CPO 共封裝光學完整解析：AI 資料中心為什麼需要 Co-Packaged Optics？｜技術年份：2026

AI Server、GPU Cluster 與大型 AI Data Center 持續擴張後，資料中心面臨的高速互連問題已不只是「需要更多頻寬」。

真正的工程挑戰逐漸變成：

如何在更高頻寬下，同時控制高速電氣傳輸距離、功耗、訊號完整性、頻寬密度與散熱？

CPO（Co-Packaged Optics，共封裝光學）就是在這樣的背景下受到高度關注。

它的核心概念並不複雜：

把 Optical Engine 移到更靠近 Switch ASIC 的位置，縮短超高速 Electrical Signal 必須經過的距離，再更早將電訊號轉換為光訊號。

NVIDIA 已將 Co-Packaged Silicon Photonics 導入 Spectrum-X Ethernet Photonics，Broadcom 也已推出具 CPO 架構的 Tomahawk 6 Davisson 102.4 Tb/s Ethernet Switch，顯示 CPO 正從研究與技術驗證逐步進入 AI Networking 的實際系統平台。

CPO 是什麼？

CPO 全名為：

Co-Packaged Optics

中文通常稱為：

共封裝光學

CPO 並不是一種單獨的光纖，也不是特定 Connector 或某一種 Optical Transceiver Form Factor。

它是一種高速光電互連架構。

其主要思路是將：

Switch ASIC

與：

Optical Engine

放得更接近，甚至整合在共同封裝或相鄰封裝架構中。

OIF 早在 2022 年即發布 Co-Packaging Framework，之後也制定 3.2 Tb/s Co-Packaged Optical Module 相關 Implementation Agreement，顯示 CPO 已形成正式產業協作與介面標準化方向。

傳統光通訊架構怎麼運作？

傳統 Data Center Switch 大量使用可插拔光模組。

簡化後的高速訊號路徑是：

Switch ASIC
↓
PCB High-Speed Electrical Channel
↓
Front-Panel Connector／Cage
↓
Optical Transceiver
↓
Optical Fiber

也就是說，Switch ASIC 產生高速電訊號之後，必須先經過 PCB Trace 傳到交換器前面板。

到了 Optical Transceiver 後，才完成：

Electrical → Optical

轉換。

這種架構的最大優勢是模組化、容易維修，而且已經擁有非常成熟的 Data Center 生態系。

但當 SerDes 與 Network Speed 持續提高時，ASIC 到 Front Panel 之間的高速 Electrical Channel 會變得愈來愈難設計。

CPO 改變了什麼？

CPO 把 Optical Engine 移到靠近 Switch ASIC 的位置。

資料路徑可以簡化成：

Switch ASIC
↓
Short High-Speed Electrical Channel
↓
Co-Packaged Optical Engine
↓
Optical Fiber

最大的改變就是：

Electrical Signal 不需要再穿越較長的 PCB 距離才進入光模組。

高速訊號更早完成：

Electrical → Optical

之後主要透過 Fiber 傳輸。

因此，CPO 真正改變的是：

光電轉換的位置。

不是改變「光纖本身」。

AI 資料中心為什麼開始需要 CPO？

AI Data Center 與傳統 Enterprise Data Center 最大差異之一，在於 AI Cluster 需要非常大量的高速 East-West Traffic。

GPU 之間會持續交換：

• Tensor Data
• Model Parameters
• Gradients
• Collective Communication
• Distributed Training Data
• Inference Traffic

當 GPU 數量從數十顆擴大到數百、數千甚至更大規模，交換器的 Bandwidth 與 Port Density 也必須同步提升。

Ethernet Alliance 2026 Roadmap 指出，AI／ML 正持續推動 Ethernet 往 1.6T、3.2T 及更高頻寬發展，同時促使資料中心採用更多先進 Copper 與 Fiber Interconnect。

