【光电共封CPO】HotChip上“技惊四座”的硅光子交换机核心是什么？

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【内容目录】

1.技惊四座的硅光子交换机

2.全球领先背后的SerDes和PCB材料

3.结语

【湾芯展推荐】本文涉及的相关厂商

Nvidia、Broadcom、Marvell、TSMC、ASE、TPCA 台湾、EMC

Nvidia数据中心的硅光子芯片(图源：NVIDIA）

数据中心逐渐从远程服务器向着AI算力中心和高性能计算中心所演变，I/O密度和宽带需求达到了前所未有的程度。就在八月末举行的 Hot Chips 2025 大会，Nvidia向业界展示了其最新的千兆级硅光子交换机的参数细节，无论是全球首发 200G/单通道 SerDes 还是Spectrum-X 硅光子信号完整性和电源完整性更上一个台阶，其背后都是CPO共封装技术、SerDes发展、PCB材料端的“革命性”发展。

技惊四座的硅光子交换机

根据大会上NVIDIA介绍，Spectrum-X将封装中光引擎(PIC)紧邻交换机的ASIC芯片，最小程度上缩短了PCB走线距离，并且1.6Tb/s信号链路的激光器也从8个减少到了2个；其在高算力负载下拥有更低的通信链路信号抖动和更高的能源效率。

Spectrum-X高性能以太网链接(图源：Nvidia）

对于超大规模云服务的OTS以太网链路，主要提供Web服务、数据库查询等松散耦合类应用，所以对于网络延迟和数据帧同步等要求较低，而算力中心需要分布式紧密耦合进程，最典型的就是万卡GPU集群训练，其所需算力节点要同步工作，所以数据延迟和同步起到决定性的作用；并且采用RoCE协议，可以远程直接进行内存数据访问，比标准TCP协议拥有更低的延迟和更小的CPU内核开销。需要特别指出的是，Spectrum-X Ethernet 对于抖动“零容忍”，数据包长尾效应会严重影响性能，只要有一个包延迟(长尾)则整个集群的速度和同步都收到影响，所以对于AI训练所特有的All-Reduce操作会产生的巨大瞬时burst流量来说，Spectrum-X Ethernet可以确保提供稳定可预测的高性能链路传输，为每个作业单元都尽可能的减少包延迟。

Nvidia 还介绍了，Spectrum-X采用的硅光子CPO芯片，拥有高达1.6Tb/s的带宽，封装内部集成了MRM（微环调制器）,并且首次在光子芯片层和电子芯片层之间采用 3D 堆叠技术，极大程度上降低了布线复杂性并提高了带宽密度。不仅是Spectrum-X，Nvidia还展示了其首款集成光子技术的全尺寸交换机Spectrum-6 102T，相较于上一代产品其性能可谓“暴增”，2倍的数据吞吐量，1.6倍的带宽密度，60倍的信号完整性提升，激光器数量减少了3倍。

Spectrum-X CPO共封装硅光子交换机(图源：Nvidia）

Nvidia Green 团队与台积电在硅光子领域的合作日趋紧密，其背后更是数十门学科的不断精进，此次大会也着重提及了SerDes和PCB材料和信号布线层的未来挑战。

全球领先背后的SerDes和PCB材料

高性能AI服务器的算力单元核心任务就是两个，浮点运算和数据传输，GPU运算是由其核心主频所决定，数据传输的核心则是SerDes（串行器/解串器）接口的发展，从早期NRZ(28Gbps)到PAM4的56Gbps,再到现阶段主流的112G和即将商用的224Gbps Serdes，带宽的翻倍不仅来自于芯片的改进和封装的变革，底层材料学和PCB基板布线及工艺同样重要。在超高频下，信号完整性、插入损耗和热应力、机械应力下的信号和电源完整性缺一不可。

SerDes芯片第一梯队Marvell从2018年布局SerDes 的开发，在OFC 2025上展示了其3nm、224Gbps 的SerDes，拥有行业领先的超低功耗（<0.1 pJ/bit）、超高带宽密度（50+ Tbps/mm）和最低误码率 (BER) ，为CPO共封装光学器件和ASIC芯片间Die to Die互联提供了强有力的技术支持。

Marvell在OFC 2025的SerDes技术(图源：OFC 2025）

尤其是硅光子时代，SerDes和光链路从PCB外围的I/O逐渐走向芯片内核(共封装逐渐缩短连线距离，并且光电混合封装)，电气、光学、封装和材料多种学科交织的全栈开发变得越来越困难，传统的IP开发要逐渐演变成复杂应用的解决方案，PCB材料端的更新重要性则越发凸显。国内给Nvidia提供高端、高精密多层PCB板的胜宏科技更是搭载上发展的快车道，一年时间内股价上涨近11倍，并且高端多层PCB行业也受到资本的青睐。

高端覆铜板市场CAGR(图源：Goldman Sachs）

2024年是高端覆铜板（CCL）市场结构性转变关键之年，每年高达26%的增长率，服务器、交换机等场景占比高达8成，许多制造商都推出了M8级覆铜板（例如松下Megtron 8）等超低损耗材料，松下Megtron 8材料其介电损耗因子（Df）约为0.0015，与上一代Megtron 7（Df≈0.002）相比，传输损耗降低了约25%，凭借其低介电常数和极低的信号损耗，正成为高精密多层PCB基材的不二之选。

据资料显示，目前112Gbps PAM4（约 28GHz）下，传统的 FR-4 和 HDI 材料已经难以承受， Df（耗散因数）和 CTE（热膨胀系数）已经不能满足进一步带宽的提升需求。目前业界更加看好松下的Megtron、韩国斗山和台湾的EMC EM-S532K材料。在台积电的CPO封装中，采用的EMC的EM-S570K3 和 EM-S572T 等新材料具有超低热膨胀系数 (CTE)（<2 ppm/°C）和高模量（>35 GPa）， Df（耗散因数）也降低到0.003左右，在 80GHz 频率下将插入损耗降低了 35% 以上。在信号完整性如此重要的今天，PCB材料不再是被动的推动因素，而是高速信号链路的驱动力。

结语

随着TSMC引领的CPO封装投入量产，1.6Tb和3.2Tb交换机将成为业界主流，硅光子技术将引领基础科学迈向新的发展征程。AI算力性能的提升不单单是算力芯片的主频和信息链路的堆叠，基础封装架构（3D堆叠）和PCB基板材料（更小信号损耗和更好封装结构的热应力、机械应力）的提升才是整体性能提升的关键。