讨论共封装光学（CPO）时，行业最常展示的是“光引擎被搬到 ASIC 旁边”的架构图。它确实解释了 CPO 为什么能缩短电链路、降低部分功耗，但当系统从单个模块放大到一台 51.2T 或 102.4T 交换机时，决定可制造性和维护成本的往往不再是那张架构图，而是它周边的四类部件：外置激光源、保偏光纤、可拆连接器和散热结构。
这个判断不是从概念推演出来的。OIF 的 3.2T CPO 模块实施协议已经把外置激光版本定义为使用四根或八根保偏光纤；Marvell 与 SENKO 的公开参考设计则把 1,152 根光纤、32 个可拆连接器、16 个外置激光模块和冷板放进同一台系统。[1][2][3]
先看结论
- CPO 的模块边界已经标准化，但连接器没有被完全标准化。OIF 定义了 3.2T 模块的电、光、机械和测试接口，同时明确：光连接器并不由该实施协议规定，MPO 等方案只是可能的系统实现。[1]
- 外置激光不是“把激光器拿远一点”。四根或八根 CW 激光要通过保偏光纤进入模块，再在模块内分到四路或八路发射机；仅分光就可能占去约 9 dB，调制再占约 3 dB，剩余功率必须覆盖耦合、波导、复用和制造余量。[1]
- 连接器开始决定可维护性。Marvell 的参考计算托盘为每个 XPU 配四个 6.4T 光引擎，每个引擎接两个 36 芯可拆连接器；整盘共 32 个连接器、1,152 根光纤。这里的重复对准和清洁不是配件问题，而是系统可靠性问题。[3][4]
- 量产门槛是多物理场协同。标准框架给出的可靠性目标、3.2T 光引擎的功耗示例和液冷冷板高度，说明 CPO 竞争正在从芯片带宽转向光纤、连接、热和测试的协同能力。[2]
OIF 已经写进标准的“四根或八根光纤”
OIF 的 3.2T CPO 模块被定义为 51.2T 交换机的基本构建块：一台系统使用 16 个 3.2T 模块，放在交换 ASIC 附近。协议列出多种模块形态，包括 8×400GBASE-DR4、8×400GBASE-FR4，以及内部激光或外置激光版本。[1]
| 模块形态 | 线路侧 | 激光源 | 系统含义 |
|---|---|---|---|
| 400G-DR4 / FR4 IL | 8×400G | 模块内集成 | 模块更紧凑，但激光热负荷进入光引擎封装 |
| 400G-DR4 / FR4 EL8PMF | 8×400G | 外置，8 根保偏光纤 | 光源可维护，光纤数量与对准点增加 |
| 400G-DR4 / FR4 EL4PMF | 8×400G | 外置，4 根保偏光纤 | 减少激光馈入纤芯，但单根光纤承载更高功率并承担更强分光损耗 |
协议特别说明，使用四根光纤时，一个例子是分光损耗约 9 dB、调制损耗约 3 dB，剩余预算才分配给模块输入/输出耦合、分路器、波导、调制器和复用器。这个预算结构说明：外置激光不是免费的可靠性升级，它把更多光功率管理压力转移到光纤、连接器和封装内部。[1]
OIF 外置激光为什么采用保偏光纤
在 OIF 3.2T 的外置激光模块中，协议直接把馈光媒质写成 PM fiber，而不是普通单模光纤。这是一项具体架构选择，不应推导成所有 CPO 都必须使用 PMF；对采用这类外置激光接口的系统，CW 光进入硅光模块后还要经历分路、调制和复用，系统需要让偏振状态在连接、盘绕、温度和机械应力变化下保持可预测。PANDA 光纤通过在纤芯两侧布置应力棒形成双折射，厂商资料把它列为共封装光学、相干 DWDM 和光纤激光器的应用。[7]
但“保偏”不等于“随便接”。对供应链而言，至少要同时确认：工作波长与截止波长、拍长、串音或消光比、包层直径、涂覆层、弯曲半径、连接器键位和轴向对准。Heracle 的 PANDA 数据表提供 80 μm 与 125 μm 包层选项，消光比指标按每百米给出；这意味着系统厂必须把长度、盘纤半径和连接器共同纳入预算，而不能只抄一个偏振消光比数字。[7]
| 保偏光纤参数 | 为什么影响 CPO | 询价时需要绑定 |
|---|---|---|
| 工作/截止波长 | 决定目标波段是否真正单模、是否出现高阶模 | 激光中心波长、波长范围、弯曲状态 |
| 拍长与双折射 | 决定偏振保持能力和对扰动敏感度 | 长度、盘绕半径、温度循环 |
| 消光比/串音 | 决定进入调制器前的偏振纯度 | 测试长度、连接器、轴向定义 |
| 几何与涂覆 | 决定连接器对准、端面质量和长期机械可靠性 | 包层、涂覆、键位、插拔寿命 |