因此高速網路開始遇到另一個問題：

Switch ASIC 可以愈做愈快，但 ASIC 到 Optical Module 的 Electrical Channel 還能不能跟得上？

這就是 CPO 開始具有價值的地方。

問題一：高速 Electrical Channel Loss

高速 Electrical Signal 經過 PCB、Connector 與其他通道時，會產生不同程度的：

• Insertion Loss
• Return Loss
• Crosstalk
• Jitter
• Impedance Discontinuity

資料率愈高，這些問題通常愈難控制。

如果 ASIC 到 Front Panel 的距離較長，就需要更加嚴格的：

• PCB Material
• Routing
• Connector Design
• Equalization
• Signal Conditioning
• FEC
• Channel Budget

CPO 的基本思路，就是：

如果超高速Electrical Signal很難傳很遠，那就縮短它需要傳輸的距離。

這也是將 Optical Engine 移近 ASIC 的核心原因。

問題二：Power per Bit

高速資料中心不只關心：

總功耗是多少？

還開始重視：

傳輸每一 Bit 資料需要多少功率？

AI Data Center 可能具有大量 400G、800G、1.6T Port。

如果每個 Port 的高速 Electrical／Optical Interconnect 都需要大量功率，整座 AI Data Center 的：

• Power Delivery
• Cooling
• Rack Density
• Operating Cost

都會受到影響。

NVIDIA 表示，其 Spectrum-X Ethernet Photonics 透過將 Silicon Photonics 與 Switch ASIC 共封裝，目標之一就是降低 AI Network 的功耗與提高可靠度；NVIDIA公布的特定平台比較顯示其 CPO 架構具明顯 Power Efficiency 優勢，但這類數據屬特定平台結果，不能直接套用到所有 CPO 系統。

問題三：Bandwidth Density

AI Network 另一個重要問題是：

一台 Switch 可以塞進多少頻寬？

例如：

400G Port 增加到 800G，

再往：

1.6T

發展後，Switch Front Panel、Connector、PCB Routing 與 Thermal Design 都會承受更大的壓力。

Broadcom Tomahawk 6 Davisson 已達到 102.4 Tb/s CPO Ethernet Switching Capacity，並採用 200 Gb/s per Channel 技術，反映下一代 AI Switch 正持續提高單一設備的 Bandwidth Density。

因此 CPO 的價值不只是：

某一個 Port 更快

而是：

讓整台 Switch 在有限空間內承載更大的總頻寬。

為什麼 200G/Lane 對 CPO 很重要？

高速 Ethernet 正逐漸往：

200G/Lane

甚至更高速率演進。

例如概念上：

4 × 200G = 800G

8 × 200G = 1.6T

Lane Rate 提高後，Electrical Channel Design 也會更加困難。

因此當 SerDes 從 100G/Lane 往 200G/Lane 發展，縮短 ASIC 與 Optics 之間 Electrical Reach 的價值也會提高。

Broadcom Tomahawk 6 Davisson 即採 200 Gb/s per Channel；NVIDIA Spectrum-X Ethernet Photonics 同樣採用 200G SerDes 架構。

CPO 裡面有哪些主要元件？

CPO 並不是只有「ASIC＋光纖」。

實際系統通常可能涉及：

元件	主要功能
Switch ASIC	執行高速 Packet Switching
SerDes	高速 Electrical I/O
Optical Engine	Electrical／Optical Signal Conversion
Silicon Photonics	實現高速光學功能
Laser Source	提供光源
Fiber Interface	將 Optical Signal 導入 Fiber
Electrical Interface	連接 ASIC 與 Optical Engine
Thermal Solution	管理 ASIC 與 Optics 產生的熱

不同 Vendor 的 CPO Architecture 並不完全相同。

因此：

CPO 是一種架構類型，不是一種固定產品外型。

Silicon Photonics 和 CPO 是一樣的東西嗎？

不是。

**Silicon Photonics（矽光子）**是一種利用矽基製程實現 Optical Function 的技術。

CPO則是一種把 Optical Engine 放到靠近 ASIC 的 System／Packaging Architecture。

兩者常常一起出現，是因為 Silicon Photonics 非常適合用來實現高密度 Optical Engine。

可以簡單理解：

Silicon Photonics = 光學技術平台

CPO = 光電整合架構

所以：

CPO 可以使用 Silicon Photonics，但 CPO 和 Silicon Photonics 並不是同義詞。

NVIDIA目前的 Spectrum-X Ethernet Photonics 即是將 Silicon Photonic Engine 與 Switch ASIC 進行 Co-Packaged Integration。

