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(xiàn)圖，里面涉及了一個(gè)硅光封裝COUPE。

這一年行業(yè)最熱的話(huà)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(kāi)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(huà)：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(kāi)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(tīng)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。

可插拔光學(xué)器件、OBO、NPO 和 CPO

可插拔和CPO 的功耗

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>

2023年，臺(tái)積電在IEEE ECTC上推出COUPE 2.0，核心升級(jí)是引入混合鍵合（Hybrid Bonding）技術(shù)。芯片之間不再靠微凸塊（bump）連接，而是在室溫下讓氧化物分子直接“吸”在一起，再升溫退火讓銅鍵合。這個(gè)工藝大幅縮短了電子芯片和光子芯片的間距，把信號(hào)傳輸?shù)膿p耗壓到最低。

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。

這里要插一段行業(yè)背景：在硅光子這件事上，GlobalFoundries其實(shí)是更早的玩家，2017年就開(kāi)始給客戶(hù)代工硅光芯片，積累了大量經(jīng)驗(yàn)。按理說(shuō)，它應(yīng)該占據(jù)先機(jī)。但GlobalFoundries的模式是典型的foundry思維：我只管造芯片，后面的封裝集成你自己搞定。這套邏輯對(duì)有完整光電設(shè)計(jì)能力的頭部客戶(hù)沒(méi)問(wèn)題，但具備這種能力的公司，全球數(shù)不出十家。

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(xiàn)里完成。客戶(hù)只需要把需求提了，剩下的一站式搞定。

這個(gè)差異最終決定了客戶(hù)的流向。2025年，英偉達(dá)和博通開(kāi)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(méi)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(chǎng)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(mén)檻完全不在一個(gè)量級(jí)。同時(shí)，這類(lèi)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(chǎng)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(chǎng)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(zhuān)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)商（英偉達(dá)、博通）和OSAT接手，傳統(tǒng)光模塊廠(chǎng)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(mài)給你。從“賣(mài)模塊”到“賣(mài)光引擎”，這是頭部廠(chǎng)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(kāi)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(xiàn)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(kāi)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(hù)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(hù)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(kāi)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(xiàn)，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。