AI算力互连迎来转折点：NPO与CPO重塑产业链

AI推理需求的爆发式增长，正推动数据中心互连技术迎来新的转折点。8月29日，中泰证券分析师王芳、孙悦文发布研报《光学向芯片靠近：AI算力互连从铜、可插拔光模块到NPO和CPO的演进》，系统梳理了算力互连技术从铜缆向近封装光学演进的路径。报告指出，这一趋势并不只是简单的“以光纤替代铜缆”，而是随着高速电信号传输越来越难以补偿，逐步将光电转换点从前面板向ASIC靠近，以减少高速电信号的传输距离。

从铜互连、可插拔光模块，到NPO（近封装光学）和CPO（共封装光学），每一次技术迭代背后的驱动力都高度一致：随着高速电信号越来越难以传输，光学器件必须进一步靠近芯片。与此同时，产业价值也将从传统可插拔光模块向高功率连续波（CW）激光器、FAU、高密度连接以及先进封装等环节重新分配。

为什么互连正在成为算力瓶颈

研报援引谷歌数据称，其产品体系的月度Token处理量已从2024年5月的9.7万亿增长至2025年5月的约480万亿，并在2026年5月进一步突破3200万亿，两年间增长超过300倍。Token规模的快速增长直接推高了GPU之间协同计算的需求。

分析师指出，Token数量的增长显著提升了多卡协同的重要性。GPU速度越快、模型中的专家数量越多、推理并发度越高，系统就越需要低延迟、高带宽且高度互联的网络。资本开支数据也印证了这一趋势。截至2026年第二季度，谷歌已将全年资本开支指引上调至1950亿至2050亿美元，亚马逊预计约为2200亿美元，Meta预计为1300亿美元。

与此同时，算力互连架构正在出现分化。分析师将Scale-up与Scale-out的作用进行了区分：前者负责将一组XPU组织成低延迟、高耦合的计算域，更关注单芯片注入带宽、尾延迟、确定性流控以及集合通信效率；后者则负责连接更多服务器、机架和计算域，更强调网络规模、跨域吞吐、路由灵活性以及开放互操作能力。两种架构都需要光互连，但在功耗、故障隔离以及可维护性方面存在不同要求。

铜互连的极限与可插拔光模块的瓶颈

随着单通道数据速率不断提升，铜互连能够覆盖的距离正在持续缩短。研报援引华为数据指出，随着SerDes从25G NRZ演进至50G、100G和200G PAM4，PCB走线、DAC线缆等纯电互连方式的有效传输距离不断下降。博通在特定场景下的测算显示，100Gbps/通道DAC的传输距离约为4米，到200Gbps/通道时可能缩短至2米；OIF针对224G/通道接口提出的无源铜连接目标距离则集中在约1米。铜互连的退出并不会在某一个时间点集中发生。分析师认为，从铜向光的转换，本质上是不同距离层级上的经济性逐步重新计算。

芯片封装内和板级连接通常覆盖厘米至米级距离；机架内部连接则达到数米至数十米；而Leaf-Spine网络以及数据中心互连覆盖的距离更长，在这些场景中，光纤低损耗和标准化的优势会更加明显。可插拔光模块是铜转光规模化应用的第一种产品形态，但其自身的瓶颈也正在显现。分析师指出，每当交换容量翻倍，如果系统仍然依赖相同粒度的可插拔端口，光模块数量、DSP功耗以及前面板散热压力都会同步增加。而有限的前面板空间，很难同时容纳更多端口和更大的散热结构。

NPO与CPO：从过渡方案走向深度融合

NPO的核心逻辑，是将光引擎从前面板“搬到”ASIC附近，同时保留相对独立的边界。分析师解释称，NPO将一个可以独立制造、测试和更换的光引擎部署在ASIC附近，从而缩短电信号通道，同时保留器件筛选、良率隔离以及一定程度的可维护性。这一方案主要带来两项直接收益：降低电信号通道损耗，以及实现良率解耦。

链路损耗数据能够更加直观地体现这一变化。研报援引OIF在112G/通道场景下的数据称，前面板可插拔光模块的端到端损耗约为22至24dB，NPO约为13dB，而CPO则约为10dB。这意味着，NPO仅通过缩短主板电信号通道，就已经能够获得大部分的性能改善。

从产业进展来看，阿里巴巴已经公开采用3.2T NPO作为试点起点，同时推进6.4T UPO和接口标准化；腾讯则同步验证3.2T硅光和VCSEL两条技术路线；华为的Hi-ONE平台则同时推进VCSEL和硅光方案，将光引擎、外置光源、连接、散热以及链路监控整合到统一系统框架中。分析师表示，目前3.2T NPO主要承担试点和积累运营数据的作用，而向6.4T和7.2T升级，将意味着电气、光学、封装和测试系统整体进行一轮代际升级。

