文 | 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫
2021 年，臺(tái)積電在 Hot Chips 上發(fā)布了最新的 3D 封裝技術(shù)路線圖，里面涉及了一個(gè)硅光封裝 COUPE。
這一年行業(yè)最熱的話題是 3nm、2nm，硅光封裝只是小小一點(diǎn)。但臺(tái)積電看到的是另一個(gè)問(wèn)題：當(dāng) AI 訓(xùn)練集群的 GPU 從幾十塊跳到萬(wàn)卡級(jí)別，數(shù)據(jù)在芯片之間跑來(lái)跑去的代價(jià)，開始變得讓人難以忽視。
五年后，故事翻轉(zhuǎn)了。臺(tái)積電宣布硅光整合平臺(tái) COUPE 于 2026 年進(jìn)入量產(chǎn)。英偉達(dá)、博通的訂單已經(jīng)砸下去了，三星在追趕。今年，臺(tái)積電副共同營(yíng)運(yùn)長(zhǎng)張曉強(qiáng)在技術(shù)論壇上說(shuō)了句話：一定要記住 COUPE。
01 一個(gè)被忽視的瓶頸
過(guò)去幾十年，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部 GPU 和交換機(jī)的通信靠的是可插拔光模塊，可以理解為一個(gè)可以拔插的盒子，把電信號(hào)變成光信號(hào)發(fā)出去，對(duì)方再把光信號(hào)變回電信號(hào)。這套架構(gòu)的好處是：簡(jiǎn)單、好用、出問(wèn)題換掉就好。
但是 AI 的瘋狂，再次刷新了需求。當(dāng)單次訓(xùn)練任務(wù)的 GPU 數(shù)量從幾十跳到數(shù)萬(wàn)，當(dāng)傳輸速率從 400G 漲到 800G、1.6T，信號(hào)在電→光→電之間來(lái)回折騰的代價(jià)開始失控。傳統(tǒng) DSP 可插拔方案處理 1.6T 信號(hào)，功耗在 30 瓦量級(jí)。在先進(jìn)制程競(jìng)賽中，這個(gè)功耗數(shù)字聽起來(lái)不算什么，但放在數(shù)萬(wàn) GPU 同時(shí)跑的大模型訓(xùn)練里，光是光模塊的能耗就能吃掉的整臺(tái)服務(wù)器的電力配額。更關(guān)鍵的是，F(xiàn)EC 糾錯(cuò)需要額外的處理時(shí)間，在大模型分布式訓(xùn)練的場(chǎng)景下，這些零碎加起來(lái)，足以讓相當(dāng)一部分 GPU 在等數(shù)據(jù)。
銅能救場(chǎng)嗎？短距離可以，但是一旦跨機(jī)架、跨節(jié)點(diǎn)，信號(hào)衰減和延遲就扛不住了。業(yè)界需要新的方案。
業(yè)內(nèi)選擇了光互連，用光代替電來(lái)傳數(shù)據(jù)，功耗更低、延遲更短、帶寬密度更高。但問(wèn)題在于，怎么把光學(xué)器件和電學(xué)芯片高效地集成在一起？傳統(tǒng)做法是分立設(shè)計(jì)、光模塊單獨(dú)封裝，但這種方式在 AI 場(chǎng)景下顯得太松散，信號(hào)路徑太長(zhǎng)，損耗太大。
CPO，共封裝光學(xué)，就是來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題的：把光學(xué)引擎直接塞進(jìn)芯片封裝里，讓光信號(hào)在最靠近處理器的地方產(chǎn)生。
想法不復(fù)雜。實(shí)現(xiàn)起來(lái)，是另一回事。
02 COUPE 是什么？
硅光子不是什么新鮮事。2000 年代初就有人在研究了。優(yōu)勢(shì)明確：跟 CMOS 工藝兼容，成本可控，可大規(guī)模集成。但難題同樣明確：光學(xué)器件和電學(xué)芯片怎么高密度地捏在一起？光學(xué)耦合怎么搞？封裝精度怎么保證？測(cè)試怎么搞？這些問(wèn)題不解決，硅光子就無(wú)法大規(guī)模量產(chǎn)。
臺(tái)積電給出的思路是：既然硅光子自己搞不定，那就讓它跟臺(tái)積電最強(qiáng)的封裝能力綁在一起。CoWoS、SoIC，這兩把刀在 AI 圈已經(jīng)是響當(dāng)當(dāng)?shù)牧恕?/p>
進(jìn)入 2024 年，COUPE 進(jìn)入密集驗(yàn)證階段。IEDM 大會(huì)上，臺(tái)積電公布了更多細(xì)節(jié)：?jiǎn)文９璨▽?dǎo)損耗 0.67dB/cm，氮化硅波導(dǎo)低至 0.21dB/cm，Ge 探測(cè)器響應(yīng)率接近 1A/W，200Gbps 微環(huán)調(diào)制器的誤碼率不到一億分之一。也就是說(shuō)，COUPE 不但能干活，而且干的好。
