文｜半导体工业纵横
2021年 ，，，，台积电在Hot Chips上宣布了最新的3D封装手艺蹊径图 ，，，，内里涉及了一个硅光封装COUPE。。。。
这一年行业最热的话题是3nm、2nm ，，，，硅光封装只是小小一点。。。。但台积电看到的是另一个问题：当AI训练集群的GPU从几十块跳到万卡级别 ，，，，数据在芯片之间跑来跑去的价钱 ，，，，最先变得让人难以忽视。。。。
五年后 ，，，，故事翻转了。。。。台积电宣布硅光整合平台COUPE于2026年进入量产。。。。英伟达、博通的订单已经砸下去了 ，，，，三星在追赶。。。。今年 ，，，，台积电副配合营运长张晓强在手艺论坛上说了句话：一定要记着COUPE。。。。
01一个被忽视的瓶颈
已往几十年 ，，，，数据中心内部GPU和交流机的通讯靠的是可插拔光模？？？？？ ，，，，可以明确为一个可以拔插的盒子 ，，，，把电信号酿成光信号发出去 ，，，，对方再把光信号变回电信号。。。。这套架构的利益是：简朴、好用、出问题换掉就好。。。。
可是AI的疯狂 ，，，，再次刷新了需求。。。。当单次训练使命的GPU数目从几十跳到数万 ，，，，当传输速率从400G涨到800G、1.6T ，，，，信号在电→光→电之间往返折腾的价钱最先失控。。。。古板DSP可插拔方案处理1.6T信号 ，，，，功耗在30瓦量级。。。。在先进制程竞赛中 ，，，，这个功耗数字听起来不算什么 ，，，，但放在数万GPU同时跑的大模子训练里 ，，，，光是光模？？？？？榈哪芎木湍艹缘舻恼ǚ务器的电力配额。。。。更要害的是 ，，，，FEC纠错需要特另外处理时间 ，，，，在大模子漫衍式训练的场景下 ，，，，这些琐屑加起来 ，，，，足以让相当一部分GPU在等数据。。。。
铜能救场吗？？？？？？短距离可以 ，，，，可是一旦跨机架、跨节点 ，，，，信号衰减和延迟就扛不住了。。。。业界需要新的方案。。。。
可插拔光学器件、OBO、NPO 和 CPO
可插拔和CPO 的功耗
业内选择了光互连 ，，，，用光取代电来传数据 ，，，，功耗更低、延迟更短、带宽密度更高。。。。但问题在于 ，，，，怎么把光学器件和电学芯片高效地集成在一起？？？？？？古板做法是分立设计、光模？？？？？榈ザ婪庾 ，，，，但这种方式在AI场景下显得太松散 ，，，，信号路径太长 ，，，，消耗太大。。。。
CPO ，，，，共封装光学 ，，，，就是来解决这个问题的：把光学引擎直接塞进芯片封装里 ，，，，让光信号在最靠近处理器的地方爆发。。。。
想法不重大。。。。实现起来 ，，，，是另一回事。。。。
02COUPE是什么？？？？？？
硅光子不是什么新鲜事。。。。2000年月初就有人在研究了。。。。优势明确：跟CMOS工艺兼容 ，，，，本钱可控 ，，，，可大规模集成。。。。但难题同样明确：光学器件和电学芯片怎么高密度地捏在一起？？？？？？光学耦合怎么搞？？？？？？封装精度怎么包管？？？？？？测试怎么搞？？？？？？这些问题不解决 ，，，，硅光子就无法大规模量产。。。。
台积电给出的思绪是：既然硅光子自己搞未必 ，，，，那就让它跟台积电最强的封装能力绑在一起。。。。CoWoS、SoIC ，，，，这两把刀在AI圈已经是响当当的了。。。。
2023年 ，，，，台积电在IEEE ECTC上推出COUPE 2.0 ，，，，焦点升级是引入混淆键合（Hybrid Bonding）手艺。。。。芯片之间不再靠微凸块（bump）毗连 ，，，，而是在室温下让氧化物分子直接"吸"在一起 ，，，，再升温退火让铜键合。。。。这个工艺大幅缩短了电子芯片和光子芯片的间距 ，，，，把信号传输的消耗压到最低。。。。
