《共封装光学（CPO）技术及市场-2024版》
2024-07-16 07:59:39   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

Co-Packaged Optics (CPO) 2025-2035: Technologies, Market, and Forecasts

共封装光学（CPO）的兴起

过去十年来，由于采用了64 x 400 Gbps或32 x 800 Gbps可插拔光收发器模块，数据中心以太网交换机的容量已从0.64 Tbps激增至25.6 Tbps。然而，这些高速模块在其现有外形尺寸下提出了重大的挑战，问题包括所需要的电气和光学连接器密度，以及不断攀升的功耗。

要实现每个模块支持800 Gbps及以上速率的下一代光学引擎，通信速率必须翻倍，达到每通道至少100 Gbps。这种增长会在交换机插座、主板和边缘连接器上产生大量的信号完整性问题，导致SerDes接口的功耗增加。在未来的以太网交换中，这些信号完整性问题可能会导致I/O功耗超过交换机核心功耗。此外，标准可插拔模块的集成密度受到QSFP/OSFP外形尺寸的限制，因此必须采用目前尚未普及的先进热管理解决方案。

据麦姆斯咨询介绍，共封装光学（CPO）为应对这些挑战提供了一种前景广阔的解决方案。与传统的可插拔模式不同，共封装光学（CPO）将光学模块直接集成到交换机ASIC基板上，减少了电气连接，有效解决了信号完整性问题。这种方法已在大型数据中心获得了关注和应用。然而，如何优化共封装光学（CPO）的封装策略，仍是业界持续讨论和有待发展的话题。在此背景下，英国知名研究公司IDTechEx在这份最新发布的报告中深入探讨了共封装光学（CPO）技术及市场的现状和发展趋势。

高端数据中心光收发器封装的主要趋势

先进半导体封装技术对共封装光学（CPO）的重要性

数据中心集成共封装光学（CPO）旨在提高I/O带宽并降低能耗。集成光路（PIC）与集成电路（EIC）和交换机IC的组合方式会极大地影响面积和边缘带宽密度以及封装寄生效应。这些因素会直接影响收发器的I/O带宽和能效，这意味着不当的集成可能抵消硅光子技术的优势。

异构集成和共封装光学（CPO）

对于共封装光学（CPO）来说，光子和电子元件的集成可以通过各种方法实现，每种方法都有独特的优势和挑战。最先进但仍处于研发阶段的方法是3D单片集成，它将光子元件嵌入现有的电子元件工艺节点中，只需最小的改动，将有源光子元件和驱动电子元件置于同一芯片中。这样可以减少寄生效应，并通过消除对接口焊盘和凸点的需求来简化封装。然而，单片集成通常使用较老的CMOS节点，导致光子元件性能不理想且能耗较高。尽管存在这些限制，但单片集成仍可将阻抗失配降至最低，并简化封装。

对应的，2D集成将PIC和EIC并排放置在PCB上，通过引线键合或倒装芯片连接。这种方法简便易行，成本效益高，但会产生很大的寄生电感，并由于单边连接而限制了总I/O。虽然2D集成易于封装，但对引线键合的依赖限制了收发器带宽并增加了能耗，使其在高性能应用中效率较低。

半导体封装中的互连技术概览

3D混合集成提供了一种更先进的解决方案，它通过各种先进的半导体封装技术（包括硅通孔（TSV）、高密度扇出、Cu-Cu混合键合、有源光子中介层等技术），将EIC置于PIC的顶部，从而大大降低了寄生效应。在3D集成中使用先进半导体封装技术可实现密集间距，从而提高性能。然而，散热仍然是一个挑战，因为EIC产生的热量会影响PIC，因此需要先进的热管理解决方案。由于封装寄生效应最小，尽管存在这些散热挑战，3D混合集成仍能实现更高的性能。

2.5D集成是一种折衷方案，将EIC和PIC倒装到带有TSV的无源中介层上。这种方法保持了与3D集成类似的可控寄生效应和密集间距能力，但由于需要中介层迹线而增加了复杂性。虽然2.5D集成在性能、成本和制造周期之间取得了平衡，但它产生的寄生效应高于3D混合集成。

2D、2.5D到3D EIC/PIC集成方案（样刊模糊化）

总之，每种集成方法都需要在性能、复杂性和成本之间做出权衡，并根据具体的应用要求和限制因素做出选择。

共封装光学（CPO）市场趋势

据IDTechEx预测，到2035年，共封装光学（CPO）市场规模将超过12亿美元，2025年~2035年期间的复合年均增长率（CAGR）将达到28.9%。在市场营收方面，共封装光学（CPO）网络交换机预计将占据主导地位，因为每个交换机可能集成多达16个共封装光学（CPO）PIC。用于人工智能系统的光互连将占据约20%的市场份额，每个人工智能加速器通常使用一个光互连PIC，以满足高级计算应用对高速数据处理和通信日益增长的需求。

2025年和2035年共封装光学（CPO）市场营收增长

IDTechEx的最新报告对共封装光学（CPO）技术的最新进展进行了广泛而深入的探讨，包括关键技术创新和封装趋势，并对整个价值链进行了全面分析。报告全面评估了行业主要厂商的经营现状，提供了详细的市场预测，预测了共封装光学（CPO）的应用将如何重塑数据中心架构的未来格局。

本报告将先进半导体封装技术视为共封装光学（CPO）技术的基石。IDTechEx非常重视了解各种半导体封装技术在共封装光学（CPO）领域可能发挥的潜在作用。

共封装光学（CPO）市场预测（样刊模糊化）

本报告覆盖的重要内容包括：

- 市场动态：对英伟达、博通、思科、Ranovus和英特尔等主要厂商的研究，以及其他塑造共封装光学（CPO）市场格局的力量。

- 设计创新：探索先进共封装光学（CPO）设计及其对提高数据中心效率和重塑未来架构的影响。

- 半导体封装技术的突破：深入了解半导体封装技术的最新进展，包括2.5D和3D封装技术，以及它们在实现共封装光学（CPO）创新方面的作用。

- 光学引擎：分析共封装光学（CPO）性能和效率优势背后的驱动因素。

- 用于人工智能互连的共封装光学（CPO）：探索光学I/O如何解决人工智能应用中铜连接的局限性，提高效率、降低延迟、提高数据速率。

- 用于交换机的共封装光学（CPO）：通过共封装光学（CPO）集成高性能网络交换机，实现25%的潜在效率提升。

- 挑战与解决方案：对共封装光学（CPO）的应用障碍进行客观评估，并提出克服这些障碍的策略。

- 未来分析：对下一代共封装光学（CPO）的预测和见解，及其对行业的预期影响。

若需要《共封装光学（CPO）技术及市场-2024版》报告样刊，请联系麦姆斯咨询王懿，邮箱：wangyi#memsconsulting.com（#换成@）；电话：17898818163。