一文看懂Micro LED CPO

光通信領域，又有新“噱頭”了。

就在不久前，一份名為《Micro LED CPO開啟數據中心互連新局》的研報，引起了整個行業以及資本市場的關注。

研報指出，Micro LED CPO具有顛覆性的高帶寬、低功耗和小型化優勢，可以將光模塊整體功耗降低20倍。行業專家也紛紛預測，這項技術將重新定義數據中心的架構設計，并可能在未來幾年內掀起一場技術革新風暴。

那么，到底什么是Micro LED CPO？它真的有那么厲害嗎？

Micro LED CPO = Micro LED + CPO

Micro LED CPO，即Micro LED + CPO，是微米級發光二極管（Micro LED）與共封裝光學技術（CPO）的深度融合。

Micro LED和CPO，都不是新名詞。CPO的本質，是把光模塊（光引擎）從交換機的外表面，“搬進”交換機的心臟，和AISC交換芯片封裝在一起。

這樣一來，可以縮短光模塊和交換芯片之間“電通道（上圖紅色線）”的距離，從而顯著抑制電信號容易發生的高頻信號衰減與電磁干擾。

“電通道”一直都是限制連接速率的主要因素。當速率突破1.6Tbps，傳統可插拔光模塊方案已逼近物理極限，信號完整性急劇惡化，誤碼率飆升，散熱與功耗也呈指數級增長。

過去這幾年，CPO技術發展迅猛，已經開始進入規模商用階段。

CPO實物圖

再來看看Micro LED。事實上，這次Micro LED CPO爆火，關鍵在于Micro LED。

提到Micro LED，大家首先會想到的肯定是顯示器。一直以來，我們所使用的液晶顯示器，都是采用的LCD、LED等技術。

Micro LED，是一種更先進的LED技術。Micro的意思是“微小”。Micro LED是將LED微縮至5微米以下的自發光像素陣列技術，每個像素獨立驅動、無背光、響應速度達納秒級。

而將Micro LED從實驗室帶入大眾視野的，是蘋果的Vision Pro。說白了，Micro LED最開始是為AR/VR而生的。

后來，專家們發現，Micro LED的微米級像素尺寸、納秒級響應速度與超高光效特點，恰恰為光互連提供了極佳的光源基礎——更小的發光面積、更低的驅動電壓、更高的調制帶寬，能夠讓光信號生成效率躍升一個數量級。

而光模塊就是發光和收光，光電信號轉換。

光模塊的組成

傳統光模塊，使用的是邊發射激光器（EEL）或垂直腔面發射激光器（VCSEL）。這種激光器，尺寸大、功耗大，調制效率與能量效率表現已無法滿足時代需求。

VCSEL激光器

硅光方案雖然可以一定程度提升集成度，但也存在光源耦合效率、晶圓級良率方面的問題。

眾所周知，目前AI爆炸式增長，智算中心的建設需求十分旺盛。在智算中心中，有大規模的算力集群，需要高速率、低延時、低功耗的芯片間互連。

英偉達的銅纜方案，全部都是電信號，成本和功耗極其恐怖，且傳輸距離極短（幾米）。

傳統激光器的光互連方案，單模塊功耗也非常高。一個大型數據中心，僅光模塊的功耗占比就超過25%，嚴重影響了整體能效和成本。

Micro LED的出現，提供了一個更好的解決方案。

根據最新研究數據顯示，以1.6Tbps光通信產品為例，傳統光模塊的功耗高達30W。如果采用Micro LED CPO方案，整體功耗有望大幅降低95%以上，降至1.6W左右。