进入2024年 ，，，，COUPE进入麋集验证阶段。。。。IEDM大会上 ，，，，台积电宣布了更多细节：单模硅波导消耗0.67dB/cm ，，，，氮化硅波导低至0.21dB/cm ，，，，Ge探测器响应率靠近1A/W ，，，，200Gbps微环调制器的误码率不到一亿分之一。。。。也就是说 ，，，，COUPE不但醒目活 ，，，，并且干的好。。。。
不过 ，，，，能把重大的事情变得简朴 ，，，，才有资格收溢价。。。。真正让COUPE从手艺酿成生意的是台积电的改变。。。。
这里要插一段行业配景：在硅光子这件事上 ，，，，GlobalFoundries着实是更早的玩家 ，，，，2017年就最先给客户代工硅光芯片 ，，，，积累了大宗履历。。。。按理说 ，，，，它应该占有先机。。。。但GlobalFoundries的模式是典范的foundry头脑：我只管造芯片 ，，，，后面的封装集成你自己搞定。。。。这套逻辑对有完整光电设计能力的头部客户没问题 ，，，，但具备这种能力的公司 ，，，，全球数不出十家。。。。
台积电的打法差别 ，，，，它不但造芯片 ，，，，还包圆了整个封装流程。。。。从硅光子晶圆制造 ，，，，到电子芯片和光子芯片的键合 ，，，，再到光学封装 ，，，，所有在台积电的产线里完成。。。。？？？？？突е恍枰研枨筇崃 ，，，，剩下的一站式搞定。。。。
这个差别最终决议了客户的流向。。。。2025年 ，，，，英伟达和博通最先把部分产品从GlobalFoundries迁徙到台积电COUPE平台。。。。更要害的是 ，，，，当英伟达决议用6nm先进逻辑节点做电子控制芯片时 ，，，，只有台积电能同时搞定先进制程和混淆键合封装 ，，，，其他家要么工艺领先但封装跟不上 ，，，，要么封装可以但先进节点没有。。。。
绕了一圈 ，，，，CoWoS成了入场券 ，，，，而台积电独发。。。。
03COUPE量产 ，，，，工业链变局
COUPE量产的影响 ，，，，远不止台积电自己。。。。现在 ，，，，供应链价值正在从古板光模？？？？？槌滔虬氲继逵胂冉庾盎方谧。。。。
激光器将从配套零件酿成焦点资产。。。。古板可插拔光模？？？？？橛玫氖荅ML激光器 ，，，，调制器是集成在内里的。。。。但CPO需要外部一连波激光器 ，，，，一个一连发光、功率高达数百毫瓦的激光光源 ，，，，通太过束器同时给多个光子通道供光。。。。手艺门槛完全不在一个量级。。。。同时 ，，，，这类激光器的焦点质料是磷化铟（InP） ，，，，全球供应偏偏偏紧。。。。需求在涨（光通讯市场扩张、CPO新增需求、出口限制） ，，，，产能却跟不上。。。。
效果是 ，，，，激光器厂商从幕后走到了聚光灯下。。。。Coherent以为 ，，，，InP（磷化铟）的供需失衡至少将一连整个2026和2027年。。。。Coherent正全力推进6英寸InP晶圆的量产爬坡。。。。Lumentum预计到2026财年底 ，，，，EML产能将较2025年增添超50% ，，，，因此公司已推进约40%的磷化铟(InP)扩产妄想。。。。2026年3月 ，，，，英伟达直接砸了40亿美元（各20亿）投资Lumentum和Coherent ，，，，锁定多年采购允许。。。。
测试装备厂商也是赢家。。。。CPO的制造重漂后远超古板光模？？？？？。。。。从光子晶圆测试、芯片键合、光引擎装配到整机测试 ，，，，每个环节都需要微米级精度的专用装备。。。。联讯仪器、Chroma、ficonTEC在CPO量产链路上不可或缺。。。。Yole展望 ，，，，CPO市场将从2024年的4600万美元飙升至2030年的81亿美元 ，，，，这意味着 ，，，，测试装备的订单岑岭还在后面。。。。
FAU厂商也将受益。。。。光纤阵列单位（FAU）是把芯片爆发的光信号耦合进光纤的要害组件。。。。在CPO架构下 ，，，，FAU需要更高的耦合精度和更重大的封装集成。。。。在CPO场景下 ，，，，单个FAU的价值量将显著提升。。。。天孚通讯等海内FAU厂商依附细密加工能力 ，，，，正成为CPO工业链中不可或缺的一环。。。。
