信號完整性提高64倍！英偉達AI GPU 光通信方案明年發布｜硅光子 + CPO 能效躍升3.5倍！
2025-08-25 08:32:24 EETOP英偉達 CPO 技術實現低功耗高速互聯
隨著 AI GPU 集群規模持續擴大，跨網絡層的通信需求正推動光通信技術的應用。今年早些時候，英偉達透露其下一代機架級 AI 平臺將采用硅光子互連結合共封裝光學（CPO）技術，以更低功耗實現更高傳輸速率。在今年的 Hot Chips 會議上，英偉達進一步披露了下一代 Quantum-X 和 Spectrum-X 光子互連解決方案的細節，預計 2026 年落地。
英偉達的技術路線圖與臺積電 COUPE 路線圖高度同步，后者分三個階段推進：第一代是適用于 OSFP 連接器的光引擎，支持 1.6 Tb/s 數據傳輸并降低功耗；第二代引入 CoWoS 封裝的共封裝光學，在主板層面實現 6.4 Tb/s 速率；第三代目標是在處理器封裝內實現 12.8 Tb/s 傳輸，并進一步削減功耗和延遲。
在大規模 AI 集群中，數千顆 GPU 需協同工作，這對處理器互連提出挑戰：傳統方案中每個機架通過短銅纜連接架頂（ToR）交換機，而新架構將交換機移至行列末端，以構建跨多機架的低延遲統一網絡。這一調整大幅延長了服務器與一級交換機的距離，當速率提升至 800 Gb/s 時，銅纜已無法滿足需求，幾乎所有服務器 - 交換機、交換機 - 交換機鏈路均需光連接。
英偉達指出，在這種場景下使用可插拔光模塊存在明顯局限：信號需先離開 ASIC，經電路板和連接器傳輸后再轉換為光信號，這會導致嚴重電損耗 ——200 Gb/s 信道上損耗可達約 22 分貝，需通過復雜處理補償，使單端口功耗升至 30W（進而需要額外散熱并可能成為故障點）。隨著 AI 部署規模擴大，這種方案幾乎難以承受。
CPO 技術通過將光轉換引擎與交換機 ASIC 集成，避免信號經長電跡傳輸，而是直接耦合至光纖，從而將電損耗降至 4 分貝，單端口功耗降至 9W。這種架構省去大量易損元件，大幅簡化光互連部署。
英偉達稱，借助臺積電 COUPE 平臺將光引擎直接集成到交換機芯片中，相比傳統可插拔收發器，CPO 在效率、可靠性和可擴展性上實現顯著提升：能效提升 3.5 倍，信號完整性提高 64 倍，因有源器件減少使彈性提升 10 倍，且由于維護和組裝更簡單，部署速度加快約 30%。
英偉達將為以太網和 InfiniBand 技術同步推出基于 CPO 的光互連平臺：
Quantum-X InfiniBand 交換機：計劃 2026 年初推出，單交換機吞吐量達 115 Tb/s，支持 144 個 800 Gb/s 端口，集成具備 14.4 TFLOPS 網絡內處理能力的 ASIC，并支持第四代可擴展分層聚合縮減協議（SHARP）以降低集體操作延遲，采用液冷設計。
Spectrum-X 光子平臺：2026 年下半年面向以太網推出，基于 Spectrum-6 ASIC 打造兩款設備：SN6810 提供 102.4 Tb/s 帶寬（128 個 800 Gb/s 端口），SN6800 擴展至 409.6 Tb/s（512 個同速率端口），均采用液冷方案。
英偉達設想，基于 CPO 的交換機將為規模與復雜度不斷提升的生成式 AI 集群提供動力。借助 CPO，這類集群可省去數千個離散元件，實現更快安裝、更易維護和更低單連接功耗，使 Quantum-X InfiniBand 和 Spectrum-X 光子平臺在開機時間、首 token 響應時間和長期可靠性等指標上顯著優化。
英偉達強調，共封裝光學并非可選增強功能，而是未來 AI 數據中心的結構性需求。這意味著該公司將把光互連技術作為對抗 AMD 等競爭對手機架級 AI 方案的核心優勢 —— 這也解釋了為何 AMD 近期收購了 Enosemi。
值得注意的是，英偉達硅光子計劃的演進與臺積電 COUPE（緊湊型通用光子引擎）平臺深度綁定。臺積電第一代 COUPE 通過 SoIC-X 封裝技術將 65nm 電子集成電路（EIC）與光子集成電路（PIC）堆疊集成。
臺積電 COUPE 路線圖分三階段推進：第一代面向 OSFP 連接器光引擎，實現 1.6 Tb/s 傳輸并降低功耗；第二代采用 CoWoS 封裝的共封裝光學，在主板層面支持 6.4 Tb/s；第三代目標是在處理器封裝內實現 12.8 Tb/s，進一步降低功耗與延遲。
