光电转换点该建在离芯片多近的地方
博通今年 3 月发新闻稿说，102.4T 的交换芯片 Tomahawk 6 已经在量产出货了。这颗芯片有个版本叫 Davisson，把光引擎直接封在交换芯片旁边，行话叫 CPO，co-packaged optics。英伟达那边也一样，Quantum-X Photonics 年初开始出货，Spectrum-X Photonics 8 月宣布全面量产，都是 CPO。大家好像都在说 CPO 是下一代，但 CPO 到底在解决什么问题，和现在插在交换机面板上的那只光模块比，它到底省在哪啊？
上一篇讲到光进铜退的边界五十年一路推到机柜之间，这一篇讲机柜之内、芯片封装之内这一段。
贵的其实是最后那二三十厘米
光纤那一段便宜到近乎免费。一根玻璃丝跑几十公里，跑多远成本都差不多，这个第二篇已经讲过了。所以 CPO、NPO 这些先进封装方案折腾的，都是芯片到光引擎之间那最后二三十厘米的电通道。
为什么这一小段这么贵呢？第二篇算过，224G 全链路插入损耗到 40 dB 量级，接收端把信号找回来要花电，花了电还要散热。节目里那笔电费账第二篇也提过，散热吃掉的接近一半，你多烧 1 瓦，实际付的不止 1 瓦。所以这二三十厘米的电通道成了整条链路里成本最高的一段，光纤反倒是最便宜的。
光模块里最贵最耗电的那颗芯片
第一篇拆过一只 800G 模块，信号链中间那颗 DSP 我当时一笔带过了，这里得展开讲，因为封装之战吵的核心就是它。光模块里这颗 DSP 行话叫 ODSP，optical DSP，Kevin 说它相当于光模块的大脑。它干的事情大概是这样的：一边做 SerDes 的收发和均衡，把从 PCB 上颠簸过来的电信号洗干净；另一边补偿光通道的损伤，带宽受限、色散、非线性这些都要它处理；同时还要跑 FEC 纠错。反正凡是信号变形了要恢复的活，都归它。
它也是功耗大户。一只光模块大约一半的功耗在它身上。Kevin 在节目里拆过这笔账：800G 模块的功耗要求是控制在 16 瓦以下，那 DSP 自己就得做到 8 瓦以下，而 DSP 有 8 条 lane，摊到每条 lane 上预算只有 1 瓦不到。到 1.6T，整只模块逼近 25 瓦，而数据中心现在是一瓦都挤不出来。
光模块里那颗 DSP 是大脑也是功耗大户，一只模块大约一半的电耗在它身上：800G 约 16 瓦，1.6T 逼近 25 瓦
这颗芯片难做在哪？Kevin 给了三条。第一条是极限的模拟性能。每通道 224G，奈奎斯特频率在 56 GHz 附近，需要高速高精度的 ADC，模拟前端带宽要 55 到 60 GHz 以上这个量级，采样时钟的抖动要压到几十到一百飞秒这个量级，而且这套模拟混合信号设计要在 5 纳米、3 纳米的先进工艺上做。全世界能做这个的团队没几个。第二条是算法和功耗的平衡。均衡做得越强，信号恢复得越好，功耗就爆炸，刚才说的每条 lane 1 瓦的预算就是这么被卡住的。第三条是门槛，先进制程流一次片是几千万美元的量级，还要有 SerDes IP 多年的积累、光电协同仿真、量产测试能力。
所以这个市场很集中。做 ODSP 的基本就是 Marvell 和博通两家，Marvell 明显领先，博通在追，Credo 也占一块。博通自己是怎么来的呢？Kevin 提了一嘴，收购了好多好多公司，做了二十多年才有今天的位置。这条护城河是二十多年并购堆出来的，这个到第五篇讲国产追赶的时候再展开。
把它想成一个快递网络
现在回到那道题，光电转换点该放在哪。Kevin 在节目里用了一个快递网络的比方，把所有封装方案串起来了，讲得挺清楚的，这里借用一下。
