CPO交換機，全稱共封裝光學交換機，是採用CPO技術的數據中心交換機。其核心是將光引擎與交換晶片通過先進封裝技術集成於同一基板，實現光電共封裝。與傳統可插拔光模組方案相比，CPO能顯著降低功耗、提升頻寬密度、減少信號衰減，主要套用於超大規模AI集群、數據中心等高性能計算場景的短距互聯。
該技術自2020年前後起步。博通於2024年3月交付了業界首款51.2T CPO乙太網交換機Bailly。英偉達在2025年GTC大會上發布了基於Quantum-X和Spectrum-X平台的CPO交換機。國內廠商如銳捷網路、新華三也相繼推出了商用CPO交換機產品。2026年被行業視為CPO規模化落地的元年。在GTC 2026大會上，黃仁勛展示了採用CPO技術的Spectrum-6乙太網交換機。
基本介紹
- 中文名：CPO交換機
- 產品類型：數據中心交換機
- 上市時間：2024年3月
技術原理與特點,發展歷程,技術規格與產品設計,主要產品規格,系統構成,關鍵設計特點,市場套用與產業鏈,發展前景與挑戰,
技術原理與特點
CPO（共封裝光學）技術是一種將光引擎（PIC/EIC）與交換ASIC晶片通過先進封裝技術集成於同一封裝體內的技術，實現了百微米級的極短距離光電互連，從根本上縮短了電信號的傳輸路徑，是區別於傳統可插拔光模組的關鍵架構革新。
CPO技術能顯著降低功耗，例如英偉達方案可將單連線埠（1.6T）功耗從傳統方案的30W降至9W，降幅達70%，博通的Bailly CPO交換機相比可插拔方案光互連功耗降低70%。通過高密度集成光引擎，CPO突破前面板物理空間限制，單位面積頻寬密度實現數量級提升，博通Bailly方案實現了8倍的矽面積效率提升。英偉達方案可將信號損耗從22dB大幅降至4dB，系統可靠性提升10倍，整體能效提升可達3-3.5倍。
在800G、1.6T及更高速率下，可插拔模組面臨功耗、散熱與系統複雜度劇增的挑戰，而CPO通過光電緊密集成，有效解決了這些物理限制和性能瓶頸。
CPO技術尤其適用於對頻寬密度、功耗和延遲要求極高的場景，主要包括Scale-up（櫃內互聯），用於AI伺服器集群、GPU節點間的短距高速互聯，以及Scale-out網路，用於超大規模數據中心內部的核心或葉脊交換，構建扁平化、高效率的網路拓撲。在實際部署中，CPO與銅互連技術根據場景需求（如Scale-up櫃內互聯與Scale-out網路互聯）協同發展，形成互補的技術路線。CPO的導入預計將分階段推進，初期側重於數據中心Scale-out網路，長期向Scale-up互聯擴展。CPO是支撐未來百萬級GPU AI工廠大規模部署的關鍵網路技術。
發展歷程
CPO（共封裝光學）的概念於2020年前後被提出，旨在解決高速率下可插拔光模組面臨的功耗、散熱與信號衰減問題。博通（Broadcom）於2021年推出了第一代Tomahawk 4（洪堡）概念驗證晶片組，引入了高密度集成光學引擎、邊緣耦合等關鍵創新。
2024年3月，博通宣布向客戶交付業界首款51.2T CPO乙太網交換機Bailly（基於Tomahawk 5平台），實現了光引擎與交換晶片的共封裝，功耗相比可插拔方案降低70%。2025年3月，英偉達（NVIDIA）在GTC大會上正式發布Quantum-X Photonics InfiniBand和Spectrum-X Photonics Ethernet兩款CPO交換機。其中，Quantum-X InfiniBand交換機（總頻寬115.2T）預計於2025年下半年上市，而Spectrum-X乙太網交換機計畫於2026年下半年推出。2025年內，博通還向Meta、位元組跳動等頭部客戶交付了下一代102.4T容量的Davisson（Tomahawk 6平台）CPO交換機。
