数据中心互联技术专题一：AI变革推动CPO技术商业化加速

行业研究·行业专题 通信 投资评级：优于大市（维持评级） 证券分析师：袁文肿021-60375411yuanwenchong@guosen.com.cnS0980523110003 证券分析师：會浏洋010-88005307zhanliuyang@guosen.com.cnS0980524060001 光电共封装cPO(Co-packagedOptics)是一种在数据中心互连领域应用的光电集成技术，目前主要用在交换机接口中。通过将交换芯最大程度地减少高速电通道损耗和阻抗不连续性，也在传输速率提高的同时大大缩减功耗，行业头部企业博通（Broadcom）和扇港(SENKO）均分析过CPO技术可助力交换机整体系统减少功耗25%-30%。 功耗的优选技术，备受全球客大通信电子头部企业关注。博通自上一代25.6T交换芯片起，就开启了CPO交换机商业化推进：英伟达2024下半年加速推进支持IB(InfiniBand)和以太网两种协议的CPO交换机。国内交换机头部厂商新华三、锐捷网络近两年也陆续发布了商用CPO交换机。而随看SerDes速率的快速升级，以及硅光材料和3D封技术装的逐步成熟，CPO技术有望快速送代，也为光互联OpticallO技术（算力芯片间光互联）的发展奠定了良好基础 CPO交换机相比传统交换机，需引入近交换芯片的光引擎、光柔性板FiberShuffle/保偏光纤PMF、外置激光器ELS及CW光源等。根据Lightcounting预测，未来5年CPO技术渗透率将快速增长，预计到2029年，3.2TCPO端口出货量预计将超过1000方个（2024年（井考虑价格年降），未来5年光引擎的市场空间超过1OO亿美元，光源ELS、光柔性板FiberShuffle、连接器MPO、光纤阵列FAU的市场空间超过30亿美元。 投资建议：自前cPO技术仍在产业化的初期，并在快速送代升级，涉及各类器件（如FiberShuffle、MPO、FAU)所需通道数/纤芯数也会随之升级，国内各类器件厂商（特别是已与海外头部厂商有深度合作）均有望受益该领域发展，迎来量价齐升。推荐关注交换机【絮光股份】、【锐捷网络】，光引擎供应商【天孚通信】，光柔性板供应商【太辰光】，MPO连接器供应商【博创科技】、【佳光子】【致尚科技】，外置CW光源【源杰科技】、【长光华芯】等，国内头部光模块厂商亦有布局。 风险提示：AI发展及投资不及预期：行业竞争加剧：全球地缘政治风险；新技术发展引起产业链变迁 01CPO是一种新光电互联集成技术02CPO技术涉及各器件均有望迎来快速增长03产业链各关节头部公司均在积极布局CPO04投资建议 CPO是一种新光电互联集成技术 （CPO）是一种新光电互联集成技术光电共封装 光电共封装（CPO）是一种在数据中心光互连领域应用的光电共封装方案。其核心是将光模块不断向交换芯片靠近，缩短芯片和模块之间的走线距离，并逐步替代可插拔光模块，最终把交换芯片（或XPU）ASIC和光/电引擎（光收发器）共同封装在同一基板上，光引擎尽量靠近ASIC，以最大程度地减少高速电通道损耗和阻抗不连续性，从而可以使用速度更快、功耗更低的片外/O驱动器，CPO技术的核心是光电芯片，它包含了光学器件和电子器件。在光电芯片内部光学器件将光信号转换成电信号，电子器件将电信号转换成光信号。 资料来源：非练光通信，国信证券经济研究所整理 资料来源：IETOptoelectronics，国信证券经济研究所整理 CPO技术目前主要用在交换机中 CPO技术目前主要用在交换机接口中，是一种新型的光电集成技术，主要是将网络交换芯片和光模块共同装配在同一个插槽（Socket）上，形成芯片和模组的共封装，从而使得光学信号和电学信号在同一芯片上进行转换和处理；即将电子芯片和光电器件放在一起进行封装，以实现高集成度、高性能的光电器件。 