nVidia宣布了與台積電合作的光電共封裝（Co-Packaged Optics）的量產時程

《nVidia宣布了與台積電合作的光電共封裝（Co-Packaged Optics）的量產時程》

昨天nVidia GTC大會，宣布了一項重要創新技術，光電共封裝（Co-Packaged Optics）的量產時程，值得單獨撰寫一文，紀錄一下。

1. 光電共封裝（CPO）技術概述

CPO技術是一種新型的光電子整合技術，通過將光收發模組與應用專屬積體電路（ASIC）晶片共同封裝在一個包裝內，形成具有特定功能的微系統。這一技術能夠縮短光信號與運算單元之間的電學互連距離，從而提高光模組與ASIC晶片之間的互連密度，實現更低的功耗，是解決未來大數據運算中海量數據高速傳輸問題（如何實現高頻寬、低延遲）的重要技術途徑。

2. NVIDIA的最新進展

在2025年GTC大會上，NVIDIA正式推出了其最新的CPO產品——Spectrum-X（2025下半年）和Quantum-X（2026下半年）交換器，這些產品整合了台積電的COUPE光通訊引擎。這些交換器的設計旨在支持高達1.6 Tb/s的連接速度，並且能夠提供高達400 Tb/s的總輸送量，顯著提高了數據中心的運行效率。

NVIDIA與台積電合作的CPO技術，利用了先進的3D堆疊技術，這使得光學引擎和ASIC（應用專屬積體電路）能夠在同一封裝中緊密整合，從而減少訊號損耗並提高整體性能。這一技術的推出被認為是推動AI伺服器和數據中心發展的重要一步，因為它能夠應對日益增長的數據傳輸需求。

3. 台積電的COUPE光通訊引擎

台積電的COUPE（緊湊型通用光子引擎）技術是CPO領域的一個重要創新。如前所述，該技術計劃在2025下半年完成第一代產品的開發，並在2026年進一步提升至6.4 Tbps的傳輸速度。COUPE技術的核心在於其能夠將電子積體電路（EIC）與光子積體電路（PIC）進行有效整合，這不僅提高了能效，還降低了系統的複雜性和成本。

4. 其他主要參與者

除了NVIDIA和台積電，其他公司如英特爾（Intel）、博通（Broadcom）和邁威爾（Marvell）等也在積極開發CPO技術。在先進封裝上，安靠（Amkor）與日月光（ASE），各自開發了支援CPO應用的高密度扇出(HDFO)和矽中介層(Silicon Interposer)技術，以及開發了支援光電共封裝的先進扇出(FOCoS)和晶圓級系統整合(WLSI)技術。這些公司正在探索如何進一步提高光學元件的性能，並降低生產成本，以滿足市場對高頻寬和低延遲的需求。例如，英特爾正在研究如何將CPO技術應用於其數據中心產品中，以提升整體性能和能效。但這些公司都在技術驗證與產品開發階段，尚未宣布特定的CPO量產產品或具體時程表。

《2025-3-21 使用AI（Claude 3.7 Sonnet）查詢補充於下：》

5. CPO技術同時面臨一系列挑戰：

散熱問題：光電元件整合帶來額外熱量，需要創新散熱解決方案
製造複雜度：不同材料系統的整合製造工藝挑戰大
測試與維護：整合後的系統測試和維護難度增加
成本控制：初期成本高於傳統解決方案

6. NVIDIA Spectrum-X和Quantum-X CPO版本

NVIDIA於2025年3月發表了採用CPO技術的Spectrum-X和Quantum-X網路平台新版本，這些產品整合了台積電(TSMC)的COUPE光通訊引擎技術。

* Spectrum-X CPO版本：（2025下半年）

整合51.2Tbps交換晶片與光收發器
相比傳統版本功耗降低約40%
支援800G乙太網路埠
為AI工作負載最佳化的網路架構

* Quantum-X CPO版本：（2026下半年）

面向高效能運算(HPC)和AI叢集的InfiniBand網路平台
提供超低延遲(約300奈秒端到端)
支援每埠高達1.6Tbps的頻寬
整合NVIDIA's Hopper GPU架構最佳化設計

