【原报告在线阅读和下载】：20260607【MKList.com】光互联CPO行业：产业化提速，台积电COUPE引领硅光集成落地 | 四海读报

【迅雷&夸克批量下载】：四海读报网研究报告网盘批量下载-资源清单社区-认知清单-四海清单

 

《光互联CPO行业：产业化提速，台积电COUPE引领硅光集成落地》研报详细总结

本报告由东兴证券于2026年6月7日发布，聚焦AI算力驱动下的CPO（光电共封装） 行业，核心论证CPO是AI与超算高密度光互联的终极方案，硅光子产业链迎来规模化发展拐点；重点解析台积电COUPE光子引擎平台的技术优势、工艺能力、产品落地与客户生态，并梳理行业市场空间、技术路线、产业链格局、投资标的及潜在风险。

一、核心投资总览

1. 行业趋势：传统交换机前板可插拔光模块已无法适配AI网络对带宽、速率、密度、时延、可靠性的极致要求，CPO成为行业确定性主流方向；CPO落地将推动硅光子（SiPh）从定制化小批量研发转向标准化大规模量产。
2. 产业化节奏：英伟达Spectrum-X以太网硅光技术于2026年6月全面量产，带动CPO行业在2027年进入规模化部署阶段。
3. 市场规模：1.6T CPO产品出货量预测大幅上调，2029年出货量由200万个上调至900万个，2031年由500万个上调至1300万个；CPO整体市场2027年突破50亿美元，2030年增长至150亿美元。
4. 技术龙头：台积电COUPE平台凭借先进3D异质集成、完善的制造管控与器件性能，成为当前硅光CPO领域技术标杆，已绑定英伟达、博通两大全球头部客户。
5. 国产机遇：全球硅光子产业模式转型，国内材料、光器件、测试、设备等企业有望切入海外头部供应链，加速国产化进程。
6. 核心风险：技术路线碎片化、订单落地不及预期、传统光模块产能过剩降价、供应链与地缘政治风险。

二、行业背景：CPO替代传统光模块的底层逻辑

1. 传统方案的局限性

传统光互联采用交换机前面板可插拔光模块架构，随着AI算力集群规模扩张，网络传输速率、端口密度、时延、功耗等指标持续突破传统光模块的物理极限，行业亟需全新架构。

2. CPO定义与核心优势

CPO（光电共封装）是将光引擎(OE) 与交换芯片(ASIC)集成在同一基板上的封装方案，核心价值：极致能效、超高带宽密度、超低时延，是业界公认的AI、超算高密度互连终极方案。

3. 典型CPO架构案例（英伟达Quantum-X）

英伟达首款CPO交换机Quantum-X整机总带宽115.2Tb/s，配备144个800G端口；内部包含4颗交换芯片模组，单颗吞吐量28.8Tb/s，每颗芯片搭配6组光学组件、共计18个1.6T硅光引擎，整机集成324路光纤，架构高度集成化。

三、硅光子产业链：CPO催生产业拐点与四层架构

1. 硅光子产业发展现状

硅光子依托CMOS工艺实现光电器件集成，过去长期处于小批量定制研发阶段，缺少大规模落地场景；而CPO成为硅光子规模化商用的核心刚需载体，直接带动全产业链迎来发展拐点。

2. 硅光子四层完整产业链

行业自上而下划分为材料层、核心器件层、封测代工层、系统模块层四大层级，各环节核心内容如下：

1. 材料层（底层基础）：包含热界面材料、底部填充材料、积层膜、玻璃芯基板、紫外胶等配套辅材。
2. 有源/无源器件层（核心中游）：无源器件有波导、光纤、超构透镜、光栅耦合器等；有源器件包含激光源、光纤阵列单元、调制器、光电探测器等，是决定光引擎性能的关键。
3. 封测代工层（制造核心）：涵盖光学封装平台、电芯片测试、光芯片测试、光耦合、晶圆加工等环节，台积电、日月光等为代表企业。
4. 系统模块层（终端应用）：最终集成形成CPO光引擎、CPO交换机芯片模组，面向数据中心、AI集群等场景。

3. 标杆产品供应链分工（英伟达Spectrum-X）

该款产品实现全球生态协作，各环节分工明确：

• 台积电：硅光芯片制造；
• 日月光(SPIL)：芯片级封装、组装与测试；
• 天孚通信：激光芯片模组封装；
• 富士康：整机系统组装；
• 英伟达：整机系统验证与交付。

四、CPO光引擎：价值结构变迁与集成技术路线演进

1. 价值链重心转移

• 传统可插拔光模块：价值主要集中在DSP、光芯片、封装测试环节；
• CPO架构：光引擎（PIC光子芯片+EIC电子芯片的设计与集成） 成为价值占比最高环节；当前商用主流为外置光源方案(ELS)，而无源器件技术瓶颈是行业大规模普及的主要制约因素。

