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CPO不只是光模块升级：AI算力背后的材料与封装新战场

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随着AI大模型训练和推理规模不断扩大，数据中心的竞争正从单颗芯片的计算能力，延伸到整个系统的数据传输能力。GPU、交换芯片和高速存储之间需要交换海量数据，传统电互连在传输损耗、功耗和布线密度方面面临越

随着AI大模型训练和推理规模不断扩大，数据中心的竞争正从单颗芯片的计算能力，延伸到整个系统的数据传输能力。GPU、交换芯片和高速存储之间需要交换海量数据，传统电互连在传输损耗、功耗和布线密度方面面临越来越大的压力。

共封装光学（Co-Packaged Optics，CPO）因此受到产业链关注。它将光学引擎布置在交换芯片或其他高性能计算芯片附近，缩短高速电信号传输距离，再通过光纤完成数据传输。其核心不是简单提高光模块速率，而是重新设计芯片、光学器件与先进封装之间的关系。

2026年，CPO正从技术验证向早期产业化应用推进。上海市科委2026年9月发布的产业报道提到，英伟达和博通已推出CPO交换机相关产品，但硅光制造产能、封装能力、良率和测试标准仍是产业规模化的重要制约因素。

对于材料行业而言，CPO值得关注的地方，不只是硅光芯片本身，更是光学、电学、热学和机械结构开始在同一个封装系统中紧密耦合。低损耗介质、光学耦合材料、先进封装基板、热管理材料和高可靠性连接体系，都可能因此面临新的技术要求。

一、为什么CPO正在成为AI算力的重要技术方向？

传统可插拔光模块通常安装在交换机面板上，光电转换发生在距离交换芯片一定距离的位置。芯片产生的高速电信号需要经过封装、PCB走线和连接结构，才能到达光模块。

随着单通道传输速率提高，电信号在走线中的损耗和信号完整性问题更加突出，均衡电路也可能带来额外功耗。CPO通过将光学引擎靠近交换芯片，减少高速电信号需要传输的距离，有望提高互连带宽密度并降低部分链路功耗。

但必须明确，CPO并不是让整个数据中心都改用光信号。芯片内部仍然主要依靠电信号完成逻辑运算，光互连主要承担芯片之间或系统之间的数据传输；CPO也不会立即取代所有可插拔光模块。可插拔方案在维护、升级和更换方面仍有优势，CPO则需要解决光学器件与高热流密度计算芯片共同封装带来的新问题。

因此，CPO真正的竞争不只是光传输速率，而是在更高带宽密度下，同时实现低功耗、低损耗、高可靠性和可制造性。这也是为什么它会将产业链竞争进一步推向硅光集成和先进封装。

二、CPO产业链需要哪些关键材料？

CPO不是单一芯片，而是一套由光子集成芯片、激光光源、电子芯片、封装结构、光纤连接和热管理系统组成的技术体系。不同厂商的架构并不完全相同，材料需求也会随集成方式变化。

1. 光子芯片：硅光之外，还有氮化硅与薄膜铌酸锂

硅光子技术利用成熟的硅基微纳加工体系，在芯片上集成波导、耦合器、调制器等光学结构。其优势在于高集成度和与半导体制造工艺的兼容性，因此成为数据中心高速光互连的重要技术路线。

但不同材料承担的功能并不相同。硅适合构建多种集成光路，却不擅长直接高效发光；氮化硅（SiN）具有较低的光传播损耗潜力，适用于部分低损耗光子集成结构；薄膜铌酸锂则具有优良的电光效应，可用于高带宽调制器。它们并不是相互排斥的路线，而是可能在不同器件中发挥作用。

材料企业需要关注的指标包括光传播损耗、折射率均匀性、薄膜厚度控制、界面粗糙度和晶圆级制造一致性。对于光子芯片而言，微小的工艺差异都可能改变光路性能。

2. 激光与有源光器件：化合物半导体仍然重要

硅光集成并不意味着所有光学功能都由硅材料完成。激光器通常仍需要具有高效发光能力的材料体系，例如磷化铟（InP）等Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体。

