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铜的尽头是光：GlobalFoundries 高管 Tom Barber 谈 CPO、硅光与 AI 互连的未来
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铜的尽头是光：GlobalFoundries 高管 Tom Barber 谈 CPO、硅光与 AI 互连的未来

铜的尽头是光：GlobalFoundries 高管 Tom Barber 谈 CPO、硅光与 AI 互连的未来 AI产业链研究
2026-08-10
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这篇文章分享下半导体行业播客Semi Doped 前两天发布的对 GlobalFoundries（格芯，简称 GF）副总裁、通信基础设施与数据中心业务负责人 Thomas Barber 的一期专访。访谈以 CPO 为核心，覆盖了 GF 的硅光子业务布局、铜的物理极限、从可插拔光模块到 CPO 的技术演进、行业标准 OCI MSA 以及 GF 的 SCALE 平台等内容。文中问答部分为对访谈内容的节选与翻译。

一家“出乎意料”的硅光子龙头

在多数人的印象里，GlobalFoundries 是那家从先进制程竞赛中抽身、转做成熟与差异化工艺的代工厂。很少有人把它和光学、和 CPO 联系在一起。但事实上，GF 做硅光子已经超过十年，这段历史可以一路追溯到 IBM 微电子业务。
问：大家想到 GF 时，通常想到的是成熟制程，而不是光子学。GF 在光子学领域到底做了什么？这段历史有多久？
答：GF 的聚焦点是我们所说的“必需硅”（essential silicon），也就是让所有电子系统——包括数据中心——运转起来的基石：电源、通信、存储等等。硅光子与这个战略高度契合，它技术差异化大、复杂度高、市场又极具挑战性，正好提供了巨大的差异化空间。很多人不知道的是，GF 脱胎于 AMD 的晶圆厂，后来先后收购了特许半导体（Chartered Semiconductor）和 IBM 微电子，后者在硅光子领域有很长的历史。IBM 微电子的相关投入其实始于 2000 年代中期，最初是把波导、调制器和光电探测器集成进 CMOS 工艺；到 2010 年代中期，大约十年的努力后，这些技术变成了量产产品——以 25G/通道的速度大规模出货。当时出货量还不大，因为它只用于长距离点对点通信，但我们持续投入，如今已经做到第三代集成硅光子，正在数据中心大规模部署。
在访谈中，Barber 还回应了一个在外界看来相当“反直觉”的说法：GF 是营收规模最大的纯硅光子代工厂。他认为这个判断是成立的，背后有两层原因：一是 GF 与关键客户保持了长期合作，客户本身就是各自市场的领先者；二是 GF 很早就把硅光子搬上了 300mm 晶圆产线，放在纽约 Malta 的工厂里。
问：从 200mm 到 300mm，为什么这么重要？
答：目前大多数硅光子仍然产自 200mm 晶圆，这是大多数竞争对手所处的阶段。转到 300mm 晶圆后，半径增加 50%，而面积是半径的平方，所以单晶圆可产出的裸片数是原来的 2.25 倍。同样跑一批晶圆，产出翻了一倍多。这在规模化阶段极其关键。硅光子此前是个相对小的业务：一方面有磷化铟（InP）和 EML 这些在 50G、100G 时代很有竞争力的替代方案；另一方面整个市场规模也小得多，数据中心这块还没真正起来。而现在 200Gbps 这个节点真正起飞了，这正是硅光子的最佳舞台，所以硅光子出现了爆发式增长。300mm 带来的额外产能，正好接住了这波需求。
此后，GF 还收购了新加坡的 AMF 团队，带来了一整套与 GF 原有业务高度互补、且高度差异化的产品——GF 原本侧重短距离和数据中心产品，AMF 则大量涉足长距离市场。Barber 直言，GF 硅光子业务与 AMF 业务的组合，正是 GF 坐上营收头把交椅的原因。

