603118.SH 增持 9.01 70.93 0.14 0.25 0.34 62.88 35.94 26.49 資料來源：Wind、開源證券研究所，股價為 2024 年 12 月 28 日收盤價，除中際旭創、新易盛、天孚通信、源杰科技、炬光科

188、技、紫光股份、盛科通信、中興通信由開源證券研究所預測外，其余標的均采用 Wind 一致預期 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 54/56 6、風險提示風險提示（1）AIGC 發展放緩，配套發展放緩，配套 CPO 需求需求不及預期的風險不及預期的風險 全球企業 IT 支出和數據中心建設發展若不及預期，整體光通信升級放緩，配套CPO 等技術產品或面臨需求減弱的風險。（2）CPO 相關工藝升級不及預期的風險相關工藝升級不及預期的風險 CPO 涉及技術領域眾多，如硅光工藝、封裝技術等對量產的影響較大，若相關工藝發展不及預期，或嚴重影響 CPO 發展。（3）CPO 產業鏈

189、推動不及預期影響產業鏈推動不及預期影響 CPO 作為下一代光通信技術，對原有光通信產業格局或造成深遠影響，配套供應鏈體系復雜，若相關領域推進不及預期，亦將影響 CPO 發展。（4）存在貿易壁壘的風險）存在貿易壁壘的風險 目前 CPO 發展需求主要集中于海外，如果未來國際環境發生不利影響，或將減少國產相關產品需求，增加關鍵原材料的采購難度，影響國內 CPO 產業發展。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 55/56 特別特別聲明聲明 證券期貨投資者適當性管理辦法、證券經營機構投資者適當性管理實施指引（試行）已于2017年7月1日起正式實施。根據上述規定，開源證券評定此

190、研報的風險等級為R4（中高風險），因此通過公共平臺推送的研報其適用的投資者類別僅限定為專業投資者及風險承受能力為C4、C5的普通投資者。若您并非專業投資者及風險承受能力為C4、C5的普通投資者，請取消閱讀，請勿收藏、接收或使用本研報中的任何信息。因此受限于訪問權限的設置，若給您造成不便，煩請見諒！感謝您給予的理解與配合。分析師承諾分析師承諾 負責準備本報告以及撰寫本報告的所有研究分析師或工作人員在此保證，本研究報告中關于任何發行商或證券所發表的觀點均如實反映分析人員的個人觀點。負責準備本報告的分析師獲取報酬的評判因素包括研究的質量和準確性、客戶的反饋、競爭性因素以及開源證券股份有限公司的整體收

191、益。所有研究分析師或工作人員保證他們報酬的任何一部分不曾與，不與，也將不會與本報告中具體的推薦意見或觀點有直接或間接的聯系。股票投資評級說明股票投資評級說明 評級評級 說明說明 證券評級證券評級 買入（Buy）預計相對強于市場表現 20%以上；增持（outperform）預計相對強于市場表現 5%20%；中性（Neutral）預計相對市場表現在5%5%之間波動；減持（underperform）預計相對弱于市場表現 5%以下。行業評級行業評級 看好（overweight）預計行業超越整體市場表現；中性（Neutral）預計行業與整體市場表現基本持平；看淡（underperform）預計行業弱于整

192、體市場表現。備注：評級標準為以報告日后的 612 個月內，證券相對于市場基準指數的漲跌幅表現，其中 A 股基準指數為滬深 300 指數、港股基準指數為恒生指數、新三板基準指數為三板成指（針對協議轉讓標的）或三板做市指數（針對做市轉讓標的）、美股基準指數為標普 500 或納斯達克綜合指數。我們在此提醒您，不同證券研究機構采用不同的評級術語及評級標準。我們采用的是相對評級體系，表示投資的相對比重建議；投資者買入或者賣出證券的決定取決于個人的實際情況，比如當前的持倉結構以及其他需要考慮的因素。投資者應閱讀整篇報告，以獲取比較完整的觀點與信息，不應僅僅依靠投資評級來推斷結論。分析、估值方法的局限性說明

193、分析、估值方法的局限性說明 本報告所包含的分析基于各種假設，不同假設可能導致分析結果出現重大不同。本報告采用的各種估值方法及模型均有其局限性，估值結果不保證所涉及證券能夠在該價格交易。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 56/56 法律聲明法律聲明 開源證券股份有限公司是經中國證監會批準設立的證券經營機構，已具備證券投資咨詢業務資格。本報告僅供開源證券股份有限公司（以下簡稱“本公司”）的機構或個人客戶（以下簡稱“客戶”）使用。本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。本報告是發送給開源證券客戶的，屬于商業秘密材料，只有開源證券客戶才能參考或使用，如接收人并非開源證

194、券客戶，請及時退回并刪除。本報告是基于本公司認為可靠的已公開信息，但本公司不保證該等信息的準確性或完整性。本報告所載的資料、工具、意見及推測只提供給客戶作參考之用，并非作為或被視為出售或購買證券或其他金融工具的邀請或向人做出邀請。本報告所載的資料、意見及推測僅反映本公司于發布本報告當日的判斷，本報告所指的證券或投資標的的價格、價值及投資收入可能會波動。在不同時期，本公司可發出與本報告所載資料、意見及推測不一致的報告?？蛻魬斂紤]到本公司可能存在可能影響本報告客觀性的利益沖突，不應視本報告為做出投資決策的唯一因素。本報告中所指的投資及服務可能不適合個別客戶，不構成客戶私人咨詢建議。本公司未確保本

195、報告充分考慮到個別客戶特殊的投資目標、財務狀況或需要。本公司建議客戶應考慮本報告的任何意見或建議是否符合其特定狀況，以及（若有必要）咨詢獨立投資顧問。在任何情況下，本報告中的信息或所表述的意見并不構成對任何人的投資建議。在任何情況下，本公司不對任何人因使用本報告中的任何內容所引致的任何損失負任何責任。若本報告的接收人非本公司的客戶，應在基于本報告做出任何投資決定或就本報告要求任何解釋前咨詢獨立投資顧問。本報告可能附帶其它網站的地址或超級鏈接，對于可能涉及的開源證券網站以外的地址或超級鏈接，開源證券不對其內容負責。本報告提供這些地址或超級鏈接的目的純粹是為了客戶使用方便，鏈接網站的內容不構成本報

196、告的任何部分，客戶需自行承擔瀏覽這些網站的費用或風險。開源證券在法律允許的情況下可參與、投資或持有本報告涉及的證券或進行證券交易，或向本報告涉及的公司提供或爭取提供包括投資銀行業務在內的服務或業務支持。開源證券可能與本報告涉及的公司之間存在業務關系，并無需事先或在獲得業務關系后通知客戶。本報告的版權歸本公司所有。本公司對本報告保留一切權利。除非另有書面顯示，否則本報告中的所有材料的版權均屬本公司。未經本公司事先書面授權，本報告的任何部分均不得以任何方式制作任何形式的拷貝、復印件或復制品，或再次分發給任何其他人，或以任何侵犯本公司版權的其他方式使用。所有本報告中使用的商標、服務標記及標記均為本公司的商標、服務標記及標記。開開源證券源證券研究所研究所 上海上海 深圳深圳 地址：上海市浦東新區世紀大道1788號陸家嘴金控廣場1號 樓3層 郵編：200120 郵箱： 地址：深圳市福田區金田路2030號卓越世紀中心1號 樓45層 郵編：518000 郵箱： 北京北京 西安西安 地址：北京市西城區西直門外大街18號金貿大廈C2座9層 郵編：100044 郵箱： 地址：西安市高新區錦業路1號都市之門B座5層 郵編：710065 郵箱：