在CPO架构中，激光器可以采用不同的集成方式，包括与光子芯片异质集成，或通过外置光源向光学引擎提供光信号。具体选择取决于系统架构、功耗、可靠性和维护需求。

因此，材料机会不仅在硅光晶圆，也包括化合物半导体外延片、激光器芯片、光电探测器及相关封装材料。随着光电器件集成度提高，异质集成、晶圆键合和微转移印刷等工艺也值得持续跟踪。

3. 先进封装：材料必须同时满足电学、光学与机械要求

CPO将光学引擎放到交换芯片附近，封装不再只是保护芯片，而是直接参与高速互连系统的性能实现。

封装基板、硅或玻璃中介层、有机介质材料以及互连结构，需要在电气性能、尺寸稳定性、热膨胀匹配和加工精度之间取得平衡。高速电互连部分仍然需要控制阻抗、串扰和信号损耗；光学部分则要求光纤阵列与光波导之间保持精确对准。

与此同时，封装材料还需要具有较低的吸湿性、适当的热膨胀系数、良好的界面结合和长期可靠性。对于光学耦合区域，胶黏剂的固化收缩、折射率、透光性及老化行为，也可能影响耦合效率和稳定性。

这意味着，传统电子封装材料并非不能用于CPO，但必须针对光电共封装的具体结构重新验证。材料性能达到单项指标，不等于整个封装系统已经满足要求。

4. 热管理与光纤连接：容易被低估的产业环节

CPO的一个重要挑战，是高功耗交换芯片与对温度敏感的光学器件被放置在相邻区域。芯片产生的热量可能影响激光器、调制器和光波导的工作状态，造成波长漂移或性能变化。因此，系统需要综合设计散热器、热界面材料、封装结构和温度控制方案。高导热材料有助于将热量传出，但热设计不能只追求导热率，还要考虑光学器件的温度稳定性、局部热流分布以及不同材料的热膨胀匹配。

光纤阵列、连接器、定位结构和固定材料同样关键。光纤与芯片之间的耦合损耗、装配精度和长期稳定性，会直接影响系统性能。胶黏剂和封装材料还需要控制挥发物、吸湿、老化及热循环造成的位移。

因此，CPO材料链可以概括为四个层次：光子芯片材料决定光路性能，有源材料提供发光与探测能力，封装材料决定集成质量，热管理和连接材料决定系统能否长期稳定运行。

需要说明的是，CPO并不存在一套固定的材料BOM。 不同厂商会采用不同的光源布置、PIC/EIC集成方式、中介层及封装结构。例如Broadcom的CPO方案强调将硅光光学引擎与交换ASIC集成在共同封装基板上，并采用外部可插拔激光源；这说明CPO材料需求会随着架构选择而变化。由上表可以看出，CPO并不是一个单纯的光芯片产业，而是光学材料、半导体材料、先进封装和热管理材料共同构成的新型系统工程。

三、CPO走向规模化，真正的瓶颈在哪里？

从技术原理看，CPO能够缩短高速电互连距离，但产业化并不只是把光学引擎搬到交换芯片旁边。光学器件、电子芯片和封装系统之间的耦合越紧密，制造、测试和维护的复杂度也越高。

首先是光学耦合与封装良率。光纤阵列必须与芯片上的光学端口精确对准，封装过程中产生的微小偏差就可能增加光损耗。若单个组件的制造良率不高，多个组件集成后的系统良率还会受到进一步影响。因此，自动化对准、主动或被动耦合、键合和封装过程控制都十分重要。

其次是热管理与长期可靠性。交换芯片功耗持续上升，而光学器件对温度和应力较为敏感。材料在热循环、湿热环境和长期运行中的变化，可能导致光学性能漂移或连接失效。实验室测试合格，并不代表封装系统能够在数据中心环境下长期稳定运行。