外置激光的价值与代价
OIF 框架指出，外置激光能提高 CPO 交换机的可维护性：失效激光可替换，系统可通过提高 ELS 输出功率进行部分补偿；集成激光则减少界面损耗，但激光热和失效被带进光引擎。[2]这是一项系统权衡，而不是“外置永远优于集成”。
在部件层，SENKO 把 ELSFP 定位为可热插拔的外部激光连接方案：一端是固定在 CPO 交换板上的 host connector，另一端是随激光模块插拔的 module connector，通过自对准结构盲插最多两组低损耗 MT 插芯。这能降低维护停机，但“热插拔”“最低插损”和“更可靠”仍属于供应商目标，必须用重复插拔、污染、端面检查和随机样品验证。[8]
可靠性目标也说明问题。框架以 51.2T 交换机、16 个 3.2T 光引擎为模型给出示例：当前可插拔模块约 300 FIT 的失效率若被简单乘到 CPO 系统上并不够，因此示例把光引擎目标设为 10 FIT、3.2T 激光源目标设为 50 FIT。它们是可靠性设计目标，不是已经实现的现场数据。[2]
SENKO 与 Marvell 在 2025 年公布的 36 通道可拆光学 PIC 连接器，提供了另一种思路：把高密度光接口做成可拆件，以支持装配、测试和维修。厂商强调低耦合损耗和重复对准，但客户仍需用插入损耗分布、污染、插拔次数和现场清洁流程验证它。[4][6]
连接器从附件变成系统功能
OIF 3.2T 协议没有指定唯一连接器形态，只说明系统可以采用 MPO 式连接器到机箱内转接，或由实现方选择其他方案。这个“未完全规定”恰恰是产业化难点：接口没有定义到最后一个连接器时，系统厂的机械公差、面板密度、清洁和维护策略就会成为差异化能力。[1]
框架文件进一步指出，额外连接会增加插入损耗；高密度 MPO 未必满足 CPO 的空间和密度要求；51.2T 交换机前面板可能出现 256–1,024 根光纤，标准连接器的损耗“长尾”会在大量连接时放大，因此 CPO 系统往往需要更低损耗的连接器。[2]
连接器的竞争不只在于“能不能插”，而在于以下闭环：
- 晶圆级或光引擎级能否先测试，避免把坏件带入不可返修的封装；
- 可拆接口能否在多次插拔后保持亚微米级重复对准；
- 端面污染能否被检查、清洁并纳入维护流程；
- 连接器、光纤组件和收发模块能否共同定义插损与回损预算；
- 失效时能否定位到激光、连接器、光纤组件或光引擎，而不是整包报废。
1,152 根光纤背后的热与管理问题
Marvell 在 2025 年 11 月的 CPO 参考设计中描述了一个 1U AI 计算托盘：最多四个 XPU、总计 102.4 Tbps，实际光纤数量为 1,152 根。每个 XPU 接四个 6.4T 光引擎，每个光引擎再接两个 36 芯可拆 MPC；整盘共有 32 个 MPC。[3]
同一参考系统的交换机侧使用 16 个光引擎和 1,152 根光纤，其中 128 根用于激光馈入、1,024 根用于数据；16 个激光模块被移到面板侧以改善可维护性和散热。冷板有效高度仅 3.6 mm，比传统风冷方案更薄。这里的关键不是某个数字本身，而是光纤管理、激光维护、冷板、连接器清洁和线缆弯曲被迫在同一空间里共同设计。[3]
| 系统矛盾 | 公开证据 | 不能直接外推 |
|---|---|---|
| 密度与可维护性 | 32 个 MPC、1,152 根光纤 | 不是所有 CPO 系统都必须达到该密度 |
| 热与可靠性 | 3.2T@10 pJ/bit ≈ 32 W；液冷冷板 3.6 mm 有效高度 | 不是实测现场失效率 |
| 激光可服务性 | 16 个外置激光模块置于面板侧 | 不同架构可能采用不同冗余和放置方式 |
| 连接预算 | 额外连接增加插损，长尾会在大规模系统放大 | 具体数值必须由产品图纸和实测决定 |
OIF 框架还以 10 pJ/bit 为例计算：3.2T 光引擎对应约 32 W 电功耗；在其示例环境中，机房环境温度取 15–35℃、相对湿度最高 90%，并要求防止凝露。这个例子不能直接当热设计规格，却足以说明 CPO 的散热问题已从“芯片热点”扩展为“冷板、连接器和光纤共同受热”。[2]
采购不能只问“多少 T”
从标准和系统参考设计看，CPO 供应商必须把以下项目写进技术确认单，而不是只报模块速率：
| 询价维度 | 建议要求 | 验收证据 |
|---|---|---|
