探索包装技术

快速阅读: 《硅半导体》消息，英伟达在GTC 2025推出基于CPO技术的“光谱-X”和“量子-X”平台，由台积电及合作伙伴开发。IDTechEx报告显示，CPO市场预计2035年超12亿美元，复合年增28.9%。该报告分析了CPO的技术、市场及未来预测，强调先进封装是关键。

2025年4月14日星期一

在GTC 2025大会上，英伟达宣布推出了两款基于共封装光学（CPO）技术的新网络交换平台——“光谱-X”和“量子-X”。IDTechEx的首席技术分析师张宇涵进一步讲述了这一故事。

**光谱-X**面向以太网架构，计划于2026年发布，提供从800 Gb/s到200 Gb/s的不同配置，端口数量从128到2,048不等，总带宽可达400 Tb/s。而**量子-X**则支持InfiniBand，预计于2025年底推出，采用200 Gb/s SerDes技术，在800 Gb/s速率下最多可提供144个端口。这两款平台均由台积电及其供应链中的光学、光纤和模块合作伙伴共同开发，其中包括相干公司、Lumentum、康宁、富士康和ASE。这两个平台均采用了台积电的3D混合键合技术，用于其CPO，并且将是全球首个3D堆叠硅光子引擎。这些技术进步旨在解决AI中心数据中心的带宽扩展和能效问题。

### 为什么先进的半导体封装是CPO的关键推动因素

传统可插拔光学模块由于较长的电气走线，在信号损耗和延迟方面存在局限性。相较之下，CPO将光学模块更靠近交换硅放置。CPO的成功依赖于先进的半导体封装技术，这些技术能够实现光电和电子IC的高度集成，并确保光学模块与交换ASIC或XPUs无缝集成。多种封装方法被用于实现这一点，包括2.5D中介层、硅穿孔（TSV）、扇出晶圆级封装（FOWLP），以及越来越多地采用混合键合的3D集成。

其中一项领先创新是Cu-Cu无凸点混合键合，它允许芯片间互连具有个位数微米的节距，而传统的微凸点则在40到50微米的节距下工作。这不仅减少了寄生效应和热阻，还提升了带宽密度和I/O扩展能力。TSVs通过增强电源传输并实现堆叠芯片间的垂直通信提供了额外的优势。然而，这些方法增加了制造复杂性，需要精确对准、先进材料和热管理解决方案。

### 台积电的3D混合键合技术和其在共封装光学中的作用

台积电的系统集成芯片（SoIC）技术构成了英伟达的“光谱-X”和“量子-X”所使用的CPO 3D集成的基础。SoIC-X变体——台积电先进的无凸点混合键合工艺——使逻辑裸片或具有小于10微米节距的异构组件的垂直堆叠成为可能，显著减少了互连长度、电阻和延迟。

在此技术基础上，台积电的COUPE™（紧凑型通用光子引擎）平台将EIC直接堆叠在PIC之上，最小化了它们之间的电气路径。这种配置提高了能源效率并降低了延迟——这是高速AI网络中光互连的两个关键要求。COUPE™还可以集成硅穿孔（TSVs）以在各层之间路由功率和信号。TSVs有助于减少IR下降和电感，支持高效的功率传输和密集的垂直通信。然而，将活动EIC堆叠在热敏PIC上带来了冷却挑战。需要采用先进的热管理方案，例如液体冷却、热通孔和散热器来解决此问题。

在英伟达的实施中，“光谱-X”和“量子-X”平台都采用了COUPE™，结合了65 nm EIC和使用台积电SoIC-X技术的PIC。台积电预计将在2025年前完成COUPE的支持小外形连接器的验证，并计划在2026年将其完全整合到CoWoS封装中。

展望未来，该平台的未来版本旨在通过将光学元件直接集成到交换机或处理器包中来支持6.4 Tb/s甚至最终达到12.8 Tb/s的带宽——这是一个必要的演变，以满足AI工作负载不断增长的数据需求，而传统的可插拔光学元件在功率和密度方面已经达到了极限。

### 共封装光学（CPO）市场轨迹——一个12亿美元市场的前景

共封装光学（CPO）的采用仍处于早期阶段。像英伟达和台积电这样的公司正在推动其发展，得到了不断发展的封装和光子供应商生态系统的支持。这种光电组件的集成预计将在未来的数据中心架构中发挥越来越重要的作用。

根据IDTechEx的数据，CPO市场预计到2035年将超过12亿美元，从2025年到2035年的复合年增长率将达到28.9%。CPO网络交换机有望主导收入生成，每个交换机可能包含多达16个CPO PIC。AI系统的光互连预计将占市场的约20%，每个AI加速器通常使用一个光互连PIC以满足先进计算应用中对高速数据处理和通信的需求。

### 未来十年的预测

### 报告深度解读

IDTechEx发布的独立报告《共封装光学（CPO）2025-2035：技术、市场与预测》深入剖析了共封装光学技术的最新进展。该报告深入研究了关键技术革新和封装趋势，全面分析了整个价值链。它详细评估了主要行业参与者的活动，并给出了详细的市场预测，展示了CPO的采用如何重塑未来数据中心架构的格局。

该报告的重点在于认识到先进的半导体封装是共封装光学技术的核心。IDTechEx非常重视理解各种半导体封装技术在其CPO领域内可能扮演的角色。

该报告涵盖了多个关键方面：

– **市场动态**：分析英伟达、博通、思科、Ranovus和英特尔等主要参与者及其对CPO格局的影响。
– **CPO设计创新**：探讨先进的CPO设计及其对提升数据中心效率和构建未来架构的作用。
– **半导体封装突破**：洞察半导体封装的最新进展，包括2.5D和3D技术及其在推动CPO创新中的作用。
– **光引擎**：分析CPO性能和效率优势背后的驱动因素。
– **AI互连的CPO**：探索光I/O如何解决AI应用中铜连接的局限性，提高效率、降低延迟和提高数据速率。
– **交换机的CPO**：评估通过CPO集成在高性能网络交换机中可能实现的25%效率提升。
– **挑战与解决方案**：对CPO应用障碍进行批判性分析并提出应对策略。
– **未来分析**：预测下一代CPO及其对行业的潜在影响。

该报告基于广泛的调研和对行业专家的访谈。它为任何希望深入了解CPO在推动数据中心和AI技术未来发展中的作用的人提供了宝贵的见解。

(以上内容均由Ai生成)