CPO则进一步将交换ASIC和光引擎进行共封装，把高速电信号路径压缩至毫米级甚至封装级。其功耗优势也已经可以量化。研报援引思科针对特定51.2T系统的测算称，与可插拔架构相比，CPO可以将整个系统功耗降低约25%至30%。博通在特定576-GPU互连场景下给出的数据则更加具体：DSP可插拔方案、LRO和CPO的光学功耗分别约为16.2kW、11.7kW和7.1kW。英伟达目前是CPO部署最具代表性的企业。该公司已经推出两代CPO交换机，分别面向InfiniBand和以太网的Quantum-X800-Q3450与Spectrum-X。其中，Quantum-X系统搭载4颗Quantum-3交换ASIC，总带宽达到115.2Tbps，并配备72个光引擎（OE）。Spectrum-X的单个OE带宽则提升至3.2Tbps，系统有效总带宽达到102.4Tbps。台积电的COUPE平台则是推动CPO规模化的重要制造基础。分析师认为，COUPE正逐步成为CPO/OIO的主流选择。英伟达曾在GTC 2025上展示基于COUPE的光引擎，使其成为最早进入市场的COUPE产品之一；博通未来的技术路线也已经从原有供应链转向COUPE平台；Ayar Labs同样已将COUPE纳入其开发规划。

不过，CPO要实现规模化量产，仍面临五大挑战：联合良率、散热管理、外置光源、测试与诊断，以及可维护性。其中，良率是最核心的问题。CPO将高价值ASIC、PIC、EIC、光纤耦合结构以及先进封装集中在同一个产品边界内，任何一个环节出现缺陷，都可能放大整机报废损失。联合良率也并非简单地将各个独立组件的良率相乘。大尺寸基板、中介层、微凸点以及多材料堆叠结构，在回流焊和热循环过程中都会产生翘曲和热膨胀失配，而光纤耦合对于微米级位移又极为敏感。

产业价值重新分配：谁将真正受益？

光学器件向芯片内部靠近，并不只是简单地将光模块价值转移到其他环节，而是同时带来功能位置、零部件规格以及制造责任的重新调整。研报认为，未来有几个方向值得重点关注。高功率CW激光器是外置光源路线中较为明确的增量机会。集中式光源可以减少激光器数量，同时提升单颗激光器的功率、可靠性以及ELS系统价值。古河电工公开披露的8通道ELS原型产品，在55℃壳温下可实现每通道20dBm的光纤耦合输出。分析师同时提醒，市场关注重点应放在单光源输出功率、冗余比例、ELS价值量以及客户项目导入情况，而不应简单根据端口数量对应激光器数量。

FAU和高密度连接的增量逻辑则更加普遍。当光纤进入ASIC周围高热流密度、高密度的区域后，需要在大尺寸基板翘曲、热循环、振动以及污染等复杂条件下，持续保持微米级对准精度和较低插入损耗。这将推动V型槽、透镜或微光学器件、MT插芯、MPO/MTP连接器、光纤带以及盲插连接器等整个产业链进行升级。进入规模化量产阶段后，先进封装、测试以及散热管理的重要性也将进一步提升。

NPO需要高性能有机基板、LGA或插座以及夹持结构；CPO则更加依赖大尺寸基板、中介层或嵌入式桥接结构、微凸点以及低翘曲材料。分析师最后指出，尽管产业价值重新分配的逻辑已经比较清晰，但最终能否真正转化为营收，仍取决于客户项目导入、规模出货以及良率和可靠性数据。

值得注意的是，互连供应链的竞争格局也在同步变化。Marvell Technology（MRVL）在8月28日发布的最新财报中表示，公司数据中心业务本季度实现21.7亿美元营收，环比增长19%，主要受连接产品需求推动。公司同时将2027财年营收预期上调至120亿美元，2028财年上调至180亿美元，预计数据中心业务增速将超过60%。

不过，市场对此反应较为平淡，Marvell股价在盘后交易中一度大幅下跌。原因在于，公司并未同步上调定制ASIC业务指引。在与谷歌签署包含认股权证的合作协议后，市场原本期待博通TPU订单能够带来更加明确的增量信号。这一反差恰恰体现了AI算力互连市场正在发生的更深层变化：光模块、DSP以及CPO相关组件等连接产品，正在成为数据中心资本开支中确定性更高的增长领域，而定制ASIC市场的竞争则更加复杂。

随着光学器件从前面板逐渐进入芯片封装，产业链中的利润池也将从标准化光模块制造商，逐步向具备先进封装、高功率光源以及精密光学器件能力的供应商迁移。