铜的物理极限：光互连为何不可避免

要理解 CPO 为什么被推上风口，首先要理解铜的问题。Barber 用一组很直观的数据说明了铜的困境：速率越高，铜缆能可靠传输的距离越短。
问：能否拆解一下行业现在要克服的问题？
答：归根结底是铜的固有局限——传输距离。100Gbps 时，一根无源直连铜缆（DAC，没有任何有源器件）大约能覆盖 2 米，基本就是一个机柜的高度，机柜内任意位置的连接用铜都没问题。到了 200Gbps，这个距离掉到大约 1 米——这就是为什么你在 NVL72 这样的系统里看到交换机被移到了机柜中部，因为那已经是铜的物理极限了。到 400Gbps，距离只剩半米，你不可能把机柜缩小四分之一，所以必须转向更快、或者说传输距离更远的方案——也就是光。这是机柜内部的情况。而如今绝大多数 scale-up（纵向扩展）网络都还局限在单个机柜内：NVL72 是一个机柜，AMD 刚发布的 Helios 也是一个机柜。但业界真正想做的是跨越多个机柜，一旦跨机柜，就要跨越几十米甚至上百米的距离，这时绝对必须切换到光——以我们想要的速率，铜是不可能做到的。
访谈中 Barber 还提到，Google 和华为已经走在前面：它们把 scale-up 网络做到了 300 颗、500 颗甚至上千颗 GPU，横跨 6 到 10 个机柜，靠的正是光通信来支撑这种跨机柜扩展。

从可插拔到 CPO：一条关于功耗和成本的演进路径

既然光互连不可避免，接下来的问题就是：用什么样的形态。Barber 给出了一条清晰的技术演进主线——从可插拔光模块（pluggable），到近封装光学（NPO），再到共封装光学（CPO）。驱动这条路径的，是成本、功耗和密度三个因素。
问：可插拔、NPO、CPO 之间的区别是什么？
答：三种形态都可以，我们看到行业趋势是从可插拔走向 NPO，再走向 CPO。原因在于成本、功耗和密度。当光模块位于机柜边缘时，从机柜边缘到服务器中部的 GPU 或交换 ASIC，大约有 35dB 的损耗，这部分损耗必须由模块里那颗又贵又耗电的 DSP 来补偿。换成 NPO 后，损耗从 35dB 降到大约 15 到 20dB，这就允许你在电学侧大幅减少补偿——如果链路预算足够，甚至可以去掉重定时器（retimer），这就是所谓的“线性”（linear）方案，把 DSP 从系统里拿掉，省下大量成本和功耗。但 NPO 仍然有比较笨重的封装，系统里仍有大约 15dB 的损耗要补偿。如果把光电转换继续往封装里推，做成 CPO，损耗就能从 15dB 降到大约 6dB——不仅链路预算多出了约 20dB，还允许你显著降低 SerDes 的功耗。
这套逻辑的最终落点，是“每比特皮焦耳”（pJ/bit）这个能耗指标。Barber 给出了一个很直观的对照：一个全重定时的可插拔光模块大约消耗 20 到 25 pJ/bit；NPO 采用线性方案去掉 DSP 后，可以降到约 10 pJ/bit；而当光学直接进封装、和 GPU 或 ASIC 放在一起后，损耗只有约 3dB，可以用功耗最低的 SerDes，做到不到 5 pJ/bit。
问：既然 CPO 最省电，为什么不直接跳过去？
答：顾虑在于可靠性。目前数据中心客户对可插拔非常放心，因为出问题直接换一个插上就行——很多人甚至不做根因分析，只要换上新的模块问题消失了，就继续用。NPO 是朝正确方向迈出的半步，它多半是带插座的，维护起来相对容易，但你需要打开服务器物理更换。而到了 CPO，光学是永久贴在 GPU 封装内部的，可靠性要求就变得极高。所以数据中心客户——尤其是 Meta——正在做验证工作。Meta 发布了多版长期测试研究，用 5 万颗 GPU 组成采用共封装光学的网络，结果发现它的实际可靠性反而高于可插拔，在整个测试范围内（大约累计 5000 万小时）没有出现链路抖动（link flap）——而链路抖动恰恰是光通信中人们最担心的故障。它们正在逐步建立信心，但在完全确认可靠之前，不会大规模部署。
问：为什么人们原本担心 CPO 的可靠性，结果却发现没那么糟？
答：因为光学系统里很多故障恰恰是由“可插拔”这个事实本身造成的。插拔时，灰尘有机会进入连接器、挡住光信号——你换模块时灰尘进去了，可靠性问题就出现了，账却记在了模块头上。而 CPO 是在洁净室环境里完成整体集成的，没有灰尘；永久或半永久固定连接也不存在这类连接器接触问题。所以超大规模客户真正要确认的，不是“CPO 和可插拔一样可靠”——那还不够——而是 CPO 是否比可插拔可靠得多，可靠到可以成为系统的永久组成部分。
在成本端，CPO 的账也算得过来。访谈中 Barber 指出，从可插拔走向共封装，剥掉的组件相当可观：外壳没了，大量辅助电路没了，其中最大的成本项是 DSP 也没了；再加上功耗大幅下降，直接转化为运营成本的降低。

