这种增长会在交换机插座、主板和边缘连接器处引入严重的信号完整性问题，导致SerDes接口的功耗增加。在未来的以太网交换中，这些信号完整性问题可能导致I/O功耗超过交换机核心的功耗。此外，标准可插拔模块的集成密度受限于QSFP/OSFP封装尺寸，需要先进的散热管理解决方案，而这些方案目前尚未广泛应用。.
共封装光器件 (CPO) 为应对这些挑战提供了一种极具前景的解决方案。与传统的插件式光器件不同，CPO 将光模块直接集成到交换机的 ASIC 基板中，从而缩短了电气连接距离，有效解决了信号完整性问题。这种方法已在领先的数据中心中得到广泛应用。然而，如何优化 CPO 的封装策略仍然是业内持续讨论和研究的课题。IDTechEx 最新发布的报告《共封装光器件 (CPO) 2025-2035：技术、市场和预测》深入探讨了 CPO 技术的最新进展以及推动其应用的封装技术。.
先进半导体封装技术对共封装光学器件（CPO）的重要性
在数据中心集成硅光子集成电路 (CPO) 旨在提高 I/O 带宽并降低功耗。光子集成电路 (PIC) 与电子集成电路 (EIC) 和开关集成电路的集成方式会显著影响面积和边缘带宽密度以及封装寄生效应。这些因素直接影响 I/O 带宽和收发器的功率效率，因此集成不当会抵消硅光子技术的优势。.
对于复合光子器件（CPO）而言，光子和电子元件的集成可通过多种方法实现，每种方法都有其独特的优势和挑战。目前最先进的方法，仍处于研发阶段，是3D单片集成。该方法将光子元件集成到现有的电子工艺节点中，只需进行最小的改动，即可将有源光子器件和控制电子器件放置在同一芯片上。这降低了寄生噪声，并通过消除接口焊盘和凸起简化了封装。然而，单片集成通常使用较旧的CMOS工艺节点，导致光子性能欠佳且功耗较高。尽管存在这些局限性，但它仍能最大限度地减少阻抗失配并简化封装。.
相比之下，二维集成将PIC和EIC并排放置在印刷电路板上，并通过导线或倒装芯片连接。这种方法简单且成本低廉，但会引入显著的寄生电感，由于单边连接，会限制总I/O量。虽然二维集成易于封装，但对导线连接的依赖限制了收发器的带宽并增加了功耗，使其在高性能应用中效率较低。.
3D混合集成通过将EIC直接放置在PIC上，并采用多种先进的半导体封装技术（例如TSV（硅通孔）、高密度扇出、Cu-Cu混合结和有源光子插层），提供了一种更先进的解决方案，显著降低了寄生干扰。3D集成中先进半导体封装技术的应用实现了高间距，从而提升了性能。然而，散热仍然是一个挑战，因为EIC产生的热量会影响PIC，因此需要先进的热管理解决方案。尽管存在这些散热问题，但由于封装寄生干扰的最小化，3D混合集成仍能实现更高的性能。.
2.5D 集成是一种折衷方案，它将 EIC 和 PIC 封装在带有 TSV 的无源插值器中。这种方法保持了与 3D 集成类似的可控寄生干扰水平和高密度扫描能力，但由于需要在插值器中引入走线，因此增加了复杂性。2.5D 集成在性能、成本和制造时间之间取得了平衡，但与混合 3D 集成相比，它产生的寄生干扰更多。.
总而言之，每种集成方法在性能、复杂性和成本方面都有其优缺点，选择取决于应用的具体要求和限制。.
联合封装光学器件 (CPO) 市场的发展轨迹
据IDTechEx预测，到2035年，联合封装光器件（CPO）市场规模预计将超过12亿美元，2025年至2035年间的年均增长率将达到28.9%。CPO网络交换机有望成为收入增长的主要驱动力，这主要得益于每个交换机最多可集成16个CPO光集成电路（PIC）。用于人工智能（AI）系统的光互连将占据约20%的市场份额，每个AI加速器通常使用光互连PIC来满足高级计算应用中对高速数据处理和通信日益增长的需求。.
IDTechEx 最新发布的报告《共封装光学器件 (CPO) 2025-2035：技术、市场及预测》全面深入地探讨了共封装光学器件技术的最新进展。该报告深入分析了关键技术创新和封装趋势，并对整个价值链进行了详尽的剖析。报告全面评估了主要行业参与者的活动，并提供了详细的市场预测，展望了 CPO 的应用将如何重塑未来数据中心架构的格局。.
该报告的核心内容之一是将先进半导体封装技术视为共封装光学器件（CPO）技术的基石。IDTechEx 特别强调理解不同半导体封装技术在 CPO 领域所能发挥的作用。.
作者：张宇涵博士，IDTechEx高级技术分析师