光纤是干线铁路，运费几乎不随距离涨。交换芯片或者 GPU 是一栋超级写字楼，收发件的量每两年翻一倍。PCB 是街道，坑坑洼洼还有电磁干扰，包裹每大一号，也就是速率每翻一倍，同一条街的运费就翻一倍。光电转换点就是快递站。
这么一设定，所有封装方案其实都是同一道选址题：快递站建在离写字楼多近的地方。离得远，街上这段运费就高，但快递柜是标准件，坏了抽出来换一个。离得近省了运费，可站点跟楼焊死了，坏了就麻烦。
五种选址
第一种，可插拔光模块，就是现在最常见的那种，插在交换机面板的插槽上。相当于写字楼外面的标准快递柜，格子尺寸全国统一，哪家的柜子都能插，坏了抽出来换一个就好。代价是电信号要从交换芯片一路走到面板，芯片上得用驱动能力最强、功耗也最高的那种长距 SerDes，每比特大概四五到六皮焦。而且信号到了模块还要整个重建一遍，这一步就是模块里那颗 ODSP 在把信号洗回来。
第二种，LPO，linear pluggable optics，线性直驱。模块还是插在面板上，改的是模块里面：把 ODSP 去掉，换成一个线性驱动器，信号在发送端一次调好，中间不再重建。这样模块功耗能降四到五成，DSP 方案 16、17 瓦的模块做成 LPO 大概 7.5 到 9 瓦，时延也下来了。听起来很美吧？但它对 PCB 链路和交换芯片那头的 SerDes 要求就变得很苛刻。信号坏了，说不清是板子上损的还是光路上损的，谁家的网卡配谁家的模块、坏了算谁的，都说不清楚，换不同家的东西凑一起，网卡那边和模块那边就互相甩锅。还有一层是系统级的代价，Kevin 打了个一级火箭的比方：省掉一级火箭，剩下那一级就得灌更多燃料。模块里不做恢复，交换芯片就得自己扛全程，一颗交换芯片假设有 512 路 SerDes，原来可以用驱动能力弱一点、功耗低一点的设计，换 LPO 之后 512 路全部要换成驱动能力更高、功耗更高的，牵一发动全身，整机功耗、散热甚至成本都被推上去。所以它只适合链路短、通道质量好的场景，而且到 2026 年为止，LPO 在 800G 这一代其实没铺开多少，行业反而更看好一个折中的做法，只去掉一部分 DSP 功能，叫 LRO，功耗在 8.5 到 12 瓦之间。
第三种，NPO，near-packaged optics，近封装。光引擎和主芯片放到同一块板上，真实的电通道从几十厘米缩到几厘米，按快递的比方说，街道从几百米、一公里缩到几十米这个比例。交换芯片上用 XSR 级的短距 SerDes 就够了，每比特一两个皮焦，比长距的省好几倍。光引擎是半定制的，整体还能换。它算是可插拔和 CPO 中间的一档，过渡用的。
第四种，CPO，co-packaged optics，共封装。快递柜取消，站直接建进楼里，跟收件人同一层：光引擎和主芯片共用一块封装基板，电通道缩到毫米级。长距 SerDes 和 ODSP 基本都省掉了，能耗大幅下降。博通宣称上一代 Bailly 的 CPO 每 800G 每条 link 大约 5.5 瓦，对比可插拔的 14、15 瓦，到 Davisson 这一代他们报的是 3.5 瓦左右；英伟达宣称能效提升 3.5 倍左右。注意这两个数都是厂商自己报的，没有第三方实测。代价也硬，两条。一是光通路和芯片封在一起了。激光器会老化，光纤会出问题，可插拔坏了直接拔掉换一只新的，CPO 把光通路焊进封装里了，某一路光出了问题，只有设计它的人才知道怎么修，不可热插拔，所以维护这块是真的难受。二是热。光器件和几百瓦的主芯片封在一起（Kevin 说的数是 700 瓦），而激光器最怕热。