CPO 還需要 Optical Fiber 嗎？

需要。

這也是最常見的誤解之一。

CPO 不是用來取代 Fiber。

它改變的是：

Electrical Signal 在哪裡變成 Optical Signal。

CPO完成光電轉換之後，資料仍需要透過 Optical Fiber 傳往：

• 其他 Switch
• 其他 Rack
• GPU Cluster
• Data Hall
• 其他 Network Equipment

因此：

CPO + Optical Fiber

本身就是非常典型的組合。

CPO 的 Laser 放在哪裡？

不一定固定在同一位置。

部分 CPO 架構會採用：

External Laser Source（ELS）

也就是把 Laser 放在主要 CPO Package 之外，再透過光學連接將 Laser Light 提供給 Optical Engine。

這樣設計有幾個可能優點，例如：

• Laser可以單獨維護
• 避免Laser直接處於ASIC高溫區
• 提高部分Serviceability
• 方便Laser Redundancy設計

OIF 已建立 External Laser Small Form Factor Pluggable（ELSFP）相關 Implementation Agreement，顯示 External Laser 已成為 CPO 生態系中的正式技術方向之一。

為什麼 Thermal 是 CPO 的重要問題？

CPO 把：

High-Power Switch ASIC

與：

Optical Engine

放得更靠近。

這雖然可以縮短 Electrical Channel，卻也代表 Optical Components 必須更接近高功耗 ASIC。

因此 Thermal Design 會變得更加重要。

需要同時考慮：

• ASIC Temperature
• Optical Engine Temperature
• Laser Temperature
• Cooling Architecture
• Thermal Coupling
• Reliability

NVIDIA Quantum-X Photonics 已採用液冷架構來冷卻整合 Silicon Photonics 的平台，也反映高頻寬 CPO 系統的 Thermal Management 已是重要 System-Level Design 問題。

CPO 最大的工程挑戰是什麼？

CPO並不是只有優點。

當 Optical Engine 與 ASIC 更深度整合後，也會出現新的設計問題。

包括：

1. Serviceability

傳統 Optical Module 可以直接拔除更換。

CPO則必須重新思考 Optical Engine、Laser 與 Fiber 發生故障時的維修方式。

2. Manufacturing Yield

ASIC、Optical Engine、Package 與 Fiber Integration 都會影響整體製造良率。

3. Thermal Management

高功耗 ASIC 與 Temperature-Sensitive Optical Component 更靠近。

4. Fiber Management

大量 Fiber 如何從 CPO Package 連接到 Front Panel 或其他設備，是重要機構設計問題。

5. Testing

CPO 不只是 Electrical Test，也需要 Optical、Thermal、Package 與 System-Level Verification。

6. Supply Chain

ASIC、Silicon Photonics、Laser、Fiber、Connector、Package 與 Cooling 可能來自不同供應鏈。

OIF 的 Co-Packaging Framework 即將 Thermal、Reliability、Rework、Socket、Fiber Connection 與 External Laser 等因素納入 CPO 架構考量。

CPO 會取代可插拔光模組嗎？

目前不應直接這樣判斷。

CPO 的主要優勢是：

• Short Electrical Reach
• High Bandwidth Density
• Lower Power-per-Bit Potential
• High-Speed ASIC-to-Optics Integration

而 Pluggable Optics 的主要優勢是：

• Modularity
• Serviceability
• Flexible Reach
• Mature Ecosystem
• Multi-Vendor Deployment

因此未來 AI Data Center 更可能形成：

Pluggable Optics
＋ LPO
＋ NPO
＋ CPO

多種架構共同存在。

CPO 會在哪些地方率先成長，主要取決於：

Bandwidth Density 與 Power 問題是否已經嚴重到值得改變傳統 Optical Architecture。

哪些 AI Data Center 應用最需要關注 CPO？

CPO 特別適合關注以下情境：

• AI Factory
• Hyperscale Data Center
• Large GPU Cluster
• 800G／1.6T Network
• Ultra-High-Bandwidth Switch
• High-Radix Network
• High Port Density
• Scale-Out Fabric
• Power-Constrained Network

如果 Data Center 仍以較低 Speed、較低 Port Density 為主，而且維護彈性非常重要，那麼傳統 Pluggable Optics 仍可能是更合理的架構。

