数据中心光互连 · 从衬底到交换机

从 InP → CPO

一条 AI 集群里的光链路，可以拆成三个问题。弄清每个问题的答案由哪种材料、哪道工艺、哪家公司来回答，EML 与 CW、可插拔与 NPO、CPO 之间的差别就清楚了。

Q1 · 光从哪来只有 InP 和 GaAs 能发光硅是间接带隙，不能做激光器。单模 1310/1550 nm 光源只能来自 InP；850 nm 多模光源来自 GaAs VCSEL。
Q2 · 在哪调制InP 自己调，或交给硅EML 在 InP 芯片上集成电吸收调制器；CW 激光只发连续光，调制由硅光芯片（MZM / 微环）或薄膜铌酸锂完成。
Q3 · 离交换芯片多远20 cm、几 cm、几 mm可插拔模块在前面板，NPO 在 ASIC 旁边的板上，CPO 与 ASIC 共用一块封装基板。电通道越短，越省 DSP 和功耗，越难维修。
交换 ASIC 可插拔主板走线 15–25 cm，进模块后先过 DSP NPO光引擎在主板上紧挨 ASIC，几 cm CPO光引擎与 ASIC 同一封装基板 DSP 光引擎 光引擎 光引擎 ELS 外置光源送来连续光 电损耗 ≈22 dB · 1.6T 端口约 30 W 几 cm · 无完整 DSP 电损耗 ≈4 dB · 1.6T 端口低至 9 W
同一串 PAM4 电信号从交换芯片出发，竖条高度代表信号幅度。铜走线越长，信号衰减越多、边沿越模糊，所以可插拔模块要先用 DSP 把信号恢复，DSP 约占模块功耗的四到五成。NPO 和 CPO 在信号还清晰时就把它转成光（红色）。损耗与功耗数字来自 NVIDIA 2025-08 技术博客。
§1 · 材料体系

为什么激光用磷化铟，调制可以交给硅

能不能发光取决于带隙是否“直接”：电子与空穴复合时能否直接放出光子。InP 和 GaAs 是直接带隙的 III-V 化合物，硅不是。这一条物理事实决定了整个产业的分工。

材料体系带隙工作波长能做的器件做不了晶圆在数据中心的角色
InP 磷化铟直接1260–1625 nm
(O/C 波段)		DFB 激光器、EML、高功率 CW、EAM 调制器、PD/APD、InP PIC大尺寸低成本晶圆2–4 英寸
6 英寸刚起步		所有单模光源。800G/1.6T 的 EML 与硅光用的 CW 都出自这里
GaAs 砷化镓直接850 / 940 nmVCSEL 垂直腔面发射激光器、PD1310 nm 单模长距6 英寸多模短距（SR，≤100 m）与有源光缆 AOC
硅光 SOI间接>1.1 µm 透明波导、MZM / 微环调制器、锗探测器、复用器、光栅/边缘耦合器激光器8 / 12 英寸硅光模块、NPO 与 CPO 光引擎（PIC）
薄膜铌酸锂 TFLN绝缘晶体宽谱透明超高带宽电光调制器（Pockels 效应）激光器、探测器4–6 英寸 LNOI400G/lane 与相干的候选调制方案，尚处早期
一个推论：硅光并不减少对 InP 的依赖，它把 InP 的角色从“发光 + 调制”简化为“只发光”。所以硅光模块里仍然有 InP 的 CW 激光器，CPO 的外置光源 ELS 里也是 InP 的高功率 CW 激光器。另有 GaN Micro LED（420 nm 左右，Avicena 路线）可作 10 m 以内的超短距光源，目前不在主流。
§2 · 工艺流程

一颗光芯片是怎样做出来的

InP 激光器走的是“化合物半导体 IDM”路线：衬底、多次外延、光栅、解理、镀膜都在同一家厂里完成，九成以上产能是 IDM。硅光走的是 CMOS 代工路线，在 8/12 英寸产线上用成熟节点完成。点选标签切换芯片类型，按“播放”看芯片一层层做出来，也可以点任意一步直接跳过去。