不過(guò)，能把復(fù)雜的事情變得簡(jiǎn)單，才有資格收溢價(jià)。真正讓 COUPE 從技術(shù)變成生意的是臺(tái)積電的改變。
臺(tái)積電的打法不同，它不只造芯片，還包圓了整個(gè)封裝流程。從硅光子晶圓制造，到電子芯片和光子芯片的鍵合，再到光學(xué)封裝，全部在臺(tái)積電的產(chǎn)線里完成?？蛻糁恍枰研枨筇崃耍Ｏ碌囊徽臼礁愣?。
這個(gè)差異最終決定了客戶的流向。2025 年，英偉達(dá)和博通開始把部分產(chǎn)品從 GlobalFoundries 遷移到臺(tái)積電 COUPE 平臺(tái)。更關(guān)鍵的是，當(dāng)英偉達(dá)決定用 6nm 先進(jìn)邏輯節(jié)點(diǎn)做電子控制芯片時(shí)，只有臺(tái)積電能同時(shí)搞定先進(jìn)制程和混合鍵合封裝，其他家要么工藝領(lǐng)先但封裝跟不上，要么封裝可以但先進(jìn)節(jié)點(diǎn)沒有。
繞了一圈，CoWoS 成了入場(chǎng)券，而臺(tái)積電獨(dú)發(fā)。
03 COUPE 量產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)鏈變局
COUPE 量產(chǎn)的影響，遠(yuǎn)不止臺(tái)積電自己。目前，供應(yīng)鏈價(jià)值正在從傳統(tǒng)光模塊廠商向半導(dǎo)體與先進(jìn)封裝環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移。
激光器將從配套零件變成核心資產(chǎn)。傳統(tǒng)可插拔光模塊用的是 EML 激光器，調(diào)制器是集成在里面的。但 CPO 需要外部連續(xù)波激光器，一個(gè)持續(xù)發(fā)光、功率高達(dá)數(shù)百毫瓦的激光光源，通過(guò)分束器同時(shí)給多個(gè)光子通道供光。技術(shù)門檻完全不在一個(gè)量級(jí)。同時(shí)，這類激光器的核心材料是磷化銦（InP），全球供應(yīng)偏偏偏緊。需求在漲（光通信市場(chǎng)擴(kuò)張、CPO 新增需求、出口限制），產(chǎn)能卻跟不上。
結(jié)果是，激光器廠商從幕后走到了聚光燈下。Coherent 認(rèn)為，InP（磷化銦）的供需失衡至少將持續(xù)整個(gè) 2026 和 2027 年。Coherent 正全力推進(jìn) 6 英寸 InP 晶圓的量產(chǎn)爬坡。Lumentum 預(yù)計(jì)到 2026 財(cái)年底，EML 產(chǎn)能將較 2025 年增長(zhǎng)超 50%，因此公司已推進(jìn)約 40% 的磷化銦 ( InP ) 擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。2026 年 3 月，英偉達(dá)直接砸了 40 億美元（各 20 億）投資 Lumentum 和 Coherent，鎖定多年采購(gòu)承諾。
測(cè)試設(shè)備廠商也是贏家。CPO 的制造復(fù)雜度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)光模塊。從光子晶圓測(cè)試、芯片鍵合、光引擎裝配到整機(jī)測(cè)試，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要微米級(jí)精度的專用設(shè)備。聯(lián)訊儀器、Chroma、ficonTEC 在 CPO 量產(chǎn)鏈路上不可或缺。Yole 預(yù)測(cè)，CPO 市場(chǎng)將從 2024 年的 4600 萬(wàn)美元飆升至 2030 年的 81 億美元，這意味著，測(cè)試設(shè)備的訂單高峰還在后面。
FAU 廠商也將受益。光纖陣列單元（FAU）是把芯片產(chǎn)生的光信號(hào)耦合進(jìn)光纖的關(guān)鍵組件。在 CPO 架構(gòu)下，F(xiàn)AU 需要更高的耦合精度和更復(fù)雜的封裝集成。在 CPO 場(chǎng)景下，單個(gè) FAU 的價(jià)值量將顯著提升。天孚通信等國(guó)內(nèi) FAU 廠商憑借精密加工能力，正成為 CPO 產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的一環(huán)。