所以：

不是所有Data Center都需要CPO。

CPO真正針對的是：

下一代超高Bandwidth與超高Density AI Networking。

CPO 對 Cable、Connector 與 Fiber 有什麼影響？

CPO將Optics移近ASIC，並不代表Cable與Connector消失。

反而會改變它們的角色。

Electrical Interconnect

ASIC與Optical Engine之間仍需要非常高速的Electrical Interface。

Optical Fiber

完成光電轉換後，Fiber成為主要長距離傳輸媒介。

Fiber Connector

大量Optical Lane需要：

• 高密度Fiber Connection
• 良好Insertion Loss
• 可靠Mechanical Alignment
• 可維護Fiber Management

Cable Management

AI Switch頻寬密度提高後，大量Fiber Routing會成為新的機構與維運問題。

因此 CPO 發展並不是：

「未來不需要Connector與Cable。」

而是：

互連產業會從較長距離的高速Electrical Channel，逐漸增加更多High-Density Optical Interconnect需求。

CPO 的技術演進方向

目前CPO發展可以觀察幾個重要方向：

更高 Lane Rate

100G/Lane → 200G/Lane → 更高速率

更高 Switch Bandwidth

51.2T → 102.4T → 更高容量

更低 Power per Bit

減少高速Electrical Transmission與Signal Processing功耗。

Silicon Photonics Integration

提高Optical Engine整合密度。

External Laser

改善部分Thermal與Serviceability設計。

更高密度Fiber I/O

支援大量Optical Lane。

更完整Industry Standard

持續建立Electrical、Optical、Laser、Management與Mechanical Interface。

Broadcom 已推出第三代 CPO 技術並將 200G/Lane 導入 Tomahawk 6 Davisson；NVIDIA亦持續將 Co-Packaged Silicon Photonics 擴展到 AI Factory Networking，顯示 CPO 已成為下一代高速網路的重要技術路線之一。

AI 資料中心為什麼需要 CPO？核心答案

如果把整篇濃縮成一句話：

因為AI Data Center的Network Bandwidth成長速度，正在讓傳統ASIC到Front Panel之間的高速Electrical Channel面臨更大的Loss、Power與Bandwidth Density壓力，而CPO透過把Optics移近ASIC來縮短這段Electrical Path。

所以 CPO 解決的並不是：

「光纖不夠快」

而是：

「高速電訊號在到達光纖之前，愈來愈難傳。」

這是理解 CPO 最重要的核心。

未來從：

800G
→ 1.6T
→ 更高速 Ethernet

持續發展後，Switch ASIC、SerDes、Optical Engine、Silicon Photonics、Fiber、Connector、Thermal 與 Packaging 將更緊密地成為同一個 System-Level Design 問題。

CPO 正是這個高速互連架構演進中的重要技術之一。

常見問題

CPO 是什麼？

CPO 是 Co-Packaged Optics，共封裝光學。其核心概念是將 Optical Engine 放置在更靠近 Switch ASIC 的位置，縮短高速 Electrical Channel，並更早將電訊號轉換成光訊號。

CPO 為什麼適合 AI Data Center？

大型 AI Cluster 需要非常高的 Network Bandwidth 與 Port Density。當 800G、1.6T 與 200G/Lane 持續發展後，傳統較長的高速 Electrical Channel 面臨更大的 Loss、Power 與 Thermal 壓力，因此 CPO 開始具有系統級價值。

CPO 和 Silicon Photonics 一樣嗎？

不一樣。Silicon Photonics 是矽基光子技術；CPO 是將 Optical Engine 靠近 ASIC 的共封裝架構。Silicon Photonics 可以作為 CPO Optical Engine 的重要技術平台。

CPO 還需要光纖嗎？

需要。CPO 只是改變 Electrical-to-Optical Conversion 發生的位置，完成光電轉換後仍需要 Optical Fiber 傳輸資料。

CPO 會完全取代光模組嗎？

目前不宜如此判斷。CPO適合極高Bandwidth Density與Power-sensitive AI Network；可插拔光模組則仍具有成熟生態、模組化與維護便利等優勢，未來更可能是多種Optical Architecture共存。

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