DFB 激光段 · 直流偏置隔离EAM 调制段 · 高速信号 I_bias（恒定电流）PAM4 电信号 减薄时磨掉 n-InP 衬底 InGaAlAs / InGaAsP 多量子阱（发光） λ/4 相移DFB 光栅 · 周期约 200 nm EAM 量子阱（吸收边可调）对接再生长界面（butt-joint） p-InP 上包层（三次外延）p-InP 上包层 隔离槽 HR 高反膜AR 增透膜 调制光 横截面 · 垂直于光路 刻出脊型波导 BCB BCB 光场被脊限制
EML = DFB 激光器 + 电吸收调制器（EAM），做在同一颗 InP 芯片上。激光段始终以恒定电流发光，EAM 段通过电压改变量子阱的吸收边来“开关”光。激光器不被高速调制，所以啁啾小、能跑 100G/200G 每通道和 2 km 以上。代价是要多一次对接外延，良率和成本都更难。
  1. 衬底：VGF / VB 法生长 InP 单晶，切片、研磨、CMP 抛光成 2/3/4 英寸片。单晶生长良率的物理上限约 40%，是 InP 区别于 GaAs 的硬约束。住友电工（VB）· AXT 北京通美（VGF）· JX 金属（LEC）
  2. 一次外延（MOCVD）：n-InP 缓冲层、InGaAlAs/InGaAsP 多量子阱有源区、光栅层，每层几纳米到几百纳米，组分需与 InP 晶格匹配。设备 Aixtron · Veeco · 中微公司（评估中）
  3. 做光栅：电子束光刻（EBL）、全息干涉曝光或纳米压印刻出约 200 nm 周期的布拉格光栅，中间加 λ/4 相移保证单纵模；随后二次外延把光栅埋起来。EBL 设备是国内扩产卡点之一。
  4. 对接生长 EAM：在调制区刻掉激光量子阱，再长一套带隙更宽的 EAM 量子阱（butt-joint regrowth）。另一条路线是选择区域生长（SAG），用介质掩膜让一次外延长出两种带隙。
  5. 上包层与接触层：再生长 p-InP 包层和 p-InGaAs 欧姆接触层。到这里已经是第三次外延。
  6. 波导成形：干法刻蚀成脊型波导（RWG）；或刻成窄条后用掺 Fe 半绝缘 InP 掩埋（BH 结构），电流限制更好、电容更小。
  7. 隔离与降电容：两段之间刻隔离槽或离子注入；EAM 焊盘下填 BCB / 聚酰亚胺，压低寄生电容，200G 每通道需要 EAM 带宽 50 GHz 以上。
  8. 金属化与减薄：p 面电极、晶圆减薄、背面 n 电极。前道（光刻、光栅、刻蚀、金属）约占晶圆成本的 43%。
  9. 解理与镀膜：解理成 bar 条，后端面镀高反膜（HR），出光端镀增透膜（AR）。这一步只有边发射激光器才有。
  10. 测试与筛选：bar 条测试、切成单颗 die、高温老化（burn-in），测 LIV、光谱、眼图，合格品贴到载体（COC）交给模块厂。
IDM 与代工的差别会影响扩产节奏。InP 没有 GaAs 那样成熟的外延代工体系，九成以上是 IDM（Lumentum、Coherent、三菱、住友、源杰等），少量外延代工来自联亚光电、全新光电、IQE。MOCVD 交期从 8 个月拉长到 10–12 个月，EBL 光栅设备也是瓶颈。硅光 PIC 则可以在 Tower、GlobalFoundries、台积电等代工厂流片，模块厂自己做设计即可。
§3 · 芯片类型

