CPO 終於不再是「狼來了」：從 Nvidia 量產看 Scale-Up 的終局之戰｜副標題：TSMC COUPE、調變器之爭與供應鏈重組

前言

CPO (Co-Packaged Optics) 講了十年，終於在 2025 年迎來了它的「iPhone 時刻」。過去，CPO 總被譏為「明年一定發生的技術」，但隨著 Nvidia 正式端出 Quantum-X800 Q3450 CPO 交換器，這不再只是簡報上的願景。STT 必須指出一個反直覺的真相：這一波 CPO 的推動力，表面上是為了省電，但真正的殺手級應用其實是「Scale-Up」的密度解放。 當 NVLink 的銅纜傳輸距離被壓縮到 2 公尺以內，且 SerDes 功耗指數級上升時，光學不再是選項，而是物理極限下的唯一解。這篇文章將拆解 Nvidia 為何選在此時押注 CPO，以及 TSMC COUPE 如何成為這場戰役的軍火庫。

核心洞察 (Key Insights)

1. 技術規格化：Scale-Out 只是練兵，Scale-Up 才是戰場

我們觀察產業數據，發現一個有趣的「期望落差」。市場普遍認為 CPO 是為了拯救 AI Cluster 的總體功耗，但根據 SemiAnalysis 的模型推算，若僅在後端網路 (Scale-Out) 導入 CPO，雖然能節省約 23% 的網路功耗，但對整座 NVL72 叢集的總功耗影響僅約 2-4% 。

這意味著什麼？CPO 在 Scale-Out 階段的導入，更多是為了「練兵」與建立供應鏈信心。 真正的轉折點在於 Scale-Up (機櫃內互連)。

現狀 (Copper)：NVLink 頻寬雖高 (7.2T/14.4T per GPU)，但銅纜物理限制讓連接距離不超過 2 公尺，這將 AI 的「World Size」限制在單一機櫃或雙機櫃內 。

未來 (CPO)：CPO 能提供比銅纜高出數倍的頻寬密度 (Bandwidth Density)，且不受距離限制。這意味著未來的 GPU 記憶體池化 (Memory Pooling) 與超大規模 GPU 互連，必須依賴 CPO 才能突破物理機櫃的限制 。

2. 封裝技術差異化：TSMC COUPE 定於一尊

在 CPO 的封裝戰場上，Broadcom 過去曾使用 FOWLP (Fan-Out Wafer-Level Packaging)，但未來的路徑圖已明顯轉向 TSMC COUPE (Compact Universal Photonic Engine)。

這不只是換個名字，而是技術層次的降維打擊：

3D Stacking (SoIC)：TSMC COUPE 使用 SoIC-X 技術，將 EIC (電子晶片，如 Driver/TIA，採 N6 製程) 直接 3D 堆疊在 PIC (光子晶片，採 N65 製程) 之上 。

Bumpless (無凸塊)：傳統 Bump 連接有寄生電容問題，限制了頻寬。COUPE 實現了無凸塊連接，這對於推動 **200G/lane** 甚至未來的 400G/lane 至關重要，這也是為何 Broadcom 即使有自家封裝經驗，也必須倒向 TSMC 的主因 。

3. 調變器深水區：MRM 的逆襲 vs EAM 的潛力

在光引擎 (Optical Engine) 內部的核心元件——調變器 (Modulator) 上，出現了兩條截然不同的技術路線：

• Nvidia/TSMC 陣營 (MRM 微環調變器)：

  • Nvidia 的 Quantum-X800 CPO 令人驚訝地採用了 200G PAM4 MRM 。

  • STT 觀點：過去業界認為 MRM 對溫度極度敏感 (熱漂移問題)，難以量產。但 Nvidia 證明了透過 TSMC 的製程控制與先進的熱補償機制，MRM 的小體積 (比 MZM 小兩個數量級) 與低功耗優勢可以被實現。這是一個工程上的巨大里程碑。

• Celestial AI 陣營 (EAM 電吸收調變器)：

  • Celestial AI 選擇了 EAM，主打 熱穩定性 (Thermal Stability)。EAM 能承受瞬間 35°C 的溫差而不需複雜的校準，這對於要放在高熱 GPU 旁的 Scale-Up 應用來說，是一個極具吸引力的特性 。

產業連鎖反應 (Chain Reaction)

1. 供應鏈重組：從「光模組廠」到「封裝整合」

CPO 的出現正在重塑傳統光通訊供應鏈的價值分配：

輸家？：傳統 DSP 供應商與純組裝的光模組廠 (Transceiver Vendors) 面臨價值被稀釋的風險。因為 DSP 被拿掉了 ，且光引擎是在晶圓層級就封裝好的。

新角色：傳統模組廠 (如 Innolight, Coherent) 正轉型為 CPO 整合商 或 ELS (外部光源) 供應商。由於雷射 (Laser) 是最容易失效的元件，Nvidia 的架構堅持採用 可插拔的外部光源 (ELS)，這保留了模組廠的生存空間 。

2. 競爭對手動態

Broadcom：作為 CPO 先行者，擁有 Humboldt 與 Bailly 兩代產品，但正將重心轉向 TSMC COUPE 平台，這顯示出生態系正在收斂 。

Intel：雖然有不錯的矽光子技術 (OCI)，但其整合路徑相對封閉。

Celestial AI：值得關注的黑馬。Marvell 已透過收購/投資介入，其 Photonic Fabric 瞄準的是記憶體與運算單元的解耦合 (Disaggregation)，這可能是 AWS Trainium 4 等下一代 ASIC 的秘密武器 。

Simple Tech Trend 的總結 (Conclusion)

我們認為，2025 年 Nvidia CPO 交換器的推出，其象徵意義大於實質的總體節能意義。這不是一個為了「省一點電」的過渡方案，而是為了 Feynman 與 Rubin Ultra 世代 做準備的基礎建設。

結論：Scale-Out CPO (如 Quantum-X800) 是前哨戰，目的是打通供應鏈、驗證可靠度 (Meta 數據顯示 CPO MTBF 是可插拔模組的 5 倍 )。真正的終局之戰在 Scale-Up，屆時銅纜將徹底退場，光學將直接貼合在 GPU 旁 (Optical Interposer)。

• 觀察指標 (未來 6-12 個月)：

  1. ELS 標準化：各家 ELS 規格是否收斂？這決定了維運成本。

  2. 200G MRM 良率：Nvidia 能否大規模量產 200G MRM 將是檢驗 TSMC SiPh 製程成熟度的關鍵。

  3. Broadcom x OpenAI：觀察 Broadcom 是否將 CPO 導入 OpenAI 的自研晶片，這將是 CPO 進入主流 ASIC 的訊號 。