也有機構數據顯示，基于Micro LED的光互聯方案，單通道功耗可降至傳統VCSEL方案的1/10、硅光方案的1/5，同時光引擎集成密度可提升3倍以上。

這是非常驚人的能效提升，可以大幅緩解智算中心的功耗與散熱壓力，顯著降低運營成本。

一個10萬卡GPU集群，如果機架間互聯全部采用Micro LED CPO，一年可節約1500萬度電，相當于減少約1.2萬噸碳排放。

Micro LED，為什么這么強？

Micro LED只是換了一個光源，為什么會帶來這么大的提升？

可以從底層原理來分析一下。

傳統激光器，是一個“大型探照燈”。而Micro LED，則是幾百甚至上千個“微型手電筒”陣列。

Micro LED發射陣列

這些Micro LED尺寸小于50微米，與CMOS驅動電路集成封裝在一起，可以實現更高密度的并行光發射。

每顆Micro LED對應一個獨立數據通道，降低了單通道的速率要求，只需μA（微安）級極低驅動電流，采用NRZ簡單直接調制（無需額外調制器）。例如，128顆Micro LED陣列，每通道速率4Gbps，帶寬就達到400G以上了。

Micro LED陣列發出的多路光信號，經專用透鏡準直聚焦后，耦合進入多芯成像光纖，實現并行傳輸。

在接收端，通過CMOS集成PD（光探測器）陣列，把光轉回電。整個過程無需復雜WDM（波分）或高速SerDes，功耗直接砍到80fJ/bit（發射端，無FEC前向糾錯）。（fJ=飛焦，1飛焦=10^{-15}焦。）

相比之下，傳統激光器的體積更大（毫米級），激光閾值電流高，驅動電流大約是200mA以上，且需搭配高功耗TIA（跨阻放大器）與DSP（數字信號處理芯片），能耗普遍高于1.2pJ/bit（pJ=皮焦，1皮焦=1000飛焦）。即使采用硅光方案，能耗也達到400fJ/bit。

Micro LED的載流子復合效率極高，光子生成過程幾乎無熱損耗。其響應速度更快、調制效率更高，光子利用率提升3倍以上。加之CMOS工藝兼容性極佳，可實現光器件單片高密度集成，徹底規避傳統光模塊中多級封裝帶來的寄生損耗與熱阻瓶頸。

Micro LED工作溫度范圍更寬，-40℃至125℃均可穩定輸出（在85℃高溫下仍能維持90%以上光輸出），無需TEC溫控。

而傳統激光器在85℃以上即出現明顯波長漂移與效率衰減，必須依賴高功耗熱電制冷。

Micro LED與CPO架構是絕配。Micro LED的低熱功耗特性，恰好化解CPO高集成度帶來的散熱難題。而CPO提供的超短電互連路徑，則能夠充分發揮Micro LED納秒級調制潛力。

過去，受限于VCSEL調制帶寬與熱管理瓶頸，CPO不得不在速率、功耗與封裝密度間反復妥協。如今，Micro LED以更低驅動電壓、更小熱阻和更高光子轉換效率，真正釋放了CPO架構的物理潛力。

業界很多人將“傳統激光器+CPO”稱為CPO 1.0，而將“Micro LED+CPO”定義為CPO 2.0。它不再只是互連架構的物理遷移，更是光電器件與系統級設計的范式躍遷。

Micro LED，仍面臨不少挑戰

Micro LED CPO很強。但是，想要真正實現商業化落地，并不是一件簡單的事情。在核心技術、工藝流程、產業配套等方面，仍面臨不少的挑戰。

用于光互連的Micro LED，和顯示級Micro LED在材料體系、波長匹配、良率控制上存在非常大的差異，并不是直接拿來就能用的。

波段方面，顯示用Micro LED以可見光波段為主（通常采用GaN基藍光芯片），而光通信需要850nm、1310nm等特定通信波段，對外延材料與芯片設計提出了完全不同的要求，晶圓異質集成難度大幅提升。

調制帶寬方面，商用顯示用Micro LED的調制帶寬普遍在10GHz以內，而光通信用途，想要實現1.6Tbps以上速率，單通道需要50GHz以上的調制帶寬。

高頻，意味著對材料有更高的要求，要確保光功率、帶寬、線性度不會嚴重下滑。InP（磷化銦）基Micro LED在50GHz高頻驅動下，結溫攀升速率較顯示級快3倍，這也帶來熱管理挑戰。

