这个赛道也成为了芯片巨头的新战场。
是必然的，也是缓慢的
在介绍光电共封装之前，先介绍下光通信。
光通信即光纤通信，是目前全球主流的通信方式（传统的是以铜线为介质的电通信）。广泛应用于数据中心、电信网络、光纤宽带、汽车电子和工业制造等领域。
光通信是以石英光纤作为传输介质，以光波作为载体进行信息传输的通信方式。
通俗点讲，就是在信号发射端，先将收到的电信号（数字信号/模拟信号）转换为光信号，通过光纤传输到远端。然后在信号接收端，再将收到的光信号转化成可处理的电信号。
而联特科技和中际旭创主营的光模块，就是能够实现光、电信号转换的核心部件。
光模块，是由光器件、电芯片、印制电路板、结构件等封装而成的。这个环节，就涉及到了封装技术。
截止至目前，光模块主流封装形式可大致划分为三代。一代主要出现于1995-2000年，而后被二代取缔。至于本文介绍的主角——光电共封装（下文简称为CPO），就是三代的主流代表。
相较于传统封装形式，CPO在速率、能耗、成本方面更具优势，更能满足算力狂飙的需求。
但请注意，当前市场主流，仍然是二代封装，且预计将存续至2028年。根据相关预计，CPO或将于2024-2025年开始商用，2026-2027年开始上量。
这就意味着，至少目前，CPO还远未达到创收创利阶段。
或许，CPO的发展是必然的，但必然也是缓慢的。
CPO的封装方式及主要应用领域
在CPO技术的应用中，有两种主要的封装方式，分别是Co-packaged transceivers (CPT)和Co-packaged active optical cables (CP-AOCs)。CPT技术将收发器和芯片封装在同一个封装体中，可以减小芯片封装面积和信号传输长度，提高光通信的速度和质量。CP-AOCs技术则是将光模块和芯片封装在同一块PCB板上，并使用微型化的线缆连接光模块和芯片。CP-AOCs技术可以实现更高的数据密度和更快的数据传输速度，目前在数据中心、云计算和5G通信等领域得到了广泛应用。
在数据中心领域，CPO技术可以实现更高的数据密度和更快的数据传输速度，可以应用于高速网络交换、服务器互联和分布式存储等领域。例如，Facebook在其自研的数据中心网络Fabric Aggregator中采用了CPO技术，将光模块和芯片封装在同一个封装体中，从而提高了网络的速度和质量。另外，CPO技术还可以减少系统的功耗和空间占用，降低数据中心的能源消耗和维护成本。在人工智能方面，算力成为以ChatGPT为代表的AI的核心竞争力，而CPO技术有望成为高能效比的解决方案之一。
在云计算领域，CPO技术可以实现高速云计算和大规模数据处理。例如，微软在其云计算平台Azure中采用了CPO技术，将光模块和芯片封装在同一块PCB板上，并使用微型化的线缆连接光模块和芯片。通过CPO技术的应用，Azure可以实现更高的数据密度和更快的数据传输速度，从而提高了云计算的效率和性能。
在5G通信领域，CPO技术可以实现更快的无线数据传输和更稳定的网络连接。例如，华为在其5G通信系统中采用了CPO技术，将收发器和芯片封装在同一个封装体中，从而实现了高速、高密度、低功耗的通信。CPO技术的应用可以提高5G通信的速度和质量，支持更多的无线设备连接和更复杂的通信应用。
以上应用将在未来数年持续爆发。除此之外，随着互联网和 5G/6G 用户的增加以及来自人工智能、机器学习 (ML)、物联网 (IoT) 和虚拟现实流量的延迟敏感型流量激增，对光收发器的数据速率要求将快速增长；AI、ML、VR 和 AR 对数据中心的带宽要求巨大，并且对低延迟有极高的要求。支持400G的AOC已经开始成为大型数据中心的主流，而800G的AOC似乎在几年内就会出现。基于以上因素，未来CPO的市场规模将持续高速扩大。
光电共封技术商业化还有诸多挑战
但是，光电共封技术要获得大规模的商业化还需要解决多个挑战，它必须可靠、可维修、可部署、可显著节能并且具有成本效益。虽然光互连有望让芯片间的带宽达到更高水平，特别是在数据中心内部，但制造上的困难使其成本高昂到难以承受。
挑战一，CPO技术严重依赖于硅光子学技术，需要将光学元件小型化以适应 ASIC 封装（体积比传统 QSFP-DD 或 OSFP 模块小 100 多倍）。我们看到，专有的CPO方案首先出现在Broadcom、Intel、Marvell和其他一些公司，这些供应商大多已经收购或与创新的硅光子公司合作。他们在这一技术上的积累和努力，使得CPO的商业化渐渐成为可能。
另一方面，随着光学和硅芯片的高度集成，新的工程能力和晶圆代工厂将是非常需要的。
在这方面，格芯是一个比较具有前瞻的代工厂。自从退出芯片先进制程的追逐后，格芯一直在探索其他技术，硅光子正是格芯押注大筹码的一项技术。2015 年格芯收购了IBM Microelectronics 的一部分，因此也从IBM Research 获得了光子学专业知识和知识产权。2016年，格芯就推出了其第一代硅光子平台，并在同年创建了一个独立的硅光子业务。当时带宽的行业标准是仅为40 GB/s。格芯打赌未来行业将不得不利用光的力量在全球各地涌现的数据中心内部和之间移动大量数据。事实证明，确实如此，如今数据中心的带宽已来到400 GB/s和800 GB/s的数据速率。
GF Fotonix 是格芯为硅光子芯片打造的一个整体的平台，这也是业界唯一的硅光子大批量 300mm CMOS制造代工厂。根据格芯的介绍，该平台将光子元件与高性能CMOS逻辑和RF集成在一起，以实现完全集成的单片电气和光学计算和通信引擎，同时针对低信号损耗降级进行了优化。此外，格芯单片硅光子平台的光输入和光输出可通过高密度光纤阵列、片上集成激光器和铜金属化实现与其他半导体芯片的 2.5D 和 3D 异构集成。
芯片巨头如Broadcom、思科、Marvell和NVIDIA以及Ayar Labs、Lightmatter、PsiQuantum、Ranovus 和 Xanadu 在内的光子计算领域的厂商都与格芯有着密切的交流合作。此外，EDA软件厂商Ansys、Cadence和Synopsys等也正在提供支持基于集成硅光子学的芯片和小芯片的设计工具。
写在最后
总而言之，光电共封的解决方案确实使得新一代的交换机与前几代相比发生了很大的突破，但是如文中所述，CPO要成为主流还有诸多因素要克服，据Yole分析师的说法，尽管CPO具有技术优势，但它将很难与可插拔模块竞争，在很长一段时间内，可插拔模块仍将是首选。可插拔、OBO和CPO将共存一段时间。
现在，光学器件可以与以太网交换机芯片共同封装，未来，它能否与CPU、GPU或XPU集成在一起也或许是一个探究方向。在摩尔定律动力不足的情况下，光电共封这项技术正在崭露其潜力，从另一条新道路上来满足当下数据量蓬勃发展的处理需求。而且很重要的一个趋势是，主要的芯片巨头们都在排兵布阵，光电共封技术正在向我们走进。