EML、CW、DML、VCSEL 有何异同

四种激光器都把电变成光，区别在于“谁来承载高速信号”。DML 和 VCSEL 直接调电流；EML 用集成的调制器；CW 把调制交给外面的硅光或 TFLN 芯片。

驱动电流 = 信号 DFB
DML直接开关激光器电流，激光器本身在闪烁，高速下啁啾明显。
恒定电流 信号 DFB EAM
EML激光段一直亮着，EAM 像快门一样按信号开关吸收。
CW 相位电极
CW + 硅光恒定光分两路，电极改变一臂的相位，干涉后变亮或变暗。
850 nm 多模 VCSEL
VCSEL垂直于晶圆出光，同样直接调电流，便宜但只能跑短距。
EMLCW DFB（硅光光源）DMLVCSEL
材料InPInPInPGaAs
结构DFB + EAM 单片集成，两段电极单段 DFB，长腔、高功率单段 DFB垂直腔，上下 DBR + 氧化孔径
谁承载信号EAM 调吸收外部调制器（硅 MZM / MRM、TFLN）直接调激光电流直接调激光电流
单通道速率100G / 200G PAM4 量产，400G 研发取决于外部调制器，200G 量产50G / 100G 为主，啁啾限制更高速率100G 量产；Coherent 已推 200G VCSEL（1.6T SR8）
典型距离500 m – 2 km（DR / FR / LR）500 m 以内为主（DR），可做 FR2–10 km 低速场景≤100 m（多模）
每只 800G 用量8 颗 100G EML2 颗 100 mW（每颗分 4 路）—8 颗（SR8）
每只 1.6T 用量8 颗 200G EML4 颗 100 mW 或 2 颗 200 mW——
工艺难点对接外延、EAM 高带宽、良率高功率可靠性、端面 COD、偏振啁啾与带宽氧化孔径控制、高速下的可靠性
CPO / NPO 中基本不用；EML 的主场是 FR 可插拔（谷歌 1.6T 仍以 EML FR 为主）主角：NPO 内置 100–400 mW；CPO 的 ELS 用 350–400 mW 级不用3.2T VCSEL NPO：博通 OFC 2026 展示，Coherent 也在推
主要供应商Lumentum、Coherent、三菱电机（200G 于 2024 年量产）、住友电工、博通；国内源杰、长光华芯起量住友、Lumentum、Coherent；国内源杰、仕佳、纳真（原海信宽带）、敏芯三菱、住友、国内多家Coherent、博通等

硅光模块和 EML 模块怎么选

在 1.6T 一代，硅光方案约占 60–70%。一只 1.6T 硅光 DR8 模块只要 4 颗 CW，EML 方案要 8 颗 200G EML。而 200G EML 正是 2026 年最紧的物料：外延、器件良率、封装与认证都在排队。硅光的 BOM 约 $450，EML 方案约 $560–580。EML 的优势在 2 km 的 FR 场景和向 400G/lane 演进的材料潜力。

01,0002,0003,0004,0005,000
100G / 200G EML
≈2,800
70 mW CW
4,000–5,000
100 mW CW
≈2,100
200 mW CW
≈1,200
每片 3 英寸 InP 晶圆的合格 die 数（40–50% 良率口径，70 mW 取区间中值 4,500 画条）。功率越高，单颗面积越大，每片能切出的颗数越少。所以硅光模块虽然激光器颗数少，对 InP 衬底需求的减少幅度有限。来源：ob-research 2026-04-26 InP 专家访谈。

调制器的两种硅光结构

MZM 马赫-曾德尔

毫米级行波电极
  • 光分两臂，相位差决定干涉后强弱
  • 毫米级长度，宽带、对温度不敏感
  • 驱动功耗较高，占面积大
  • 可插拔硅光模块主流；博通 CPO 光引擎采用

MRM 微环

加热器锁波长直径约 10 µm
  • 直径约 10 µm 的环形谐振腔，只对特定波长起作用
  • 面积和功耗都很小，天然适合波分复用
  • 对温度极敏感，需要加热器和闭环锁波长
  • 英伟达 CPO 光引擎采用
§4 · 三种形态

可插拔、NPO、CPO：光电转换点离交换芯片多远

三种方案用的是同一批芯片：InP 激光器、硅光 PIC、驱动器与 TIA。差别在于把它们装在哪里。光电转换点越靠近 ASIC，电通道越短，需要的信号补偿越少；同时越难单独更换，产业链价值也越向芯片与封装厂集中。