资料来源：Yole，国信证券经济研究行率理 CPO不仅减少了高速电通损耗，其能效优势也非常显著 智算中心驱动的高速率场景下，降本、降低功耗需求显著。SerDes速率不断提升，光模块之间的功耗不断升高，随着40G、100G、400G、800G的迭代，相比2010年的交换机，目前51.2T的交换机中，光器件能耗增加26倍，光模块整体功耗大约可占交换机功耗的40%以上，根据SENKO数据，CPO显著降低光模块功耗，助力系统整体功耗减少25%-30%。 资料来源：SENKO.国信证券经济研究所整理 资料实源：Broadcom，Cisco，国信证券经济研究所整理 LPO是自前短距离传输过渡方案，CPO正开启商用进程 GUOSEN SECURITIESLPo（lineardrivepluggableoptics)，线性驱动可插拨光模块，通过线性直驱技术替换传统的DSP，实现系统降功耗、降延迟的优势，但系统误码率和传输距离有所牺牲。LPO摒弃数字信号处理器（DSP），通过使用具有优异线性度和均衡能力的转阻放大器（TIA）和驱动芯片（DRIVER）来替代DSP，消除信号恢复需求，降低处理开销和系统延迟，特别适用于对时序要求极高的高性能计算中心（HPC）中GPU间通信场景。目前SerDes主流规格112G很快升级到224G，LPO无法跟上224GSerDes的要求。部分DSP领域较弱厂商推进LPO方案。Macom、Semtech、美信等DSP领域较弱的电芯片厂商大力推进LPO，以绕开DSP短板。目前LPO方案标准化尚未成熟，主要集中在电接口和光接口。 相对于LPO，CPO注重光电共封装，适用于高速高密度互联传输场景，能满足高速数据传输需求，且在适配未来高规格SerDes方面可能比LPO更具消力。随数据量爆发式增长，对高速传输需求日益迫切，CPO因具备满足高速传输需求的优势以及较大技术潜力，能跟上技术升级步伐，为行业发展提供持续技术支持。 目前CPO技术已经开始小批量商用。在2022年，博通就与腾讯合作，博通将提供25．6TbpsHumboldtCPO交换设备，采用博通Tomahawk@4交换芯片，直接与4个3，2Tbp5SCIP光学引擎耦合和共封装 资料来源：ADOP，国信证券经济研究整理 本轮AIGC革命拉动了新一轮数据中心网络发展，CPO技术同样受益，主要发展催化点包括： 发展催化一：AIGC技术迅猛发展，算力需求激增，全球互联网云厂持续加大资本开支。四大北美互联网云厂商2025年规划资本开支合计预计超过3100亿美元中国四大互联网云厂2025年资本开支合计预计超过5000亿人民币。>发展催化二：英伟达、博通、Marvell等头部芯片厂商均在加速落地CPO交换机。博通已经研制了两代商用产品，英伟达已经研制支持IB协议和以太网协议的产品。发展催化三：国内交换机厂商已陆续发布CPO交换机，国内光模块龙头企业也在布局CPO技术。 本轮AIGC革命也推动了CPO技术加速送代更新，未来CPO技术主要演进路径包括： 技术趋势一：电信号SerDe5传输速率不断迭代，2024年224G速率成熟，推动光电信号单通道传输速率再提升一倍，CPO集成度持续提升。未来随着SerDes传输速率的提升，CPO技术能力将继续增强 >技术趋势二：通过硅光材料实现降本降功耗。>技术趋势三：采用3D先进封装，将光电芯片进行垂直互连，可以不仅能实现更短的互连距离、更高的互连密度和更好的高频性能，还能实现更低的功耗、更高的集成度和更紧凑的封装，>技术趋势四：Ayarlabs、博通、intel等头部厂商均在积极研发OpticalO技术，实现算力芯片间的光互联。 发展催化一：AIGC推动数据中心及交换机放量，CPO持续受益 AIGC技术迅猛发展，算力需求激增，全球互联网云厂持续加大资本开支。据IDC数据，2025年全球人工智能服务器市场规模将增至1587亿美元，2028年有望达到2227亿美元，生成式人工智能服务器占比将由2025年的29.6%提升至2028年的37.7%。