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？？？？
？？，，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？？？？
？？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？？？？
？？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？？？？
？？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？？？？
？？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？？？？
？？。。。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？？？？
？？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？？？？
？？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？？？？
？？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？？？？
？？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？？？？
？？，，那我就把焦点的"光引擎"做好了卖给你。。。从"卖？？？？
？？"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。。。