2. 光引擎两大核心芯片功能

光引擎由PIC和EIC组合而成，分工明确：

1. PIC（光子集成电路）：负责光信号处理，主流采用硅光技术，也可搭配磷化铟、薄膜铌酸锂等材料；核心器件包括激光器、光调制器、高速光电探测器、移相器等。
2. EIC（电子集成电路）：负责电信号驱动、信号转换与处理；核心模块包含驱动器、跨阻放大器(TIA)、数模/模数转换器(DAC/ADC)、时钟与数字处理单元。

3. CPO光引擎集成技术全谱系（从低端到高端）

行业形成从2D封装→2.5D封装→3D各类集成方案的完整技术路线，集成度越高，带宽、时延、功耗表现越优异，台积电COUPE采用3D混合键合方案，技术处于第一梯队：

1. 2D封装：分为引线键合、倒装芯片，工艺简单、成本低，但寄生参数大、串扰严重，仅适配低速场景，逐步被淘汰。
2. 2.5D中介层封装：PIC/EIC通过硅/有机中介层互连，工艺成熟、良率可控，可支持50GHz+高速信号，是当前商用主流成熟方案。
3. 3D-WB/FC过渡封装：集成度高于2.5D，互连路径更短，但工艺复杂度提升，仅用于小众高性能场景。
4. 3D Hybrid TSV/Fan-Out：采用硅通孔(TSV)技术，支持100GHz+超高速信号，面向1.6T/3.2T高端场景，目前处于商用早期。
5. 3D Hybrid Bonding（混合键合）：台积电COUPE平台采用方案，无需微凸点，晶圆级高密度互连，寄生参数极低，是现阶段仅次于终极方案的最优路线。
6. 3D Monolithic（单片EPIC集成）：行业终极形态，在同一晶圆同时制作光子+电子器件，理论性能最优；但硅光与CMOS工艺兼容性差、良率难把控，目前仅处于研发阶段。

五、核心解析：台积电COUPE光子引擎平台

COUPE（紧凑型通用光子引擎）是台积电面向CPO打造的专用硅光代工平台，依托SoIC-X 3D堆叠+铜-铜混合键合技术，实现EIC与PIC的异质集成，是本次报告的核心内容。

1. COUPE整体架构与堆叠工艺

1. 堆叠结构：将7nm及以上先进逻辑工艺的EIC，直接堆叠在65nm SOI硅光工艺的PIC上方，通过铜-铜混合键合实现互连。
2. 性能提升：信号传输路径从毫米级缩短至微米级，大幅降低时延与信号损耗。
3. PIC核心器件构成：集成锗光电探测器、微环调制器、硅/氮化硅波导、光栅耦合器、边缘耦合器等全系列光子器件，覆盖光信号传输、调制、探测、耦合全流程。

2. COUPE全流程制造与工艺管控能力

台积电为COUPE搭建了从光刻、刻蚀到测试的全套量产解决方案，保障器件一致性与良率：

1. 光刻/刻蚀优化：采用光学邻近校正(OPC) 技术，补偿工艺图形畸变；单晶圆、晶圆间线宽偏差控制在2nm（3σ） 以内。
2. 有源器件制备：结合离子注入、锗选择性外延、6层金属互连工艺，完成光电二极管、调制器等核心有源器件制造。
3. 全流程闭环监控：建立“在线工艺监测→晶圆级光电测试→裸片探测→划片终测”全链路质量管控，实时监控电阻、暗电流、传输损耗、调制特性等关键参数。
4. 器件均匀性管控：硅光器件线宽/膜厚每偏移1nm，波长会偏移0.5~2nm；平台将光栅耦合器、微环谐振器片内波长波动分别控制在1.44nm、1.32nm，器件一致性行业领先。
5. 完整PDK工艺设计套件：提供覆盖O波段的Si/SiN全系列有源、无源器件库，包含波导、耦合器、调制器、探测器、传感器等上百类基础模块；配套电气/光学仿真模型、版图校验工具，支持Verilog-A电路设计，为光子芯片设计提供全套支撑。

3. COUPE平台核心器件实测性能

平台自研的无源、有源器件均达到行业顶尖水平：

（1）无源光器件

• 工作波段：覆盖1290~1330nm主流光通信波段；
• 光栅耦合器：纯硅结构峰值损耗1.3dB，SiN/Si复合结构TE/TM模式损耗约2dB；
• 氮化硅波导：单模传输损耗0.21dB/cm，多模0.14dB/cm，低损耗优势显著；
• 边缘耦合器：插入损耗1.2dB，偏振相关损耗仅0.18dB；
• 多模干涉仪(MMI)：相比传统结构损耗降低0.1~0.2dB，信号纹波更少，分光性能更稳定。