傳統(tǒng)光模塊廠商會(huì)受到一定的沖擊。中際旭創(chuàng)和新易盛是這場(chǎng)變局中最典型的案例。這兩家全球光模塊龍頭，2025 年業(yè)績(jī)都在高速增長(zhǎng)（中際旭創(chuàng)凈利潤(rùn)同比增長(zhǎng) 109%，新易盛同比增長(zhǎng) 235%）。可插拔時(shí)代，光模塊廠商是方案的集成商，掌握著光電轉(zhuǎn)換的核心環(huán)節(jié)。但到了 CPO 時(shí)代，光引擎和 XPU/ 交換機(jī)芯片被共封裝在一起，方案集成商的位置被半導(dǎo)體廠商（英偉達(dá)、博通）和 OSAT 接手，傳統(tǒng)光模塊廠商能做的只剩下光引擎制造和外部光源組件。
不過(guò)，中際旭創(chuàng)早已官宣光引擎實(shí)現(xiàn)自研自產(chǎn)，新易盛也在 2026 年 3 月表態(tài)手握光引擎技術(shù)。它們的策略是：既然你不需要 " 外掛 " 的模塊，那我就把核心的 " 光引擎 " 做好了賣給你。從 " 賣模塊 " 到 " 賣光引擎 "，這是頭部廠商的主動(dòng)轉(zhuǎn)型。
04 競(jìng)賽才剛起步
2026 年，Scale-out CPO（機(jī)架間互聯(lián)）交換機(jī)開始量產(chǎn)出貨，這是當(dāng)前的主戰(zhàn)場(chǎng)。但真正的挑戰(zhàn)是 2027 年 -2028 年時(shí)，Scale-up CPO（機(jī)架內(nèi) GPU 互聯(lián)）方案。Scale-up CPO 意味著光互連要進(jìn)到機(jī)架內(nèi)部，直接和 GPU 封裝在一起。這個(gè)場(chǎng)景對(duì)技術(shù)的要求更高，對(duì)供應(yīng)鏈的控制也更嚴(yán)。
臺(tái)積電并非這一賽道的唯一玩家。
每當(dāng)臺(tái)積電宣布什么大動(dòng)作時(shí)，另一位韓國(guó)友商也會(huì)迅速跟進(jìn)。對(duì)，說(shuō)的是三星。今年 3 月，三星電子正式宣布進(jìn)軍光通信市場(chǎng)。三星電子路線圖顯示，將于 2027 年實(shí)現(xiàn)基于 TC（熱壓）鍵合的光引擎，2028 年實(shí)現(xiàn)混合鍵合過(guò)渡，2029 年開始提供 " 交鑰匙 "CPO 服務(wù)，即一站式、全流程的 CPO 代工總包。
目前，Tower Semiconductor的硅光子收入還在持續(xù)增長(zhǎng)。從 2024 年約 1.06 億美元增長(zhǎng)到 2025 年約 2.28 億美元，并計(jì)劃將產(chǎn)能擴(kuò)大 5 倍以上。今年已經(jīng)與最大硅光子客戶簽署總額 13 億美元的 2027 年供貨合同，并已收到 2.9 億美元預(yù)付款用于產(chǎn)能預(yù)留。公司還披露，客戶已就 2028 年承諾更大規(guī)模的晶圓訂單，相關(guān)追加預(yù)付款將于 2027 年 1 月前到位。
同時(shí)業(yè)內(nèi)也有很多后起之秀，Ayar Labs、Lightmatter、Celestial AI，這波企業(yè)走的更激進(jìn)，直接把光子塞進(jìn) XPU 封裝里，瞄準(zhǔn) 2028 年以后的下一代市場(chǎng)。Marvell宣布用 32.5 億美元收購(gòu) Celestial AI，就是希望早早占位。
05 結(jié)語(yǔ)
臺(tái)積電正在打造完整的 " 三層蛋糕 "AI 平臺(tái)架構(gòu)，包括 SoIC、CoWoS 與 COUPE 光互連技術(shù)。
臺(tái)積電表示，全球首款采用 COUPE 技術(shù)的 200Gbps 微環(huán)調(diào)制器（Micro Ring Modulator）已于今年開始生產(chǎn)，并已實(shí)現(xiàn)低于一億分之一的比特誤碼率。
到 2030 年前，臺(tái)積電將通過(guò) 400Gbps 光調(diào)制器、多波長(zhǎng)與多光纖陣列技術(shù)，把帶寬密度提升 8 倍至 4TBps。相較傳統(tǒng)銅線，COUPE 可讓系統(tǒng)能效提升 4 倍、延遲降低 10 倍；若進(jìn)一步與封裝平臺(tái)深度整合，能效甚至可提升至 10 倍，延遲降低 20 倍，成為未來(lái) AI 數(shù)據(jù)中心的重要基礎(chǔ)技術(shù)。
COUPE 的需求將越發(fā)旺盛。
