AI算力系列之CPO：光电融合渐成熟，规模化应用加速

1证券研究报告作者：行业评级：上次评级：行业报告|请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明强于大市强于大市维持2025年04月03日（评级）分析师 王奕红 SAC执业证书编号：S1110517090004分析师 康志毅 SAC执业证书编号：S1110522120002分析师 唐海清 SAC执业证书编号：S1110517030002AI算力系列之CPO：光电融合渐成熟，规模化应用加速行业深度研究摘要2请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明CPO技术优势明显，硅光路线成为其主要技术路径：CPO技术将ASIC芯片和光引擎在同一高速主板上协同封装，从而降低信号衰减、降低系统功耗、降低成本和实现高度集成，可用于数据中心、高性能计算、人工智能、虚拟现实。硅光技术因其集成度高、CMOS工艺兼容有望实现低成本的特性成为CPO技术实现的主要路径。CPO市场空间广阔，发展需产业链协同推进：AI拉动CPO市场有望快速增长，Yole预计到2033年，CPO市场规模达到26亿美元。各芯片大厂纷纷布局CPO领域，行业百花齐放，CPO产业链环节较多，未来发展仍需产业链各个环节协同。海外大厂引领CPO产业发展：目前CPO的需求主要集中在海外，海外大厂争相布局CPO技术。博通已向客户交付了业界首款51.2T CPO以太网交换机Bailly；Marvell将CPO技术集成到下一代定制XPU中，提升AI服务器性能；台积电推出COUPE平台，已成功实现CPO与先进半导体封装技术的集成；英伟达加速CPO技术进程，并在GTC大会上发布了3款CPO交换机。国内厂商积极布局CPO技术：国内厂商积极进行技术研发和产品布局，中际旭创、新易盛、天孚通信、光迅科技均已在CPO技术领域有所布局；太辰光布局保偏MPO和光柔性板；源杰科技和仕佳光子均已布局大功率CW光源；罗博特科子公司ficonTEC布局硅光耦合及封装设备；锐捷网络发布了业界领先的CPO交换机。建议关注：中际旭创、新易盛、天孚通信、太辰光、源杰科技（与电子团队联合覆盖）、仕佳光子、光迅科技、罗博特科、锐捷网络。风险提示：AI应用发展不及预期的风险；技术发展不及预期的风险；市场竞争加剧的风险；国际贸易摩擦的风险。3请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明目录1.CPO技术及发展趋势2.CPO市场规模和主要推动者3.CPO交换机内部结构4.建议关注的上市公司4请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明CPO技术及发展趋势15请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明资料来源： 锐捷官网，天风证券研究所1.1. CPO技术的由来◆带宽与功耗的挑战：根据锐捷网络官网披露的数据，过去的12年时间，数据中心的网络交换带宽提升了80倍，背后的代价是交换芯片功耗提升约8倍，光模块功耗提升26倍，交换芯片SerDes功耗提升25倍。数据中心带宽不断增长的需求以及相关的功耗挑战，推动了对创新解决方案的需求。◆光电共封装器件（CPO）是其中有前途的方案：交换ASIC芯片和硅光引擎(光学器件)在同一高速主板上协同封装，通过使光学收发器更接近 ASIC 芯片来优化功耗，无需使用耗电的复位时器和光学信号处理。◆系统功耗降低25%：根据 Cisco 统计，对比可插拔（Pluggable）方案，CPO 方案能够使得ASIC连接至可插拔光模块所需的功耗最多可降低50%、可使 51.2T 交换机总功耗降低高达 25%-30%，这是由于取消了光学器件中功耗较高的 DSP，以及在 ASIC 上使用功耗较低的Serdes。图：CPO共封装技术图：光系统占51.2T系统总功耗的一半6请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明资料来源：Cisco Blogs,天风证券研究所1.2. CPO技术优势突出◆低功耗：CPO技术可以缩短芯片和模块之间的走线距离，减少能量损耗和信号衰减，从而降低光通信系统的功耗。◆低时延：由于光模块和电子芯片在同一个封装内，信号传输路径更短，可以实现更低的延迟，这对于要求实时性和高速通信的应用尤为重要，如数据中心互连和5G通信等。◆高带宽：CPO技术支持高速率的光通信传输，可实现更大的带宽容量，满足不断增长的数据传输需求和提供更高速率的通信服务。◆提高系统性能：CPO技术基于光电共封装，可以提高芯片的集成度，减小封装体积，提高系统性能，降低成本。◆成本效益：通过减少芯片与光模块之间的连接器数量，CPO技术可以降低成本，同时低功耗也意味着低成本。图：从 Pluggable到CPO的51.2T系统功耗降低7请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明资料来源：Yole，天风证券研究所1.3. 硅光成为CPO的主流路线◆可插拔光模块：224G SerDes技术面临挑战，且3.2T以上采用可插拔光模块的形式变困难。◆OBO（板载光学）：将收发器的关键组件（OE和EE）与封装好的ASIC放置在同一PCB上，排列在ASIC四周，缩短了PIC/EIC和ASIC之间的距离，与可插拔收发器相比，功耗和电气性能得到改善。◆CPO 主要有两条技术路径：✓1）基于硅光集成的单模方案，2km及以下距离，主要面向大型数据中心内部光互联。一部分数据中心终端客户希望用硅光向下覆盖短距VCSEL的应用，硅光技术因其集成度高、CMOS工艺兼容有望实现低成本的特性成为CPO技术的主要路径。✓2）基于VCSEL的多模方案，30m及以下距离，主要面向超算及AI集群的短距光互联。VCSEL芯片制造商和交换机厂商在发力，开发VCSEL的低成本CPO解决方案，以维持vcsel方案在CPO赛道的市场占有率。图：CPO技术发展历程8请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明资料来源： cadence官网，天风证券研究所1.4. CPO技术发展的未来应用：OIO和光计算◆OIO：光 I/O 技术将光学收发芯片放进计算芯片内封装，可以大幅改善芯片扇出带宽，降低光互联功耗，实现可媲美板内 / 框内电互联的带宽密度 / 功耗水平，同时，又能提供电互联无法达到的互联距离（km 级），为集群系统互联提供了一种低功耗，大容量的新技术路线。光 I/O 技术的具体实现技术路径以硅光技术为主。◆光计算：光计算是一种新兴的计算技术，其利用光信号执行计算任务，具有更高的并行计算能力、更低的能耗、更大的带宽、更快的响应时间等特性。其与AI结合后，可以处理更加庞大的数据量，建立更加优秀的模型，研究更准确的算法。图：光 I/O用于芯片间的互联图：光 I/O带宽密度提升、能效降低9请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明CPO市场规模和主要推动者210请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明资料来源：BONOTEC本诺电子材料1公众号，光恒通信，天风证券研究所2.1. CPO/OIO市场迅速抬升，CAGR分别达69%和81%◆根据Yole预测，伴随未来人工智能（AI）的发展，数据通信光学器件一直在增长，2022-2028年其CAGR将为24%，2028-2033为80%，收入预计将从2022年的3800万美元增长到2033年的26亿美元，其中CPO将从2022年的600万美元增长到2033年的2.87亿美元，CAGR为69%；OIO将从2022年的500万美元增长到2033年的23亿美元，CAGR为81%。◆根据L