（2）有源光器件

1. 微环调制器(MRM)：调制效率0.35 Vπ-cm（功耗低）；高速版本6dB损耗下带宽63GHz、4dB损耗下带宽76GHz，调谐范围广、性能稳定。
2. 锗光电探测器(Ge PD)：响应度1.0A/W，暗电流＜20nA，-3dB带宽达110GHz，可支持超大光电流，满足超高速链路需求。
3. 双微环谐振器(DMRR)：面向DWDM密集波分复用场景，16通道器件匹配200GHz标准通道间隔，通道串扰优于20dB，晶圆内波长偏差＜0.5nm，滤波与分波能力顶尖。

六、COUPE技术迭代路线与标杆客户落地

1. 台积电COUPE三步走技术路线（集成度、性能持续升级）

平台分三个阶段迭代，带宽、功耗、时延指标逐级优化：

1. 第一阶段（2025年）：基于OSFP封装的可插拔光模块，光引擎规格1.6Tbps，采用倒装键合工艺，作为技术基准版本。
2. 第二阶段（2026年）：基于CoWoS中介层的标准CPO，光引擎直接集成在交换机基板上，规格6.4Tbps；功耗降低50%以上，时延降低90%；该版本已于2026年6月伴随英伟达Spectrum-X实现量产。
3. 第三阶段（2026年后）：将光引擎集成至AI/CPU/GPU（XPU）中介层，实现“芯片级光互联”，规格12.8Tbps；预计功耗、时延将进一步大幅下降，目前处于技术探索阶段。

2. 头部客户产品矩阵（COUPE生态开放，不止单一客户）

COUPE并非封闭生态，已深度绑定英伟达、博通两大全球网络芯片巨头：

1. 英伟达

   • Quantum-X：总带宽115.2Tb/s，144个800G端口，采用液冷方案，单端口功耗9W；
   • Spectrum-X：搭载台积电3nm交换芯片+COUPE硅光共封装，集成32个硅光引擎，整机功耗较传统方案下降50%以上，2026年6月正式量产。

2. 博通

   • Tomahawk 6 Davisson：总带宽102.4Tb/s，搭载16个6.4Tbps光引擎，激光模块支持现场更换，灵活性更强。

七、行业竞争格局、产业趋势与国产机会

1. 全球竞争格局

CPO与硅光子赛道参与者持续增多，行业竞争加剧：

• 硅光子代工平台：台积电领跑，格芯、Tower Semi、意法半导体加大研发投入；
• CPO整体解决方案商：博通、英特尔、Marvell、Ayar Labs、三星等纷纷布局。

2. 核心产业趋势

全球硅光子产业从碎片化定制研发全面转向标准化代工量产，规模化时代正式到来。

3. 国内企业发展机遇

国内企业可切入英伟达、台积电等海外头部供应链，发力方向包括：硅光新材料、无源/有源光器件、PDK设计工具、光集成与测试设备等，迎来国产化验证与量产落地窗口期。

八、细分赛道相关上市公司

报告按业务赛道梳理国内核心标的：

1. 光模块&CPO/NPO：中际旭创、新易盛、天孚通信、华工科技、光迅科技；
2. 光芯片：源杰科技、东山精密、仕佳光子、长光华芯；
3. OCS光学器件：腾景科技、福晶科技、矩光科技、德科立；
4. CPO专用设备：联讯仪器、罗博特科。

九、风险提示

1. 技术路线碎片化：行业尚未形成统一标准，多路线并行可能延缓整体产业化进度；
2. 订单不及预期：下游AI算力建设、数据中心扩容节奏放缓，导致CPO产品订单落地低于预期；
3. 传统光模块风险：传统光模块产能过剩，价格持续下行，挤压行业整体利润空间；
4. 供应链与地缘风险：全球半导体、光电子供应链扰动，叠加地缘因素，影响技术合作与产品交付。

十、总结

AI算力爆发推动网络带宽需求指数级增长，CPO是光互联行业不可逆的发展趋势，也成为硅光子产业规模化的核心驱动力。台积电COUPE平台凭借先进的3D异质集成工艺、严苛的量产管控能力、顶尖的器件性能，成为当前CPO硅光领域的标杆，且已实现头部客户量产落地。行业预计2027年迎来全面放量，市场空间高速扩张；国内光器件、材料、设备企业依托供应链机遇，有望深度参与全球CPO产业分工，国产替代潜力突出。