再往后还有第五种，OIO，optical I/O，光学 chiplet。光直接进封装、贴着计算裸片，连封装基板上那几毫米都省了。Kevin 讲到这里顺手说了一句，转换点离芯片越近越省电，但也越难修，封装之战就是在这两头之间找一个划算的位置。这里要分清两条线：CPO 是交换机那一侧的事，服务 scale-out 网络，博通的 Tomahawk、英伟达的 Quantum-X 都属于这一类；OIO 是 GPU 封装内和封装之间的事，服务 scale-up，Ayar Labs、Marvell 这些在做。台积电的 COUPE 硅光平台今年 4 月量产之后，硅光集成也不再是博通、英伟达两家的专利了。GPU 之间互连是下一场仗，这篇不展开。
可插拔、LPO、NPO、CPO、OIO 五种封装方案本质是同一道选址题：光电转换这个快递站，到底建在离交换芯片这栋写字楼多近的地方
谁在推 CPO
还有一件事，Kevin 在节目里特别强调了一下：CPO 是博通、英伟达和几家大云厂商从上往下推的，整机一起改，光模块厂商自己是推不动这个的。省电这个事，得整机一起算才算得出来，整机功耗、封装密度、TCO 都得算进去。维护和供应链的代价也是系统方兜。博通 2021 年出第一代 CPO 芯片组，2024 年第二代 Bailly，2025 年第三代，一路都是交换芯片厂在牵头，模块厂扮演的是光引擎供应商或者封装伙伴。
敏姐在节目里追问了一句，说能不能理解为原来的光模块是标准品，现在变成了要适应 GPU 里面设计的非标品、定制方案？Kevin 说是的。这个问法挺准的。以前模块厂商自己创新就行，用户插上就能用。现在光通路焊在封装里，用什么光器件、坏了怎么修，都得听做交换芯片和 GPU 的那几家的。传统模块厂只能重新找位置。往上走去当光引擎的共封装伙伴，光迅跟华为、英伟达合作做 3.2T CPO 就是这条路。也有守着可插拔和 LPO 的。华工科技是 NPO 和 CPO 两个平台一起做，两边都押。
CPO 什么时候成熟呢？Kevin 录节目的时候（今年 7 月）给的估计是，它的灵活性和可维护性大概率远差于可插拔，所以至少还要两三年才能看到初步的、比较重大的进展。出货是已经出货了，博通的 Davisson 去年 10 月就在发，但出货和大规模铺开是两回事。
三条路最后能活几条
那最后到底谁赢啊？石磊在节目里问了一个我也想问的问题：会不会路径依赖，哪个场景先出来、先放量，那条路就先成熟，其他路就出不来了？Kevin 的回答是，到最后是这个东西有多便宜、有多好用的问题。敏姐接了一句，还是经济学的问题。
具体一点，云厂商买单看两条：一是买来的模块本身多少钱，二是长期用下来整机好不好维护，能不能换、坏了能不能查出来。可插拔不会消失，灵活、可维护、多家能竞价，这些省下来的都是真金白银。CPO 赢的是超大规模那个量级下省的电费。两笔账换个场景算出来的结果就不一样，所以三条路大概会同时存在挺长时间。Kevin 的说法是，最后还是看谁的成本先降下来。CPO 先在超大规模、密度最高的那些场景里一点一点铺开，跨机柜这段还是可插拔光模块的地盘。机柜里面还是铜和 LPO，英伟达自己下一代 Rubin 的机柜，内部 scale-up 到现在都还是全铜背板，SemiAnalysis 专门辟过谣，说 Kyber 机架要上 CPO 的传言不对，不过更大的 NVL576 配置确实把 CPO 引进了跨机柜的 scale-up 网络，NVLink 的光学化是一点点渗进来的，不是没有；英伟达的 CPO 目前是用在交换机那一侧。
那中国厂商在这里面处在什么位置？模块环节全球前十占了七席，可 ODSP 和高端光芯片还在海外手里。这就是第五篇要讲的。
本文整理自播客《十分吸引》第 75 期「光与电的游戏：有线通讯史的百年之争」，嘉宾 Kevin（芯片系统工程师），主播石磊、敏姐、孙悦。产业链的这套讲法是 Kevin 的，我只做了主题重编和文字整理，理解有偏差的地方锅在我。节目和本文都不构成任何投资建议，提到的公司只是产业链上的例子。