第三是测试与维护方式的变化。可插拔光模块出现故障时，可以相对独立地更换；CPO将光学引擎与交换芯片紧密集成后，故障定位、维修和更换可能更复杂。如何实现光源维护、光学引擎测试和系统级故障诊断，会影响用户的运维成本和采用意愿。

第四是制造平台和标准化能力。2026年9月的产业报道指出，国内硅光产业仍面临产能不足、封测能力有待加强、测试标准不完善等问题。上海市科委相关报道 这意味着，产业化不仅需要性能优异的芯片，还需要成熟的制造工艺、稳定的供应链、可靠的封装和可重复的测试方法。

对于材料企业而言，这些瓶颈恰恰构成了切入机会：如果能够通过材料配方、界面控制或加工工艺，切实降低耦合损耗、提升封装良率或改善长期可靠性，就有机会形成区别于通用材料供应商的技术优势。

四、材料企业应该如何布局？

对于国内材料企业，CPO不宜被简单理解为一个新的概念性市场。更有价值的做法，是从自身技术积累出发，寻找能够解决具体工程问题的环节。

第一，具有半导体材料基础的企业，可以关注硅光制造与有源器件材料。 包括高质量薄膜、化合物半导体外延、低损耗光学介质、晶圆键合相关材料，以及高纯度和低缺陷控制技术。进入这一领域需要长期的器件验证，不能仅凭材料常规性能指标判断市场机会。

第二，具有电子封装材料基础的企业，可以重点关注低损耗介质、封装基板、胶黏剂和界面材料。 其中，光学耦合材料需要兼顾光学性能、固化收缩和长期稳定性；封装介质则需要在电气性能、吸湿性、热膨胀及可靠性之间取得平衡。建议围绕具体封装结构建立验证方案，而不是笼统开发“CPO专用胶”或“CPO专用树脂”。

第三，具有热管理技术积累的企业，可以研究高导热界面材料与热结构协同设计。 但需要注意，CPO的热管理并非导热率越高越好。必须结合芯片热源分布、光学器件温度敏感性及封装结构，确定材料的实际作用和性能要求。

第四，材料企业应尽早参与下游联合验证。 CPO是典型的系统级技术，材料供应商需要与光子芯片设计方、封装厂、设备厂和系统客户共同定义指标。除了材料本身的物性，还应验证光学损耗、热循环、湿热老化、界面结合、尺寸稳定性和批次一致性。

建议企业建立一个基本的项目筛选框架：先明确材料对应的具体部件和失效模式，再判断现有产品是否具备技术基础，随后与客户共同制定验证标准，最后通过小批量试制和可靠性测试评估产业化可能性。这样比单纯追逐CPO概念更有指导意义。

结语：CPO的竞争，最终会落到光电协同与制造能力

CPO的发展反映出AI算力基础设施的一项重要变化：当传统电互连逐渐受到带宽、功耗和空间约束，光互连开始向计算芯片和交换芯片进一步靠近，光学、半导体和先进封装之间的边界也随之变得模糊。

对于材料行业而言，这既带来了硅光材料、化合物半导体、低损耗介质、先进封装材料和热管理材料等新的技术方向，也提出了更高的制造要求。材料不仅需要达到特定性能，还必须与器件结构、封装工艺和系统运行环境相匹配。

需要理性看待的是，CPO目前仍处于早期产业化推进阶段，不同架构的采用节奏、成本优势和规模化能力仍有差异。短期内，可插拔光模块与CPO更可能在不同应用场景中并存，而不是发生简单替代。

真正值得材料企业投入的，不是“CPO会不会爆发”这一判断，而是能否找到CPO系统中尚未被充分解决的材料问题，并通过稳定的产品性能、制造一致性和客户验证建立技术壁垒。当光学引擎与计算芯片越来越紧密地集成，材料的价值也将从单一性能指标，进一步转向对整个光电系统的支撑能力。

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       原文标题 : CPO不只是光模块升级：AI算力背后的材料与封装新战场

（来源：维科网）
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