OCI MSA：行业为什么要“重写”光学标准

CPO 要大规模落地，光有技术还不够，还需要生态标准。访谈中 Barber 用相当篇幅解释了什么是 OCI MSA（光计算互连多源协议），以及它为何与以往的标准不同。
问：什么是 MSA？行业为什么要制定这样一个协议？
答：MSA 就是“多源协议”（Multi-Source Agreement）。本质上，是行业拿到一个标准——通常是 IEEE 的标准——然后说：这很好，但里面有很多可选项，我们约定一下做哪些、不做哪些，怎么测试、怎么保证互操作。最著名的 MSA 其实是 Wi-Fi 联盟：它把 IEEE 的 Wi-Fi 规范变成可以产品化的东西。光学行业的 MSA 传统上主要聚焦机械层面，比如可插拔模块的封装外形（QSFP 之类的形态），它定义了机械和电气接口，让模块插上就能用。但 OCI MSA 有点不同，它直接定义的是光学接口本身。因为现有的 IEEE 802.3 规格对 scale-up 计算来说不够用，而 OCI 的创始成员——AMD、博通、英伟达、Meta、微软、OpenAI——都是数据中心行业最核心的供应商，他们最清楚 scale-up 网络需要什么，于是聚在一起说：IEEE 定义的光学规格并不真正适合 scale-up 应用，这才是我们相信适合的方案。
OCI MSA 最引人注目的技术取向，是“宽而慢”（wide and slow）。过去行业为了在单根光纤上塞进更多数据，从 NRZ 走向了 PAM4 多电平调制。Barber 解释了 OCI 为什么反其道而行之。
问：我听到你说行业不是继续提升单通道速率，而是“往回走”？
答：对。传统思路是尽可能快、尽可能多地把数据塞进单根光纤，于是行业转向了多电平调制 PAM4——每个符号两个比特、四个电平。问题是这四级电平挨得很近，接收端要么需要很大的功率、要么需要极低的噪声才能正确接收。OCI 的做法是回到二进制：每个符号只有一个比特，把速率降到 50GHz，但每根光纤用四个波长，仍然维持每根光纤 200Gbps 的带宽——只是用四个波长来实现。这样接收机复杂度大幅下降：需要的信道均衡大幅减少，前向纠错（FEC）的需求也大幅减少。NRZ 在 50GHz 下的原生误码率比 PAM4 低了大约一百万倍，接收 NRZ 信号要容易得多，这直接转化为成本和功耗的下降。
对于激光器数量是否因此大增的疑问，Barber 的答案是：不会。激光功率可以被分路、同时驱动多根光纤。一个连接八根光纤的收发器，目前典型比例是 4:1——两颗激光器驱动八根光纤；可插拔方案正迈向 8:1；而 OCI 规范把这一比例推到更极端，最多可以做到 32 根光纤共享一颗激光器。也就是说，一个满足 OCI 所需八个波长的完整光引擎，只需要八颗激光器。