之前曾有某廠商人士透露，Micro LED 850nm波段樣品僅實現25GHz帶寬，50GHz以上高頻樣品仍在驗證中。

光耦合精度方面，Micro LED需納米級對準，工藝容錯率極低。耦合精度需控制在±1~2微米內，否則耦合效率損失可達30%以上。

可靠性方面，數據中心光互連的工作環境和強度比普通顯示器苛刻多了，需要光器件具有更強的環境耐受性。例如，在高溫高濕、長期滿負荷運行下，光功率衰減率須低于0.1%/千小時，壽命要求超25年。

值得一提的，還有Micro LED CPO方案的通信距離限制。

LED光譜寬，色散大。距離長了，就會有很大的光串擾。所以，Micro LED CPO方案目前只適用于短距互聯場景（＜50米），如機柜內或相鄰機架間的數據傳輸（GPU集群內部連接）。面對跨機房、城域級等中長距需求，仍需依賴傳統光模塊與DWDM技術協同補位。

Micro LED如果進行量產，還涉及到一個“巨量轉移”技術挑戰。

簡單來說，巨量轉移就是將數百萬甚至上億顆微米級的LED芯片，從生長基板上快速、精準地轉移到顯示或光通信的驅動電路基板上。這一過程要求極高的精度和效率，稍有偏差就會導致良率下降和成本飆升。

目前，業界提出了多種巨量轉移技術方案，但在實際應用中仍存在諸多瓶頸，有待進一步技術攻關。

簡而言之，盡管Micro LED CPO在理論上具有顛覆性的優勢，但其高昂的研發和制造成本，以及關鍵技術和封裝工藝上仍然存在的問題，使其短期內難以實現大規模商用。

行業專家普遍預測，Micro LED CPO需要3-5年的時間才能真正邁入規模化商用階段。即便是最樂觀的預測，也需要等到2027年。

Micro LED的產業化進展

目前，整個行業對Micro LED CPO技術非常重視，多家頭部廠商紛紛入局，投入資源進行技術研發和產線建設。

北美方面，微軟在去年8月推出了名為“MOSAIC”架構。目前800G原型機已經測試成功，且向后兼容現有接口。

英偉達此前提出了其硅光子CPO規格目標，包括低能耗（<1.5 pJ/bit）、小型化（>0.5 Tbps/mm2），以及高可靠性（低于10 FIT，Failure in Time，十億小時低于一次的故障率），等等。Micro LED CPO，可以很好地滿足這方面的要求。

在GB200、Blackwell等最新的AI算力平臺上，英偉達已經為CPO方案預留了標準化的集成接口。英偉達近期40億美元投資入股了光學技術公司Lumentum和Coherent，都是押寶光互連這個方向。

日韓方面，三星已完成基于Micro LED的100Gbps單通道光互聯原型機開發，索尼則在車載光互聯場景實現了技術驗證。

臺企方面，臺積電開放了3D Fabric封裝平臺，與美國Avicena等公司合作，加速Micro LED互連產品的生產落地。聯發科也于近期宣布攻克Micro LED光源技術，將在4月的OFC大會上展示有源光纜方案。

內地產業鏈也毫不示弱。

三安光電是國內Micro LED芯片領域的領先企業，目前6英寸產線滿產，深度綁定全球光模塊巨頭，良率極高。

華燦光電背靠京東方，建成了全球首條6英寸Micro LED量產線。他們還與新相微戰略合作，重點攻堅相關技術的研發與生產。

通富微電在2.5D/3D先進封裝、晶圓級封裝、高密度互連領域擁有成熟的量產能力。其掌握的超薄晶圓鍵合、10微米以下間距微凸塊制造、光電混合集成封裝技術，可實現 Micro LED 光源陣列、硅光芯片、算力交換芯片的同封裝異構集成。

國內已經構建了全球最完整的Micro LED全產業鏈，目前處于“送樣驗證”到“小批量量產”的關鍵階段。2026年被視為國產替代加速落地的元年，我們很可能在該賽道實現換道超車。

結語

綜上就是關于Micro LED CPO的詳細介紹。

總而言之，Micro LED CPO在功耗、適應性、集成性、可靠性等方面擁有明顯的優勢，能夠更好地滿足AI浪潮下智算中心對網絡連接的極致需求，具有非常不錯的發展前景，值得大家密切關注。