可插拔 Pluggable 前面板 交换 ASIC 光 DSP 铜走线 ≈15–25 cm OSFP 模块 电信号要在主板上走很长一段， 所以模块里必须有 DSP 做均衡与重定时。
近封装 NPO 光纤接口 ELS? 可选外置 交换 ASIC NPO 光引擎 几 cm 插座 / LGA 光引擎贴近 ASIC 但仍可拔插更换； 去掉完整 DSP，前面板只剩光纤接口。
共封装 CPO ELS 外置光源 光纤接口 ASIC OE OE 保偏光纤送光 同一封装基板 · 毫米级 光引擎与 ASIC 共用封装基板，不需要 DSP； 唯一能热插拔的有源部件是外置光源。

示意图不按比例；三张图中 ASIC 位置相同，彩色粗线代表 ASIC 到光电转换点的电通道。

可插拔NPOCPO
物理形态OSFP / QSFP-DD 独立产品，带外壳与散热鳍片，插在前面板笼子里无外壳或轻外壳的光引擎模组，经插座 / LGA 装在主板或子卡上，紧挨 ASIC 封装没有独立产品形态：光引擎是交换芯片封装的一部分；前面板只有 ELS 与光纤连接器
ASIC 到光引擎主板走线 15–25 cm + 连接器；200G 通道电损耗约 22 dB几 cm 短走线封装基板内，毫米级；电损耗约 4 dB
信号补偿完整 DSP（800G 5nm，1.6T 3nm）无完整 DSP：线性直驱，或主板侧 retimer（专家称 Credo 供 retimer）无 DSP，ASIC SerDes 直接驱动
光源位置模块内：EML 或 CW + 硅光内置 CW（客户偏好）或外置 ELS；也有 VCSEL 版本必须外置：前面板 ELS，经保偏光纤送光
功耗800G 约 14–16 W，1.6T 约 25–30 W（NVIDIA 口径 30 W），DSP 约占四到五成无权威公开数字；专家称比可插拔省约三分之一NVIDIA：每 1.6T 端口低至 9 W；博通 Bailly：5.5 W / 800G（可插拔 14 W）
坏了怎么修单只拔出更换，故障域 = 一个端口光引擎可拆换；FAU 可拆卸光引擎坏了基本只能整板返修；激光器最易坏，所以外置成可插拔 ELS
标准化MSA 成熟，多供应商互换Open CPX MSA（Ciena、Coherent、Marvell 等）2026-09 发布 socket 式 7.2T 规范；各 CSP 实际形态仍不统一产品为厂商私有设计；OIF 有 3.2T 共封装模块与 ELSFP 实施协议，OCI MSA 面向 scale-up
谁做光引擎模块厂：旭创、新易盛、Coherent、Lumentum 等仍是模块厂，但为邀请制，集中于旭创、新易盛、CoherentNVIDIA 定义、台积电制造封装；模块厂只拿 ELS、FAU、光纤套件
节奏2026–2027 主赛道：800G / 1.6T2026H2 送样，2027 年中后首批量产Spectrum-X Photonics 2026-06 宣布全面量产，规模放量仍受系统良率约束；NVIDIA 称 Feynman 起 scale-up 铜与 CPO 并用，广泛放量偏 2029–2030
CPO 为什么这么难量产：系统良率是乘法。一颗 Spectrum-6 ASIC 周围有 32 个光引擎，单次贴装良率即使有 95%，整机良率也只有 0.9532 ≈ 19%；要到约 85%，单次贴装良率需要约 99.5%，而贴上去之后几乎无法返工。Quantum-X 的单个光学子组件只有 3 个光引擎，所以先出货。（SemiAnalysis 2026-06 测算，示意性计算）