SCALE 平台与 GF 的差异化打法

作为代工厂，GF 在 CPO 中的角色是把自己定位为“行业首个 OCI MSA 就绪平台”的提供者，这就是 2026 年 5 月发布的 SCALE（硅光子共封装先进光引擎）解决方案。Barber 详细解释了 SCALE 的平台构成。
问：SCALE 平台具体是什么？
答：SCALE 是把做“电到光”转换所需的一切，打包成一个已知良好（known-good）的形态——叫它 chiplet 也好、模块也好。它包含一个电子 IC，用来和 CPU、GPU 或 AI ASIC 通信；这个电子 IC 叠在一颗光子 IC 上面，由光子 IC 完成电信号和光信号之间的转换。光子 IC 上有一个可拆卸的连接器，这个可拆卸连接器很关键——因为组装一颗 CPU 时，你绝对不希望光纤“小尾巴”一直挂在光子 IC 上。你希望先把服务器像搭积木一样搭好，最后再接线。有了可拆卸的光纤连接器，整个过程就和铜很像：先装好所有 PCB，最后接上一套光纤线束，从贴着 GPU 的 CPO 模块一路连到服务器边缘。
问：这些部件，GF 自己制造和组装哪些？
答：我们具备制造全部的能力。光子 IC 肯定是我们 100% 制造，同时有很多设计伙伴和我们一起做光子 IC 设计。电子 IC 取决于设计的复杂度：如果数字部分不复杂，可以用我们的 FinFET 或 FDX 工艺；如果是简单的线性转换，甚至可以用我们的硅锗（SiGe）工艺；如果客户需要更先进的数字处理、想用 3nm 或 2nm 这样的先进节点，也没问题，我们把晶圆收进来做组装和测试。微光学器件由外部制造，但组装和测试由我们完成。最终交付的是一个已知良好、经过完整测试、可靠性极高的模块。
在光电耦合的具体技术上，GF 与台积电等对手走了一条不同的路。访谈中 Barber 比较了两者：台积电 COUPE 平台用的是光栅耦合器（grating coupler），而 GF 用的是“微镜”（micro-mirror）方案——光仍然从垂直方向进入芯片，和光栅耦合器一样，但 GF 在晶圆里植入一面微镜，把光反射成水平方向、耦合进波导。之所以不用光栅耦合器，是因为后者本身带宽有限，无法用单一方案覆盖整个 O 波段（约 1310nm 的光学频段）。而微镜方案能覆盖整个 O 波段，为波长规划保留了最大灵活性——OCI 目前是每个方向四个波长，未来提高带宽的方式就是加更多波长，所以把整个 O 波段都用起来至关重要。
在制造端，CPO 对测试提出了全新要求。GF 强调“已知良好裸片”（known-good die）的完整测试能力：光学引擎是双面测试——电信号从底部进（连接基板或中介层），光从顶部进，而且要在高速下并行测试大量通道。Barber 举例说，普通的可插拔收发器现在最高做到 1.6Tbps，而未来的光学引擎要做到 7.2T、14.4T 甚至更高。除了时间零点（time-zero）的良率，更关键的是长期可靠性——产品要在极端环境下稳定工作十年以上，现场零失效。这正是 CPO 能否被数据中心接受的分水岭。

市场空间：真正的对手是铜

谈到市场，Barber 给出了一个很有格局感的判断：GF 的敌人不是其他代工厂，而是铜。在访谈结尾，他还谈到了另一张牌——硅锗工艺。
问：从外部看，非工程师如何判断各家硅光方案的好坏？
答：市场不会说谎，市场最终会选择最好的方案。我们还处在这个市场的非常早期。我直说：台积电、其他代工厂对我来说不是敌人，我现在的敌人是铜。我在努力打败铜。如果台积电赢了、我们也赢了，那太好了——因为我们都取代了铜。在铜被彻底取代之前，市场足够大，够大家分。至于从外部怎么看，你会看到客户最终采纳某些方案——那会告诉你谁有最好的方案。
在市场规模上，Barber 指出，scale-up 的带宽需求大约是 scale-out（横向扩展）的 5 到 10 倍，而今天的 scale-up 网络全部在用铜。如果把 scale-up 从铜搬到光，相当于市场瞬间放大 5 到 10 倍。他引用行业机构 LightCounting 或 Signal AI 的预测称，光通信市场已经是数百亿到接近千亿美元的量级，叠加带宽和服务器数量的持续增长，这是一个会高速增长很多年的市场。
最后，Barber 还解释了 GF 另一块被市场关注的业务——硅锗。光收发链路里有两个关键的本地放大器件：调制器驱动（driver）和跨阻放大器（TIA）。200G/通道的 PAM4 信号需要大约 55GHz（重定时系统）到 70GHz（线性系统）的带宽，而放大器的晶体管速度通常需要达到带宽的 5 倍——也就是说，做 200G/通道需要 350 到 400GHz 的晶体管，做 400G/通道则需要 600 到 700GHz。能在规模上、可靠地做到这一点的公司寥寥无几，而 GF 的硅锗正是其中之一。这也解释了为什么访谈中提到 GF 佛蒙特州工厂的硅锗产能“被超额认购”——随着 1.6T 收发器放量，GF 在 400G/通道这个节点上正获得不成比例的份额。
《完》

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