7. Intel的CPO技術發展

技術路線：
Intel在CPO領域採用了自家的Silicon Photonics技術作為核心，這是Intel長期投資的技術方向。

具體CPO產品：

* Mount Evans IPU (E2000)

這是Intel首款整合CPO技術的基礎設施處理單元
採用第四代Silicon Photonics技術
支援每埠高達200Gbps的連接速率
原型已於2023年展示，預計2025年第四季進入量產

* Intel Tofino 3系列

Intel正在開發整合CPO的新一代可程式化交換晶片
預計將支援400G/800G埠速率
目標於2026年初推出

光元件供應：
Intel在CPO領域的一大優勢是擁有自家的Silicon Photonics技術，主要元件包括：

自產的矽基雷射器
光調變器
光波導
光電偵測器

代工合作：
雖然Intel擁有自家晶圓廠，但其CPO相關產品也部分與台積電合作生產，具體如下：

電子晶片主要在Intel自家晶圓廠生產
部分先進製程節點採用台積電代工
整合封裝部分與ASE日月光有合作

8.Broadcom的CPO技術發展

技術路線：
Broadcom採用混合式光電整合方案，結合自家的交換晶片技術與外部光電元件供應商技術。

具體CPO產品：

* Tomahawk 5-CPO

基於Tomahawk 5交換晶片架構的CPO版本
整合了51.2Tbps交換能力
支援800G埠速率
已完成工程樣品測試，預計2025年第二季開始量產

* Jericho3-CPO

面向電信級路由器應用的CPO解決方案
預計2025年底前進入樣品階段

光元件供應商：
Broadcom主要與以下光元件廠商合作：

Lumentum：提供光收發器與雷射元件
Coherent Corp.：提供各種光學元件與次系統
MACOM：提供驅動電路與部分光電元件

代工與封裝合作：

電子晶片主要採用台積電5nm製程
封裝方面與日月光(ASE)有深度合作
已與英特爾FPGA部門(原Altera)合作在EMIB技術上開發CPO解決方案

9. Marvell的CPO技術發展

技術路線：
Marvell採用模組化CPO設計方法，更注重彈性配置以滿足不同應用需求。

具體CPO產品：

* Teralynx 10 CPO版本

25.6Tbps交換容量
支援最高400G埠速率
第一代CPO解決方案
已於2024年底完成客戶驗證，預計2025年第三季量產

* OCTEON 10 DPU CPO版本

整合數據處理單元與光互連
面向邊緣運算與5G應用
預計2025年末展示原型

光元件供應商：
Marvell與多家光學元件廠商建立了合作：

Molex：主要光學互連合作夥伴，提供光收發元件
MACOM：提供光電元件與驅動IC
Elenion Technologies（已被諾基亞收購）：提供矽光子技術

代工與封裝合作：

電子晶片主要採用台積電5nm/3nm製程
封裝技術與安靠(Amkor)有策略合作
部分產品與中國長電科技有封裝合作

10. 產業鏈合作與量產時程比較：

時程比較：
以下是三家公司CPO產品的量產時程比較：

Broadcom：預計2025年Q2量產Tomahawk 5-CPO（最早）
Marvell：預計2025年Q3量產Teralynx 10 CPO版本
Intel：預計2025年Q4量產Mount Evans IPU CPO版本

技術與市場定位差異：

Intel：注重自有垂直整合技術，從光學元件到系統全線控制
Broadcom：交換晶片優勢明顯，注重高端資料中心市場
Marvell：更注重客製化與靈活性，覆蓋更廣泛的應用場景

11. 產業鏈合作模式：

三家公司在CPO領域都採取了不同程度的合作模式，但共同特點是：

與台積電等晶圓代工廠緊密合作
與日月光或安靠等封裝廠建立合作關係
在產業標準方面積極參與制定與合作

值得注意的是，這些CPO產品仍處於前期商業化階段，實際量產時程可能會有調整。目前三家公司都已展示了原型或工程樣品，但大規模商業部署預計會在2026年之後加速。相較之下，NVIDIA與台積電合作的CPO解決方案進展較快，已經進入較成熟的商業化階段。