AI時代下，對於算力與高速傳輸有更大需求，隨著晶片製程微縮接近物理極限，「由電子轉為光子傳輸」的矽光子技術成為突破點，其中 「CPO共同封裝光學」 近年格外受到關注。
輝達（NVIDIA）10月13日在官網宣布，旗下首款以CPO技術打造的矽光子網路交換器Spectrum-X，獲Meta與Oracle（甲骨文）採用，宣告AI光通訊時代正式啟動。
究竟CPO是什麼，重要在哪？CPO的供應鏈又分成哪些環節，主要有哪些概念股？《數位時代》帶你一次搞懂。
8/11更新
根據《鉅亨網》報導，台積電為因應兩大AI晶片客戶要求，將推進CPO進程，在明年進入量產，以光學引擎置於基板（OE on Substrat）方案為主。台積電強調，CPO技術推進需要供應鏈創新與合作，並點出三大關鍵環節，包括晶圓測試 (CP) 與最終測試 (FT)、光纖陣列單元 (FAU)、高速光學封裝與組裝，預計在這三段創新將推動新技術發展。
台積新一代CPO技術量產，可望為供應鏈帶來新成長契機。業界看好，掌握光纖陣列單元（FAU）等關鍵技術的上詮（3363）、測試介面廠旺矽（6223）皆可受惠。
CPO定義｜共同封裝光學是什麼？
電路板上一般佈滿許多銅線電路，電子穿梭於其中傳遞訊號，而為因應AI資料中心的高速傳輸需求，矽光子（Silicon Photonics）技術以光子取代電子在矽晶片上傳遞訊號，由於光子速度更勝電子，並較不易產生熱能，具有更佳的傳輸效果。
然而，矽光子因為涉及多種光電訊號轉換，研發門檻非常高，難以一蹴可幾，針對「光電訊號轉換模組」擺放的架構，主要可分成4個技術迭代進程：
可插拔光收發器 （Pluggable Transceiver）：業界長年採用的方式、價格低廉，透過在伺服器邊緣如「USB」般裝上光電訊號轉換器，電子在其中轉換為光子，隨後沿著光纖傳遞出去，但目前不足以滿足AI傳輸需求；
載板光學封裝 (On-Board Optics, OBO）：將光電轉換模組移到伺服器內的PCB載板上，縮短電子的傳輸路徑，減少訊號耗損及延遲，現階段已可量產；
共同封裝光學 （Co-Packaged Optics, CPO）：本文探討的主角，經由把光電轉換模組放在IC載板上，讓光電轉換模組更接近CPU、GPU等晶片，將光子積體電路（PIC）和電子積體電路（EIC）整合在同一封裝中 ，為業界近年努力發展的方向；
光學輸出／輸入 （Optical I/O）：採3D封裝，把光電轉換模組疉到晶片上方，使傳輸電子的銅線縮到最短，有待未來技術突破時實現。
上述不同的光電整合架構，依序對應到不同的資料傳輸能力，根據日月光官網資料，可插拔光收發器可支援100/400/800G的資料傳輸，載板光學封裝高為800G及1.6T（1,600G），CPO為3.2T（3,200G）至12.8T（12,800G），光學輸出／輸入則是6.4T（6,400G）、12.8T及以上。
CPO領域持續成長中，摩根史坦利（Morgan Stanley）1月中發布的AI供應鏈報告指出，全球CPO市場規模預估將由2023年的800萬美元，成長至2030年的93億美元，年複合成長率（CAGR）達172%，其中IC設計大廠輝達、博通（Broadcom）、邁威爾（Marvell）是CPO晶片設計的主要領導者。
摩根史坦利並預期，輝達Blackwell下一代的Rubin平台、以及NVL伺服器機架系統，在導入CPO擁有更高的能見度，且每個系統內有更高的CPO使用比例，預計至2027年將占全球CPO需求的75%。
台積電CPO技術「COUPE」今明年將有所進展
在矽光子領域，台積電正在研發「緊湊型通用光子引擎」（Compact Universal Photonic Engine, COUPE）技術，合作夥伴包括工程模擬軟體廠安矽思（Ansys）、EDA軟體與工程服務廠新思（Synopsys）及益華（Cadence）等。
根據台積電於2024年北美技術論壇的介紹，COUPE使用SoIC-X晶片堆疊技術，將電子裸晶堆疊在光子裸晶之上，相較於傳統的堆疊方式，能夠達到最低的電阻及更高的能源效率。
台積電預期在2025年完成小型插拔式連接器的COUPE驗證，接著於2026年將其作為CPO元件整合到CoWoS封裝中，將光連結直接導入封裝中。
COUPE的能見度排至2028年
天風國際證券分析師郭明錤1月於網路平台表示，COUPE是台積電目前新興技術中最受重視者，該趨勢的能見度足以看到數年後。
他並分析COUPE的開發時程，2024年第4季已確定第一代產品規格並開始送樣，2025年至2026下半年將進行量產驗證，並於2026下半年量產；第二代產品規格則預期於2026年上半年確定並開始送樣，2026上半年至2027下半年量產驗證，並於2027年第4季至2028年第1季量產，兩代產品的關鍵差異在於性能升級、提升光耦合效率與改善量產性。
在客戶方面，郭明錤預期台積電第一個採用COUPE的主要客戶，可能是近年來積極採用SoIC、2奈米等新技術的超微（AMD），至於輝達，2027年底量產的Rubin Ultra較有可能是首個採用COUPE的輝達產品。
CPO概念股｜磊晶、光收發模組、設備及封測廠等供應鏈
在CPO中，光收發模組是實現光電轉換的核心元件，國內最大的光纖被動元件代工廠波若威（3163）在3月18日法說會指出，該公司布局CPO，預計2025年下半年完成驗證、小量出貨，明年開始量產；消息也帶動「CPO概念股」波若威、上詮近期股價上揚。業界也傳出「隱藏版輝達CPO概念股」，包括訊芯-KY(6451）、富鼎富(8261）、穩懋(3105）等。
總觀CPO產業鏈，在以台積電為首的晶圓代工之外，主要涵蓋磊晶製造、光收發模組、交換器以及封裝測試等業者，以下分別介紹：
磊晶製造
磊晶製造是CPO的上游，通常採磷化銦（InP）生產晶圓基板，製成雷射元件發射出光訊號，具一定的技術難度，聯亞（3081）、全新（2455）、英特磊IET-KY（4971）為相關供應商。
光收發模組
光收發模組是實現光電轉換的核心元件，此領域有許多業者競逐，包括身為台積電合作夥伴、掌握光纖陣列單元（FAU）等關鍵技術的上詮（3363）；國內最大的光纖被動元件代工廠波若威（3163），近年也投入FAU開發。
眾達-KY（4977）專攻高速光收發模組設計與製造，為博通多項光通訊產品的獨家供應商；華星光（4979）專注於光通訊主動元件的生產，則是邁威爾協力廠。
交換器
在AI伺服器中，交換器（Switch）在資料的高速傳輸扮演重要角色，相關台廠包括網通廠智邦（2345）、明泰（3380）等。
封裝測試
封裝測試是CPO的中下游，以確保產品的性能與可靠性，封測相關廠商包括日月光投控（3711）、台星科（3265）、矽格（6257）、聯鈞（3450）、鴻海旗下訊芯-KY（6451），以及測試介面廠旺矽（6223）與穎崴（6515）等。
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責任編輯：李先泰
