基础概念与光互连架构

光 I/O

Optical I/O · OIO
2026 高频词2026 新词图解OIO

定义

把光引擎作为芯粒(Chiplet)与计算芯片共封装,让光信号直接抵达芯片封装边缘。
大白话 光不只连到交换机,还要一路连到芯片封装边上,未来芯片之间的通信也走光。

图解

传输距离由近及远 · 越靠左,光越难打进(成本与功耗越不划算)<1mmcm 级1–3m5–100m0.5–10km10–80km+芯片间 / 芯粒间光 I/O · OIO · UCIe 之上的光延伸最前沿,尚未规模商用封装内与板内CPO / NPO / OBO 光引擎2026 交换机侧已量产机架内DAC / AEC 铜方案为主,光在渗透2–3m 是铜的最后阵地机架间可插拔 800G / 1.6T 模块当前绝对主力战场园区与城域FR / LR · DWDM · 相干模块DCI 与算力调度落点跨数据中心ZR / ZR+ 相干 · Scale-across空芯光纤在这里最有价值同一张图也解释了「铜退光进」的顺序:替代从右往左发生,越往左越难,因为短距下光的成本与功耗优势被抵消。
光互连的距离层级 光互连按传输距离分成六个层级。判断任何一个新术语的价值,先问它落在哪一层——落在越左边,技术越前沿但商业化越晚;落在「机架间」这一层,才是当下真正在出货的量。
CPO 的物理底座 · 2.5D 是「并排放在转接板上」,3D 是「叠起来」2.5D 封装封装基板硅转接板 Interposer(含 TSV)ASIC交换 / 计算HBM内存光引擎OE光电元件并排放在同一转接板上电距离缩短到百微米级,工艺相对成熟当前 CPO 主流实现路径3D 封装封装基板底层芯片(含 TSV 硅通孔)垂直走线替代水平绕线上层芯片或光引擎HBM 堆叠元件垂直堆叠,走线更短、密度更高散热路径变长,对良率与热管理挑战更大已有厂商展示 3D CPO 方案,量产尚早
2.5D 与 3D 封装剖面 2.5D 封装把 ASIC、HBM、光引擎并排放在同一块硅转接板上,靠转接板内的布线互联;3D 封装则把它们垂直叠起来,走线更短、密度更高,但散热与良率更难控制。CPO 的良率问题很大程度上是先进封装的良率问题,而不是光器件本身的问题。

说明

光 I/O(Optical I/O)指把光互连直接做到芯片与芯片之间,也就是 Scale-up 域内加速器之间的高速互联,是光互连光谱上最靠左、对带宽密度与时延要求最苛刻的一段。

它与 CPO 的关系是:CPO 解决「光引擎怎么靠近 ASIC」,光 I/O 则进一步把光接口变成芯片 I/O 的一部分——理想的形态是芯粒(chiplet)之间用光芯粒互联,电气接口由 UCIe 这类协议定义,光负责跨芯粒的物理传输。

目前光 I/O 仍处于较早期阶段,主要挑战包括:光源方案(外置还是集成)、封装内的散热与供电、以及测试与良率。但它是 Scale-up 继续扩大规模时几乎绕不开的方向,因为铜在超高带宽密度下的能耗问题无法回避。

关键数字

芯粒间光 I/O 的最终目标距离
UCIe芯片间互连需要对接的协议体系
pJ/bit衡量其价值的核心指标

关键要点

  • 是光互连的终极形态方向:从「板级光互连」走到「封装级乃至芯片级光互连」。
  • 与 UCIe 等芯粒互联标准、硅光平台成熟度高度绑定,是 2030 年代光子 I/O 主流架构的候选。
  • 业内预期 2030 年后光 I/O 才有望成为主流标准架构,当前仍在验证阶段。
← 上一个词条直连铜缆 / 有源铜缆 下一个词条 →光背板