| 外置激光架构 | 4 或 8 根 PM 光纤、波长、功率、冗余与替换方式 | 光功率预算、故障注入、插拔后复测 |
| 保偏光纤 | 工作/截止波长、拍长、消光比、盘绕半径、长度 | 按约定长度和连接器端到端测试 |
| 连接器 | 通道数、键位、插损、回损、插拔寿命、清洁方法 | 批量插损分布与端面污染检查 |
| 热设计 | 冷板接触面、夹具压力、允许壳温、凝露边界 | 系统级热循环与热点映射 |
| 可靠性 | EOL 定义、FIT 目标、冗余策略、失效定位 | 加速寿命与故障分析，不外推超出样本范围 |
对 Toprays 的工程含义
CPO 把“光互连”从器件级问题升级为光纤、连接、封装、热和测试的系统级问题。对 Toprays 这类材料和光纤供应链参与者，机会不只在于进入某个 CPO 模块 BOM，而在于能否提供可核验的材料和组件接口：
- 按波长、弯曲半径和温度循环定义 PM 光纤的几何、涂覆与偏振指标；
- 为光纤组件提供端面、插损、回损、清洁和插拔寿命数据；
- 把石英材料、光纤预制棒、涂层与连接器工艺放在同一份批次追溯中；
- 把系统级热循环、凝露和振动测试纳入验收，而不是只做常温单点测量；
- 用客户光功率预算反推单纤功率和回损余量，避免只比较模块的 Tbps。
这也是本文与“某个光引擎又提升了多少速率”的区别。CPO 真正走向量产时，客户购买的不是一个孤立的光引擎，而是一条可装配、可测试、可清洁、可维护、可追责的光链路。[5][9]
编辑判断
CPO 的标准工作已经把外置激光、保偏光纤、可拆连接器和热管理写进系统边界；厂商参考设计又把密度和可维护性推到千根光纤、几十个连接器的尺度。对供应链而言，下一阶段的差异化不会只由硅光芯片决定，而会由“材料与连接能否在热、污染、弯曲和批次变化下保持可验证”决定。
Toprays 更值得提前建立的是光纤、石英材料和连接器组件的测试数据接口，而不是追逐一个尚未完全统一的连接器名称。客户最终需要的是可复现的端到端光功率预算、可追溯材料和可执行的维护策略。
REFERENCES
- Implementation Agreement for a 3.2Tb/s Co-Packaged (CPO) Module — OIF（standard，high）
- Co-Packaging Framework Document — OIF（standard，high）
- Co-packaged Optics: Powering the Next Wave of AI Data Center Innovation — Marvell（manufacturer，high）
- Marvell and SENKO Advance AI Infrastructure with Detachable 36-Channel Optical PIC Connector — SENKO（manufacturer，high）
- Progress in Research on Co-Packaged Optics — Micromachines 15(10), 1211（peer_reviewed，high）
- High-power tests of expanded beam connectors for co-packaged optics applications — SPIE Optical Interconnects XXIV（conference，high）
- Polarization Maintaining Fiber (Panda) — Heracle（manufacturer，high）
- ELSFP Connector — SENKO（manufacturer，high）
- Roadmapping the next generation of silicon photonics — Nature Communications 15（peer_reviewed，high）
本文区分 OIF 标准、厂商参考设计和公开论文：标准给出接口与系统边界；Marvell/SENKO 的数字属于厂商参考设计；论文用于说明封装、耦合和系统瓶颈。1,152 根光纤、32 个连接器和 3.6 mm 冷板不是所有 CPO 系统的通用规格。外部资料仅作 reference_only；实际产品和验收以客户图纸、样品测试和最终规格书为准。AI 配图仅解释应用语境，不代表真实产品。
