LightCounting：CPO開發(fā)達(dá)頂峰，2027年迎量產(chǎn)

  ICC訊  上周，市場研究機(jī)構(gòu)LightCounting成功舉辦了其首屆關(guān)于共封裝光學(xué)（CPO）及相關(guān)技術(shù)的虛擬會議。該活動吸引了超過700名實時與會者，并有更多人注冊觀看錄播。下一屆會議計劃于2026年7月15日舉行。會議包含三個專題環(huán)節(jié)和一場閉幕討論：成熟的CPO供應(yīng)商（Broadcom和Coherent）、CPO初創(chuàng)公司（Avicena、Celestial AI、LightMatter和Nubis Communications）、CPO支持技術(shù)提供商（Alfalume、Lumentum、POET、Scintil Photonics和Senko），以及NLM Photonics的Brad Booth參與的閉幕討論：“COBO是否領(lǐng)先于時代？”。

  為啟動會議，LightCounting分享了最新的CPO市場預(yù)測（如圖2所示）。目前CPO的開發(fā)活動水平正處于歷史最高點，大規(guī)模部署很可能在2027年開始。線性驅(qū)動可插拔模塊（LPO）的部署現(xiàn)已啟動，預(yù)計明年將有數(shù)百萬量級的部署（LightCounting的LPO預(yù)測中包含了半重定時（LRO）模塊）。重定時可插拔模塊（如800G及更高速率的光模塊）不會消失——其出貨量預(yù)計將從2025年到2030年增長三倍。LightCounting在去年底提高了對CPO的預(yù)測，以計入其在縱向擴(kuò)展（scale-up）網(wǎng)絡(luò)中的未來應(yīng)用。目前Broadcom和Nvidia的CPO實施包括了用于橫向擴(kuò)展（scale-out）網(wǎng)絡(luò)的以太網(wǎng)和InfiniBand交換機(jī)。LightCounting預(yù)計，Nvidia將在其未來的NVLink交換機(jī)版本中使用CPO。

  Broadcom最近發(fā)布了專為縱向擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的Tomahawk Ultra交換機(jī)，LightCounting預(yù)計很快會看到該產(chǎn)品采用CPO。這是一款每通道100G的交換機(jī)——采用了Broadcom成熟的CPO設(shè)計（Bailly）。Tomahawk Ultra目前正在送樣，預(yù)計在2026年上半年投入生產(chǎn)。

  成熟供應(yīng)商進(jìn)展

  Broadcom的Anand Ramaswamy展示了CPO的最新數(shù)據(jù)。截至2025年7月7日，CPO已累計超過86,000小時的高溫工作壽命（HTOL）應(yīng)力測試。該測試包括10個機(jī)架單元和13塊夾層卡，配備了大量的CPO端口。此測試數(shù)據(jù)相當(dāng)于一個800G CPO端口運行550萬小時。測試還顯示在“FEC尾部”方面性能極其穩(wěn)定，表明在超過1,200小時內(nèi)沒有鏈路抖動。該指標(biāo)不常用于表征可插拔光器件的性能，但對于橫向擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)中的連接性至關(guān)重要。圖3總結(jié)了Broadcom的CPO性能，表明其在一系列參數(shù)上具有寬裕的余量。在35°C溫度下，每個端口的功耗也非常穩(wěn)定，為5.5W。

  Coherent的Vipul Bhatt指出，CPO和可插拔收發(fā)器服務(wù)于兩個需求不同的市場（如圖4所示）。高性能插座（如CPX Socket）可以彌合需求差距，為CPO和共封裝銅纜（CPC）連接提供選項，后者支持可插拔光器件。Broadcom和Nvidia當(dāng)前的CPO設(shè)計使用不可插拔（焊接式）的CPO引擎，以減少交換機(jī)ASIC和CPO之間的電氣損耗?？刹灏蜟PO將不得不處理額外的1 dB損耗，但這將向競爭開放CPO市場，模仿當(dāng)前的可插拔收發(fā)器生態(tài)系統(tǒng)。包括Meta和Microsoft在內(nèi)的主要客戶主張建立這樣的生態(tài)系統(tǒng)，主要CPO供應(yīng)商接受這一要求作為大規(guī)模部署的條件只是時間問題。Vipul還列出了CPO所需的一系列眾多產(chǎn)品（無論是否可插拔），如圖5所示。