四大北美互联网云厂商2025年规划资本开支合计预计超过3100亿美元，其中谷歌750亿美元，亚马逊1050亿美元，微软800亿美元，META超过600亿美元。中国四大互联网云厂2025年资本开支合计预计超过5000亿人民币。 数据中心交换机受益人工智能产业发展，根据IDC2024年Q3数据，数据中心板块以太网交换机市场收入在其Q3同比增长了18%，从Q2到Q3环比增长了6.2%。特别是200/400GbE交换机市场三季度收入同比增长126.3%，环比增长23.8%，这得益于最高速率以太网交换机强劲的需求推动。生成式AI数据中心以太网交换机市场将以70%的年复合增长率呈指数级增长，将从2023年的6.4亿美元增长到2028年的90.7亿美元。 CPO在显著提升能效趋势下，作为交换机的下一代高速互联技术，有望持续受益交换机行业增长。 资料来源：各公司财报，国信证券经济研究所整埋 资料来源：IDC，国信证券经济研究所整理 发展催化二：英伟达在今年加速推动CPO商业化进程 英伟达计划在2024年下半年提出过CPO技术的IB交换机，该交换机前面板有144个MPO光接口，支持36个3.2TCPO，内部有4个28.8T的交换芯片（总共115.2T的交换能力）。该交换机有望在2025年第三季度实现小批生产。 英伟达也计划于2026年推出CPO版本的Spectrum4UltraX800以太网交换机。后续英伟达仍然会发布Spectrum5、Spectrum6系列交换机。 资科来源：亿源通。Substack，国信证券经济研究所整埋 发展催化二：头部芯片厂商（博通、Marvell等）均加速CPO商业化 博通在上一代Tomahawk4就尝试CPO技术，并率先向小部分客户交付业界首款51.2TbpsCPO以太网交换机Bailly（Tomahawk5）。Bailly产品集成8个6.4-Tbps硅光子光学引擎和Broadcom一流的StrataXGSTomahawk5交换机芯片，相比可插拔收发器解决方案，Bailly使光学互连运行功耗降低70%，硅面积效率提高8倍。Marvell在2022年展示CPO，在2024年OFC上推出的3DSiPho引擎，是业内首款支持200Gbps电接口和光接口的技术，为CPO集成到其XPU提供基础，客户能将CPORanovus在OFC2021发布Odin品牌模拟驱动CPO2.0架构以进一步帮助客户降低产品功耗和成本。该产品是Ranovus和IBM，TE以及Senko合作共同开发的。CPO技术支持nx100GbpsPAM4光接口和ML/AI电芯片在一个封装内，是一种创新的光器件技术， 资料案源：Broadcom，回信证券经济研究所整理 资料来源：Marvell，日信证券经济研究所整理 资料来源：Broadcom，同信证券经济研究所整理 发展催化三：国国内客大厂亦在跟进CPO技术 国内交换机厂商已陆续发布CPO交换机。锐捷网络已发布25.6TbpSCPO交换机并且参与编写了COBO的CPO交换机设计白皮书，在CPO技术应用方面走在国内前列。新华三已推出800GCPO硅光数据中心交换机（H3CS9827系列），单芯片带宽高达51.2T，支持64个800G端口，融合了CPO硅光技术、液冷散热设计、智能无损等先进技术。中兴通讯在CPO相关的光引擎和光电封装等技术领域进行研究，申请了涉及CPO模块的激光光源选择方法的专利，其新一代400GE/800GE数据中心交换机具备高性能，支持单槽14.4T，并采用了智能无损技术， 国内光模块厂商积极布局CPO技术。中际旭创、新易盛、光迁科技、华工科技等均有布局CPO模块，有的厂商CPO模块已经向客户送样测试。天孚通信为CPO提供关键组件，如激光器透镜阵列等，在800G技术时期成为英伟达的独家供应商，2023年9月送出的1.6T硅光光引擎被英伟达用于CPO上的封装。 技术趋势一：单通道SerDes速率逐步提升，CPO能力