各大廠商的技術路線各有側重。英偉達採取“雙代遞進”策略，計畫在2025年推出首代偏向NPO（近封裝光學）形態的產品，並於2026年推出採用光引擎直接焊接基板的“深度共封裝”第二代產品。博通則遵循平台化演進路徑，從2022年的Humboldt（概念驗證），到2024年的Bailly（51.2T全光I/O），再到2026年的Davisson（102.4T）。英特爾（Intel）則提出了從封裝級電互連起步，逐步過渡到光引擎直連、可插拔光封裝接口，最終邁向3D垂直光子集成的“四階段”發展策略。
國內廠商也在積極跟進。銳捷網路於2022年發布了25.6T CPO交換機，並於2025年9月在深圳光博會上首次公開演示了基於博通Bailly晶片的51.2T CPO交換機商用互聯方案。新華三則於2023年業界首發了單晶片51.2T、支持64個800G連線埠的CPO矽光交換機。
2026年3月，英偉達在GTC 2026大會上展示了採用CPO技術的Spectrum-6乙太網交換機，並宣布其將作為新一代AI超級計算機平台Vera Rubin的重要組成部分。同時，英偉達CEO黃仁勛在大會上闡述了其“光銅並舉”的技術路線，指出“銅仍然重要，光學會用於不同維度的擴展，兩者都是必須能力”，並透露其Rubin架構有望大規模採用銅互連。
行業普遍將2025年視為CPO交換機的商業化起步元年，產品開始向頭部雲服務商和AI集群客戶交付。市場預計，2026年至2027年將進入規模上量期。據諮詢機構LightCounting預測，到2027年，CPO連線埠出貨量將超過450萬個；Yole Group則預測，全球CPO市場規模將從2024年的約4600萬美元增長至2030年的81億美元。
技術規格與產品設計
主要產品規格
博通於2024年交付了業界首款51.2Tbps CPO乙太網交換機Bailly，該產品採用4RU設計，集成了8個基於矽光技術的6.4Tbps光引擎與StrataXGS Tomahawk 5交換晶片，提供128個400G FR4連線埠，其光互連功耗相比可插拔方案降低70%。
英偉達推出的CPO交換機主要包括基於InfiniBand的Quantum-X系列和基於乙太網的Spectrum-X系列。其中，Quantum-X Photonics InfiniBand交換機（如Quantum X3450）總交換頻寬達115.2T，提供144個800G連線埠，採用液冷散熱方案，預計於2025年下半年上市。基於乙太網的Spectrum-X系列CPO交換機則計畫於2026年下半年推出，包含不同頻寬型號（如102.4T和409.6T），採用光引擎與ASIC直接集成的深度共封裝形態。
在2026年GTC大會上，英偉達展示了作為AI超級計算機平台Vera Rubin重要組成部分的Spectrum-6乙太網交換機，該交換機採用了CPO技術，據稱可帶來5倍更高光功率效率和10倍更高網路可靠性。
此外，銳捷網路於2022年發布了25.6T CPO交換機，並於2025年展示了採用博通Bailly晶片的51.2T CPO交換機商用方案，該方案同樣採用4RU設計，提供128個400G FR4連線埠。新華三也於2023年發布了單晶片51.2T、支持64個800G連線埠的CPO矽光交換機。
系統構成
典型的CPO交換機系統主要由交換晶片（ASIC）、光引擎（OE，通常包含光子積體電路PIC和電子積體電路EIC）、外置雷射源（ELS）、柔性光背板以及用於外部光纖連線的MPO連線器等部件構成。
關鍵設計特點
為解決光引擎與ASIC共封裝後帶來的現場維護難題，部分CPO交換機方案採用了可現場更換的遠程雷射模組（RLM）設計。例如，博通的Bailly系統及銳捷網路的51.2T CPO交換機均兼容多個RLM，實現了關鍵光組件的可替換性。
由於CPO技術實現了器件的高密度集成，散熱成為關鍵挑戰。因此，主流CPO交換機普遍兼容甚至專為液冷散熱方案設計，以應對高功率密度帶來的熱管理需求。部分產品（如新華三、銳捷方案）也強調了其液冷兼容性或高效的冗餘風冷設計。
市場套用與產業鏈