  支持技術(shù)演進(jìn)

  Lumentum的Matt Sysak展示了用于CPO外部激光源（ELS）的高功率連續(xù)波（CW）激光器的性能數(shù)據(jù)（圖6）。這種高功率激光芯片的設(shè)計基于Lumentum數(shù)十年來在EDFA用高功率激光器方面的創(chuàng)新。

  Alfalume的Alexey Kovsh分享了量子點（QD）激光器的最新成果——這是對包括Lumentum在內(nèi)的所有領(lǐng)先激光器供應(yīng)商使用的量子阱激光器的潛在替代方案。除了更高的可靠性外，QD激光器在高溫下提供改進(jìn)的性能（如圖7所示）。

  Senko的Ryan Vallance討論了與CPO的光纖連接（圖8進(jìn)行了總結(jié)）。其中最關(guān)鍵的是一種可拆卸的光纖到芯片連接器，例如MPC36。圖9展示了Senko使用金屬光學(xué)平臺（MOB）技術(shù)開發(fā)的MPC型連接器的設(shè)計。通過平面光柵的垂直耦合技術(shù)十多年前由Luxtera首次使用。它后來被整合到臺積電（TSMC）最初與Luxtera合作開發(fā)的COUPE中，此后也與許多其他合作伙伴合作。它與臺積電用于多芯片模塊的CoWoS工藝兼容。光柵耦合器的一個重要限制是波長敏感性。它適用于DR4類型的光引擎，但FR4光引擎則改用邊緣耦合。

  POET Technologies的Raju Kankipati討論了他們公司的晶圓級集成和封裝解決方案。圖10展示了他們使用激光器、透鏡、隔離器和光纖陣列進(jìn)行邊緣耦合的方法，以盡量減少所需的有源對準(zhǔn)步驟。

  最近加入Scintil Photonics的Jim Theodoras討論了該公司在絕緣體上硅（SOI）晶圓上異質(zhì)集成磷化銦（InP）芯片的獨特方法（如圖11所示）。在該方法實現(xiàn)的各種解決方案中，該公司現(xiàn)在提供用于支持CPO的外部激光源的多波長DFB激光器陣列。

  CPO初創(chuàng)企業(yè)動態(tài)

  Avicena的Chris Pfistner展示了產(chǎn)品路線圖（圖12）。該公司的2D微發(fā)光二極管（Micro-LED）陣列可適用于高速有源光纜（AOC）、板上和可插拔連接，用于縱向擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。這些解決方案需要齒輪箱（Gear Box）將多個低速（<10Gbps）LED連接復(fù)用以實現(xiàn)每通道200G的信號傳輸。盡管齒輪箱需要額外的功耗，但由于極低功耗的Micro-LED，Avicena的解決方案可實現(xiàn)5pJ/bit的能效。

  Nubis Communications開發(fā)的產(chǎn)品也依賴于2D陣列互連，但與Avicena的方法不同，它們基于高速硅光子技術(shù)，不需要齒輪箱。圖13展示了電互連和光互連2D陣列的優(yōu)勢。

  Celestial AI和LightMatter是當(dāng)今行業(yè)中最大膽且資金最充足的初創(chuàng)公司。兩家公司都瞄準(zhǔn)了比Broadcom、Nvidia和其他新興供應(yīng)商當(dāng)前解決方案（在圖14中稱為Gen 2 CPO）更先進(jìn)的CPO版本。Gen 4 CPO不是將光引擎放置在ASIC周圍，而是將光互連置于ASIC下方（圖14, 15）。采用這種方法將偏離當(dāng)前的小芯片（chiplet）封裝技術(shù)，如臺積電開發(fā)的CoWoS。在LightCounting看來，這將是采用Gen 4 CPO的主要障礙，但盡早開始開發(fā)并在投資者愿意付費時盡可能多地籌集資金永遠(yuǎn)不嫌早。