动手算：CPO 整板良率

99.0%
光引擎数

32 个：Spectrum-6 一颗 ASIC 周围的光引擎数

72.5%整板良率 = 单次良率N

要让整板良率达到 85%，单次贴装良率需 ≥ 99.49%

点“贴一块板”，看光引擎逐个贴到封装基板上。任何一个失败，整块板都无法返工。

ASIC

每比特功耗

05101520 pJ/bit
1.6T 可插拔（DSP）
18.8
800G 可插拔（DSP）
17.5
800G LPO
10.6
1.6T LRO
6.9
博通 CPO（Bailly）
6.9
NVIDIA CPO
5.6
由厂商公布的功耗除以速率换算：1.6T 可插拔 30 W 与 CPO 9 W 来自 NVIDIA；800G 可插拔 14 W 与 Bailly 5.5 W 来自博通；LPO ≤8.5 W、LRO 典型 11 W 来自产品规格书。模块级功耗不含主机侧 SerDes，LPO/LRO 把均衡交给了主机，横向比较会偏乐观。NPO 暂无权威公开数字。
NPO 与 CPO 的边界并不清晰。常见的划分是：CPO 的光引擎与 ASIC 在同一块封装基板或中介层上，电通道毫米级；NPO 的光引擎是独立单元，装在主板上紧挨 ASIC，电通道厘米级，通常经插座安装以保留可维修性。Open CPX 把“插座式 CPO”写进规范，NVIDIA 高管也可能把 NPO 统称为 CPO，看新闻时要按结构判断。
§5 · PIC 结构

同一条发射链路，在三种方案里怎么拆

把一条光链路按“ASIC 接口 → 信号补偿 → 电芯片 → 硅光芯片 → 光纤耦合 → 光源”六个环节排开，三种方案的 PIC 本身都是硅光，区别集中在左右两端：左边去掉了 DSP，右边把激光器挪了出去，中间的电芯片从“并排”变成“叠在上面”。

ASIC 接口 信号补偿 电芯片 EIC 硅光 PIC 光纤耦合 光源 可插拔1.6T DR8 硅光 NPO3.2T / 6.4T 光引擎 CPONVIDIA COUPE 主板 SerDes 200G×8走线 15–25 cm DSP3nm · 占功耗四到五成 Driver + TIA分立芯片，并排打线 8 × MZM + Ge PD通道间距 625 µm FAU + MPO-168 发 8 收，胶固 4 × 100 mW CW模块内 · 透镜+隔离器 主板短走线 · 几 cm经 LGA 插座 无完整 DSP直驱或 retimer Driver/TIA 倒装叠在 PIC 上 · 2.5D 32 通道起 · 1 颗≈3.2T间距缩到 375 µm 可拆卸 FAU 32 通道模块厂外采 内置 CW 为主8×100 mW 或4×400 mW；或外置 同一封装基板毫米级 · 200G SerDes 无ASIC 直驱 EIC（N6，分析师）SoIC 混合键合 · 3D 微环 MRM + 加热器1.6T / 3.2T 每引擎 DFAU 36 通道32 单模 + 4 保偏机械卡扣，可拆 前面板 ELS8 × 350–400 mW保偏光纤进 PIC
虚线框表示该环节在此方案中被省掉。NPO 的“有没有 DSP”存在专家分歧：一说 6.4T 为线性直驱（与 1.6T LPO 同源），一说 3.2T NPO 配 4 颗 retimer。数据来源：ob-research 2026-03 至 2026-09 CPO / NPO 调研纪要（专家口径）。
PIC / 光引擎可插拔硅光NPO 光引擎NVIDIA CPO博通 CPO
调制器MZMMZM 为主；另有 VCSEL 版本微环 MRM，需 ±0.1–0.4 ℃ 级温控MZM
EIC 集成并排，打线或倒装倒装叠在 PIC 上（2.5D），EIC 引脚 1,000+ 需扇出3D：台积电 SoIC-X 混合键合（COUPE）；分析师称 EIC N6、PIC N65TH5 Bailly：2.5D 扇出封装；TH6 Davisson 转用台积电 COUPE
单引擎带宽800G / 1.6T 一只模块3.2T / 4.8T / 6.4T / 7.2TQuantum-X：1.6T；Spectrum-X：3.2T（16 发 16 收）6.4T（64 通道）；TH5 51.2T 用 8 个，TH6 102.4T 用 16 个
光耦合边耦合为主可拆卸 FAU官方：面法向出光、可拆卸光纤连接器、集成 fiber shuffle；专家：DFAU 机械卡扣，台积电在 PIC 上加工定位槽边耦合
PIC 代工Tower、GF、ST、自研设计Tower、ST、GF、中芯等台积电Bailly：Silterra（专家口径）；Davisson：台积电
光源模块内 CW内置或外置外置 ELS：每个 8 颗激光器供 32 条发射通道外置 ELSFP，可现场更换
实测——Lambda 测评：每个 GB300 平台的网络光学功耗约 7.0 kW → 3.95 kW（媒体转述）Meta 测试：100 万个 400G 等效端口小时零链路抖动，光学功耗降 65%
§6 · 案例对照

