20260607-东兴证券-光互联CPO行业_产业化提速_台积电COUPE引领硅光集成落地_24页_2mb

光互联 CPO 行业总结

核心内容

CPO（光电共封装）已成为光模块行业应对AI网络带宽需求的确定性趋势。CPO通过将光引擎OE与交换芯片ASIC共基板封装，实现极致能效、带宽密度与低时延，是AI及超算高密度互连的终极方案。

主要观点

• CPO的必要性：随着AI网络带宽需求增长，传统可插拔光模块无法满足互连速度、距离、密度与可靠性要求，CPO成为必然选择。
• 硅光子产业链拐点：CPO是硅光子规模化落地的刚需载体，推动其从定制化向标准化量产转型。
• 台积电COUPE平台优势：台积电COUPE平台通过先进的3D异质集成技术，实现光引擎与电子芯片的紧密集成，成为行业领先方案。
• 技术路线多样性：CPO架构下，光引擎集成技术涵盖从2D封装到3D单片集成的多种方案，满足不同性能需求。
• 市场规模预测：预计2027年CPO市场规模将突破50亿美元，2030年达到150亿美元。

关键信息

CPO架构组成

• 典型CPO交换机芯片模块由五大核心单元协同组成：交换/计算ASIC封装体、光引擎模块、高性能互连基板、先进散热系统、高密度光纤管理与连接系统。
• 以英伟达Quantum-X为例，其提供115.2 Tb/s的硅光交换机，包含144个800G端口，4个switch芯片模组，18个1.6T硅光引擎。

硅光子产业链层级

• 材料层：包括热界面材料、底部填充材料、积层膜、玻璃芯基板、紫外胶等。
• 器件层：包括散热部件、光学部件（波导、光纤、超构透镜）、激光源、光纤阵列单元等。
• 封测层：包括光学封装平台、电芯片测试、光芯片测试与耦合等。
• 系统层：包括CPO光引擎和CPO交换机芯片模组。

COUPE平台技术特点

• 3D异质集成：将先进逻辑工艺（如7nm）的EIC堆叠在65nm SOI硅光工艺的PIC上，实现铜-铜混合键合互连。
• 工艺优化：采用光学邻近校正（OPC）技术，提升器件性能一致性与良率，控制线宽偏差在2纳米（3σ）以内。
• 器件库与PDK：COUPE平台提供覆盖O波段的完整Si/SiN无源与有源光器件库，支持光子芯片设计与仿真。

光器件性能指标

• 无源器件：包括高带宽、低损耗的波导、光栅耦合器、边缘耦合器、多模干涉仪和定向耦合器。
• 有源器件：包括微环调制器（MRM）、双微环谐振器（DMRR）、锗光电探测器（Ge PD）、雪崩光电二极管（APD）等。
• 性能表现：硅基光栅耦合器（SPGC）峰值损耗约1.3dB；基于SiN/Si复合结构的SPGC，纯硅SPGC的TE与TM模式峰值损耗约2dB；双微环谐振器相比单微环，实现更陡峭的滤波响应和更高的波长选择性。

技术落地与客户绑定

• 技术成熟度：台积电COUPE平台经过反复仿真与制程优化，已实现完整半导体制程技术。
• 标杆客户：英伟达Spectrum-X交换机于2026年6月实现量产，博通Tomahawk 6 Davisson交换机也将采用基于台积电COUPE的光引擎。
• 技术路线分三步走：2026年实现基于CoWoS技术的CPO，2026年6月实现6.4Tbps光学引擎，2027年进入大规模部署阶段。

投资建议与风险提示

• 投资建议：CPO生态逐步形成，台积电与英伟达处于领先地位，国内厂商有望进入供应链体系，加速国产化验证与量产落地。
• 风险提示：
  1. CPO技术路线碎片化；
  2. CPO订单不及预期；
  3. 光模块产能过剩与价格下行；
  4. 供应链与地缘风险。

相关公司

• 光模块、CPO/NPO：中际旭创、新易盛、天孚通信、华工科技、光迅科技；
• 光芯片：源杰科技、东山精密、仕佳光子、长光华芯；
• OCS：腾景科技、福晶科技、矩光科技、德科立；
• CPO设备：联讯仪器、罗博特科。

技术路线图与市场预测

• 技术路线图：台积电发布的CPO技术路线图展示了从2D封装到3D单片集成的完整技术谱系。
• 市场预测：LightCounting预测1.6T CPO产品出货量从2023年的0大幅增长至2029年的900万个，2031年达到1300万个，CPO市场2027年有望突破50亿美元。

图表与数据

• 图1：英伟达首款CPO交换机Quantum-X内部结构。
• 图2：全球硅光子产业生态与供应链。
• 图3：全球1.6T CPO出货预测。
• 图4：硅光子系统级应用架构。
• 图5：CPO涉及多种光引擎集成封装方法。
• 图6：COUPE平台下光引擎集成架构与PIC器件截面。
• 图7：硅光子核心器件的扫描电子显微镜实拍图。
• 图8：台积电硅光子工艺全流程监控与测试方案。
• 图9：硅基光栅耦合器（SPGC）/微环谐振器（MRR）器件性能指标波动。
• 图10：台积电Si/SiN硅光子平台工艺设计套件（PDK）器件库。
• 表1：硅光子平台工艺设计套件器件分类详解。

总结

CPO技术正引领光模块行业向高密度、低功耗、低时延方向发展，台积电COUPE平台在其中发挥重要作用，提供先进3D异质集成方案与完整PDK器件库。随着英伟达Spectrum-X等产品的量产，CPO市场将进入快速增长阶段，预计2027年突破50亿美元。国内厂商有望通过供应链整合，加速硅光子产业的国产化进程。