  Tomahawk Ultra：為縱向擴(kuò)展以太網(wǎng)而生

  上個月，LightCounting發(fā)布了一份關(guān)于Tomahawk 6的研究報告，指出了Broadcom針對AI集群橫向擴(kuò)展互連的新定位。然而，當(dāng)時仍處于保密狀態(tài)的是一款為縱向擴(kuò)展以太網(wǎng)（Scale-Up Ethernet, SUE）徹底重新設(shè)計的交換機(jī)。盡管命名延續(xù)，Tomahawk Ultra代表了一種新設(shè)計，旨在提供更低延遲和更強的小數(shù)據(jù)包性能。Broadcom啟動該設(shè)計時，目標(biāo)是取代高性能計算（HPC）中的InfiniBand。隨著項目推進(jìn)，Nvidia的NVLink縱向擴(kuò)展互連成為了新目標(biāo)。

  由于其長開發(fā)周期，Tomahawk Ultra (TH-U) 與Tomahawk 5 (TH5) 的共同點多于新的Tomahawk 6 (TH6)。事實上，Broadcom設(shè)計TH-U時要求其與Tomahawk 5實現(xiàn)100%引腳兼容。單芯片的TH-U設(shè)計采用了與TH5相同的512x100Gbps Peregrine SerDes，復(fù)用了成熟的5nm設(shè)計。這造就了一個51.2Tbps的交換機(jī)，可驅(qū)動長達(dá)4米的DAC或具有等效插入損耗的銅背板。這也意味著TH-U應(yīng)與通過TH5認(rèn)證的LPO模塊兼容，并且如果客戶需要全CPO版本，它可以與Bailly CPO引擎結(jié)合使用。TH-U目前正在送樣，應(yīng)在2026年上半年投入生產(chǎn)。

  為實現(xiàn)宣稱的250ns延遲，Broadcom必須使用比TH5更多、更快的分組處理流水線。它還重新設(shè)計了流量管理器和緩沖存儲器架構(gòu)。由于TH5的芯片尺寸已經(jīng)接近光罩極限，TH-U通過減小數(shù)據(jù)包緩沖區(qū)來為更多流水線以及新的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)集合（In-Network Collective, INC）引擎騰出空間。因此，在需要更大緩沖區(qū)的現(xiàn)有應(yīng)用中，TH-U不會取代TH5。

  與對TH6保留部分功能細(xì)節(jié)不同，Broadcom明確宣傳了TH-U實現(xiàn)其縱向擴(kuò)展以太網(wǎng)（SUE）規(guī)范所需的功能。這些功能包括鏈路層重試（Link Layer Retry, LLR）和基于信用的流量控制（Credit-Based Flow Control, CBFC），它們提供了像InfiniBand一直提供的硬件級可靠性。LLR和CBFC都是上個月發(fā)布的超以太網(wǎng)規(guī)范（Ultra Ethernet Specification, UES）v1.0的可選功能。TH-U還支持優(yōu)化的以太網(wǎng)報頭，SUE規(guī)范將其稱為AI轉(zhuǎn)發(fā)報頭（AI Forwarding Header, AIFH）。AIFH本質(zhì)上是將標(biāo)準(zhǔn)的IP+UDP報頭壓縮為一個更小的熵值，該值仍用于負(fù)載均衡。

  TH-U提供最多256個200GbE端口，允許其單跳連接多達(dá)256個XPU（加速處理單元）。這是TH6最大端口數(shù)的一半，并且TH6-200G變體還支持兩倍的通道速度。很容易想象在3nm技術(shù)的第二代TH-U上使用200G SerDes，但這樣的芯片不太可能很快出現(xiàn)。與此同時，TH-U比已經(jīng)開始以200G/通道出貨的NVLink5落后一代。

  報告全文可在LightCounting官網(wǎng)免費獲取：https://www.lightcounting.com/resources