英伟达选 CPO，谷歌倾向 NPO

两家公司面对同一个问题：200G/400G 每通道下，铜和长走线撑不住了。英伟达掌握 GPU、交换芯片、网卡和整柜设计，可以把光引擎直接做进自己的交换芯片封装。谷歌的 TPU 网络依赖 OCS 光交换和多家模块供应商，更看重可维护性与供应商灵活性。

英伟达：把光引擎做进交换机

Quantum-X Photonics
Q3450 · InfiniBand		Spectrum-X Photonics
SN6810 · 以太网		Spectrum-X Photonics
SN6800 · 以太网
总带宽115.2 Tb/s102.4 Tb/s409.6 Tb/s
端口144 × 800G128 × 800G 或 512 × 200G512 × 800G 或 2,048 × 200G
交换 ASIC4 颗 Quantum-3（每颗 28.8T）1 颗 Spectrum-64 颗 Spectrum-6
光引擎72 × 1.6T：每颗 ASIC 由 6 个 4.8T 光学子组件承担，每个子组件 3 个 COUPE 引擎32 × 3.2T（每个 16 发 16 收）128 × 3.2T
外置光源 ELS18 个，每个 8 颗激光器 → 共 144 颗，驱动 144 个 800G 端口16 个（专家称每颗 350 mW）64 个
激光器少 4 倍可插拔 DR 模块每条通道 1 颗激光器；ELS 中 1 颗激光器供 4 条 200G 发射通道（每个 ELS 8 颗供 32 条）
每 1.6T 端口可插拔通常 30 W，CPO 低至 9 W；200G 通道电损耗 22 dB → 4 dB
官方性能口径2025-03：能效 3.5 倍、网络韧性 10 倍、激光器少 4 倍；2026：改称能效 5 倍、AI 正常运行时间 5 倍
光纤耦合72 个 20 通道 FAU（4 保偏 + 8 发 8 收），胶接；前面板 144 个 MPO每个光引擎 1 个 36 通道 DFAU（32 单模 + 4 保偏），可插拔同 SN6810
机箱与散热Q3450-LD：4U，双回路液冷，48V 母排（Lambda 测评）—
状态（2026-10）官方供货时间从 2025 年底推到 2026 年初；Lambda 2026-06 拿到 Q3450-LD 测评，媒体对是工程样品还是量产说法不一；专家称 2026 年约 2,500–3,000 台2026-06-01 GTC 台北宣布全面量产，首批用户 CoreWeave、Lambda、OCI。SemiAnalysis 2026-06 认为 3.5 dB 以上的板级插损与 32 个光引擎的系统良率仍会拖慢规模放量

端口、带宽、ASIC、光引擎与 ELS 结构来自 NVIDIA 官方新闻稿与技术博客（2025-03、2025-08、2026-01、2026-06）；FAU 通道数、单颗激光器功率、出货量来自 Bernstein、SemiAnalysis 与 ob-research 专家纪要。