古板光模？？？？？槌袒崾艿揭欢ǖ墓セ。。。。中际旭创和新易盛是这场变局中最典范的案例。。。。这两家全球光模？？？？？榱 ，，，，2025年业绩都在高速增添（中际旭创净利润同比增添109% ，，，，新易盛同比增添235%）。。。。？？？？？刹灏问贝 ，，，，光模？？？？？槌淌欠桨傅募缮 ，，，，掌握着光电转换的焦点环节。。。。但到了CPO时代 ，，，，光引擎和XPU/交流机芯片被共封装在一起 ，，，，方案集成商的位置被半导体厂商（英伟达、博通）和OSAT接手 ，，，，古板光模？？？？？槌棠茏龅闹皇Ｏ鹿庖嬷圃旌屯獠抗庠醋榧。。。。
不过 ，，，，中际旭创早已官宣光引擎实现自研自产 ，，，，新易盛也在2026年3月亮相手握光引擎手艺。。。。它们的战略是：既然你不需要"外挂"的模？？？？？ ，，，，那我就把焦点的"光引擎"做好了卖给你。。。。从"卖模？？？？？"到"卖光引擎" ，，，，这是头部厂商的自动转型。。。。
04竞赛才刚起步
2026年 ，，，，Scale-out CPO（机架间互联）交流机最先量产出货 ，，，，这是目今的主战场。。。。但真正的挑战是2027年-2028年时 ，，，，Scale-up CPO（机架内GPU互联）方案。。。。Scale-up CPO意味着光互连要进到机架内部 ，，，，直接和GPU封装在一起。。。。这个场景敌手艺的要求更高 ，，，，对供应链的控制也更严。。。。
台积电并非这一赛道的唯一玩家。。。。
每当台积电宣布什么大行动时 ，，，，另一位韩国友商也会迅速跟进。。。。对 ，，，，说的是三星。。。。今年3月 ，，，，三星电子正式宣布进军光通讯市场。。。。三星电子蹊径图显示 ，，，，将于2027年实现基于TC（热压）键合的光引擎 ，，，，2028年实现混淆键合过渡 ，，，，2029年最先提供"交钥匙"CPO服务 ，，，，即一站式、全流程的CPO代工总包。。。。
现在 ，，，，Tower Semiconductor的硅光子收入还在一连增添。。。。从2024年约1.06亿美元增添到2025年约2.28亿美元 ，，，，并妄想将产能扩大5倍以上。。。。今年已经与最大硅光子客户签署总额13亿美元的2027年供货条约 ，，，，并已收到2.9亿美元预付款用于产能预留。。。。公司还披露 ，，，，客户已就2028年允许更大规模的晶圆订单 ，，，，相关追加预付款将于2027年1月前到位。。。。
同时业内也有许多后起之秀 ，，，，Ayar Labs、Lightmatter、Celestial AI ，，，，这波企业走的更激进 ，，，，直接把光子塞进XPU封装里 ，，，，瞄准2028年以后的下一代市场。。。。Marvell宣布用32.5亿美元收购Celestial AI ，，，，就是希望早早占位。。。。
台积电正在打造完整的"三层蛋糕"AI平台架构 ，，，，包括SoIC、CoWoS与COUPE光互连手艺。。。。
台积电体现 ，，，，全球首款接纳COUPE手艺的200Gbps 微环调制器（Micro Ring Modulator）已于今年最先生产 ，，，，并已实现低于一亿分之一的比特误码率。。。。
到2030年前 ，，，，台积电将通过400Gbps光调制器、多波长与多光纤阵列手艺 ，，，，把带宽密度提升8倍至4TBps。。。。相较古板铜线 ，，，，COUPE可让系统能效提升4 倍、延迟降低10倍；；；；若进一步与封装平台深度整合 ，，，，能效甚至可提升至10倍 ，，，，延迟降低20倍 ，，，，成为未来AI数据中心的主要基础手艺。。。。
COUPE的需求将越发兴旺。。。。
“某位患者十几年顽疾 ，，，，一次课程后就轻松了！”