CPO交換機的核心套用是AI算力基礎設施，特別是超大規模雲服務商（如谷歌、亞馬遜、微軟、位元組跳動、騰訊）的數據中心與AI訓練網路，用於構建大規模、高頻寬、低延遲的Scale-up/Scale-out網路。在套用場景中，銅互連與CPO技術存在分工，銅纜更適合機櫃內的短距離互聯（如英偉達GB200系統），並在AI推理端憑藉其可靠性、低功耗和低成本套用於雲廠商的自組網；而CPO高速光互聯仍是技術主流演進方向。例如，英偉達在GTC 2026期間展示的Spectrum-6乙太網交換機，作為AI超級計算機平台Vera Rubin的重要組成部分，便採用了CPO技術。2026年被普遍視為CPO交換機規模化落地的元年。
產業鏈上游為交換晶片與矽光晶片廠商，如英偉達、博通、英特爾、Marvell。中游為光引擎/器件製造與先進封裝廠商，如台積電、Ayar Labs、天孚通信、Lumentum。下游為設備集成商與最終用戶，如雲服務商。這是一個由頭部晶片和系統廠商主導，並深度協同製造/封裝夥伴的生態。
CPO交換機的初期成本略高於傳統電交換機加可插拔光模組方案。在超大規模部署中，通過顯著降低功耗（如單連線埠功耗從30W降至9W）和簡化網路層級（從三層變為兩層），可有效降低總體擁有成本（TCO）。LightCounting預計到2030年，CPO將為交換晶片市場貢獻約47億美元收入。Yole預測2030年全球CPO市場規模將達81億美元。受英偉達在GTC 2026上強調“光銅並舉”影響，市場反應呈現分化。CPO的導入節奏預計將呈現分階段推進的特點：短期內或優先在數據中心Scale-out網路中落地，以緩解高速光互連帶來的功耗與頻寬壓力；中長期隨著技術成熟及可靠性提升，CPO有望在Scale-up高速互連中實現更大規模套用。
發展前景與挑戰
據Yole預測，2024年全球CPO市場規模為4600萬美元，2030年將增長至81億美元，年複合增長率高達137%。另據LightCounting預測，到2030年，CPO將為交換晶片市場額外貢獻約47億美元的收入。
技術演進路徑清晰，正朝著更高通道速率和更大頻寬方向發展。博通已推出第三代支持單通道200G的CPO產品線，並致力於開發第四代400G/通道解決方案。從100G/通道向200G/通道、400G/通道演進，以及交換平台頻寬向102.4T及更高容量發展，成為明確趨勢。矽光技術是當前實現CPO的主流技術路徑。
CPO預計將從2026至2027年開始規模上量，主要套用於超大型雲服務商的數通短距場景。行業分析進一步細化了其導入節奏，信達證券表示，CPO的導入節奏預計將呈現分階段推進的特點：短期內或優先在數據中心Scale-out網路中落地，以緩解高速光互連帶來的功耗與頻寬壓力；中長期隨著技術成熟及可靠性提升，CPO有望在Scale-up高速互連中實現更大規模套用。LightCounting預計，到2029年，800G（100G每通道）CPO滲透率預計為2.9%，1.6T（200G每通道）CPO滲透率預計為9.5%，而在3.2T（400G每通道）連線埠，CPO的滲透率預計將高達50.6%。
儘管前景廣闊，CPO技術的規模化商用仍面臨多項挑戰。主要包括現場維護難度、生態系統成熟度、長期可靠性驗證需求、初期較高的成本，以及與現有可插拔光模組方案在較長時期內的共存關係。
此外，行業最新共識表明，CPO技術與銅互連技術在未來一段時間內將呈現“光銅並舉”、共存互補的格局。英偉達執行長黃仁勛在GTC 2026大會上指出，“銅仍然重要，光學會用於不同維度的擴展，兩者都是必須能力。”行業分析認為，矽光技術仍需幾年時間成熟落地，現階段將與銅互連技術根據不同的套用場景長期共存、互補發展。
NPO（近封裝光學）常被視為CPO技術的一種過渡形態。CPO是將交換晶片和光引擎共同裝配在同一個插槽上，形成晶片和模組的共封裝；NPO是將光引擎與交換晶片分開，裝配在同一塊PCB基板上。CPO是最終形態，NPO是過渡階段。