CPO 交换机内部 服务器 ConnectX 网卡 仍用可插拔光模块 网卡侧不变 ELS × 18前面板可插拔 MPO × 144光纤接口 Shuffle box × 2 1,440 根光纤 1,152 单模 + 288 保偏 FAU × 72 20 通道 Quantum-3 1.6T 光引擎 ×4 颗 ASIC，每颗 18 个光引擎（图中画 6 个示意） 连续光进 · 保偏光纤 调制后的数据光 · 单模光纤 旭创 · 新易盛Coherent · Fabrinet 激光模块：天孚（官方）激光芯片 Lumentum · CoherentMT/MMC：US Conec 康宁（太辰光代工）波若威 · Molex保偏光纤：康宁 天孚 · 致尚+Senko上诠/波若威 · 康宁+太辰光微透镜：炬光 · Coherent 硅光：台积电 COUPE · 封测：矽品（官方）整机：鸿海（官方）· Fabrinet耦合前道：天孚（专家口径）
Quantum-X Photonics 交换机内部光路。连续光从前面板 ELS 经保偏光纤进入光引擎，调制后的数据光经同一个 FAU、Shuffle box 回到前面板。CPO 只改变交换机这一端，服务器网卡那一端仍是可插拔模块。台积电、矽品、天孚、鸿海的分工为 NVIDIA 2026-06 官方表述；其余分工来自 ob-research 专家纪要，份额与认证状态待验证。

英伟达为什么押 CPO

  • 技术：光引擎与 ASIC 同基板，省掉 DSP；每 1.6T 端口从约 30 W 降到 9 W，激光器少 4 倍
  • 生态：把机柜内互联做成封闭体系，对抗 CSP 自研 ASIC 与以太网标准化（广发 2026-05 卖方观点）
  • scale-up：Rubin Ultra 二层互联首次引入光，内部 CPO 首选、NPO 与可插拔并行兜底
  • 路线：GTC 2026 宣布 Feynman 起 scale-up 铜与 CPO 并用，2028 路线图含 CPO NVLink 交换机
  • 代价：系统良率乘法、板级插损、几乎无法返修；Spectrum-X 已宣布量产，放量节奏仍有争议

谷歌为什么倾向 NPO

  • TPU 机柜由谷歌自己设计，多供应商（旭创主供，Coherent 参与）是采购底线
  • OCS 网络下光模块数量多，坏件要能单独更换；专家称谷歌要等 CPO 故障率足够低才会用
  • NPO 仍由模块厂交付，沿用现有产业链；规格以 6.4T 为主，4.8T 疑为谷歌定制
  • 导入节奏有分歧：一说 TPU v8 已排除 CPO/NPO、v9 有限导入；一说 v8i 有 10–15% 用 1.6T NPO
  • 谷歌官方从未公开 NPO 计划。2026-04 流传约 1,200 万只 NPO 订单（旭创 60%、新易盛 40%），旭创未证实

谷歌：TPU 的光互连长什么样

OCS 光电路交换层 Palomar MEMS 微镜 · TPU v7 每个 pod 48 台（X/Y/Z 各 16，专家口径） Cube = 64 颗 TPU = 1 个机柜 柜内 3D Torus：AEC 铜缆 Ironwood pod = 9,216 颗 TPU 8t superpod = 9,600 颗 柜间：可插拔光模块 800G/1.6T，配 OCS ◌ NPO 候选位置：托盘出光、交换机到网卡，替代柜内铜缆或可插拔
OCS 只偏转镜片、重新对准光路，不做光电转换；动画每几秒自动切换一次。
谷歌 TPU 的 ICI 网络是 3D Torus：机柜内用铜，机柜之间用可插拔光模块接入 OCS，由 OCS 动态重组拓扑。TPU v4 论文披露 Palomar 为 136×136 MEMS OCS，只占系统成本不到 5%、功耗不到 3%。每次经过 OCS 有 2–3 dB 插损，谷歌为此定制了 2.4T 轻相干模块（8×300G，Marvell DSP，Coherent / Lumentum 验证领先，专家口径）。pod 规模来自谷歌官方，OCS 台数来自专家纪要。

使用场景：哪种形态用在哪里

场景距离可插拔NPOCPO
机柜内 scale-up
GPU↔NVSwitch、TPU↔TPU		< 几 m今天以铜为主（NVL72 背板、TPU 柜内 AEC）；可插拔 / LPO 与 AEC 竞争CSP 首选候选：AWS Trainium 4 用 3.2T NPO（1 个对 2 颗 ASIC）；NVIDIA 设想 7.2T NPO 对 1 颗 GPUNVIDIA 长期目标；广泛放量偏 2029–2030
跨机柜 scale-up10–100 m谷歌 TPU 当前方案（配 OCS）Rubin Ultra 二层互联候选之一；谷歌 v9 可能有限导入Rubin Ultra 二层互联首选方案
scale-out 交换网络30 m – 2 km主力：800G / 1.6T DR / FR；1.6T 硅光占六到七成谷歌、AWS 在测交换机到网卡链路NVIDIA Quantum-X / Spectrum-X Photonics，只替换交换机侧
OCS 光交换层园区内可插拔 + 2.4T 轻相干补偿插损——
数据中心互联 DCI10–120 km相干可插拔（ZR / ZR+）独占不适用不适用
§7 · 供应商地图

每个组件由谁供应

按产业链从上到下排列。每家公司标注它服务的形态（可插拔 / NPO / CPO）和信息可信度：公开 指公司公告、官方合作名单或公开产品；口径 指卖方或专家访谈，份额与独家关系均待验证。

形态
地区
组件供应商形态可信度说明
§8 · 口径与来源

哪些数字可以直接用，哪些只能看方向

本页的工艺原理与器件结构属于行业通识。产品规格优先采用 NVIDIA、博通等公司的官方发布。份额、单价、出货量、独家关系大多来自卖方路演与专家访谈，同一问题常有数倍差异，页面中保留了冲突口径，未做调和。

主题主要来源使用方式
InP 衬底、外延、晶圆切晶数ob-research《光芯片》子行业笔记；InP 衬底专家访谈 2026-04-26；Yole 2021 成本结构专家口径，看结构与方向
EML / CW 供需与分档广发通信 2026-05-28；兴业通信 2026-05-17 / 2026-08；光模块电芯片专家 2026-08；新易盛 CW 专家 2026-02-09卖方与专家口径
NVIDIA CPO 结构与价值量CPO / OE / FAU 调研 2026-03-06、03-07；光模块瓶颈物料调研 2026-07-08；Bernstein 2026-03；SemiAnalysis 2026-02、2026-06；前 NV 产品经理专家 2026-05-29专家口径；官方规格以 NVIDIA 发布为准
NPO 结构、客户与供应商旭创产业链 NPO 调研 2026-07-03；海光芯正调研 2026-07-20；博通专家交流（2026-10-02 整理）；AceCamp 谷歌 TPU 光学 2026-08/09；MS NPO Update 2026-04-07专家口径，NPO 数量差异达数倍
谷歌 TPU 与 OCS前谷歌 PM 专家 2026-05-28；OCS 专家交流 2026-09-03；TPU v4 论文；Ironwood 发布pod 规模与 Palomar 为官方，其余为专家口径
NVIDIA CPO 官方规格GTC 2025 新闻稿；2025-08 功耗博客；2025-08 光引擎与 ELS 博客；2026-01 Spectrum-X 博客；2026-06 GTC 台北官方
博通 CPO 与 Meta 测试TH5 Bailly 产品简介；TH6 Davisson 与 Meta 测试见行业媒体报道（2025-10）官方与媒体转述
标准OIF 3.2T Co-Packaged Module IA（2023）与 ELSFP；Open CPX MSA（2026-09 规范）；OCI MSA（2026-03）官方
激光器产品Coherent 400 mW CW；Lumentum OFC 2026 新闻稿；三菱电机 200G EML（2024）；NVIDIA 投资 Lumentum、Coherent 新闻稿（2026-03-02）官方