01 Context — Why CPO
Physics บังคับ
ไม่ใช่ Marketing
Source: Silicon photonics — photonic integrated circuit (PIC) on SOI wafer | การผลิต PIC เป็นหัวใจของ CPO technology
ก่อนเข้าใจโครงสร้างการผลิต ต้องเข้าใจว่า CPO ถูกบังคับโดย Physics ไม่ใช่ Marketing Cycle
เมื่อ SerDes ก้าวข้าม 200G/lane, electrical signal บน copper trace บน PCB เริ่มสูญเสียพลังงานสูงถึง
22 dB ต่อ channel ทำให้ต้องใช้ DSP กำลังสูง ดึงไฟ ~30W ต่อ port เพียงลำพัง
ในคลัสเตอร์ 100K GPU ของ NVIDIA นั่นหมายถึง optics อาจกินไฟ 10–20% ของ total compute power
CPO แก้ปัญหานี้ด้วยการย้าย optical-to-electrical conversion มาอยู่บน substrate เดียวกับ Switch ASIC
ทำให้ trace ลดเหลือ mm แทนที่จะเป็น cm signal loss ลดเหลือ 1–2 dB และไม่ต้องการ DSP full-retiming
"When linking up to 100K AI servers, NVIDIA estimates optics could consume 10–20× more power than traditional cloud data centers — up to 10% of total compute resources."
— BofA Global Research, Scaling AI with Photons · March 2026
// TEXT-AS-PICTURE: POWER CONSUMPTION COMPARISON
TRADITIONAL PLUGGABLE 30W/port
████████████████████████████████████████ 30W
DSP chip = 20W ████████████████████████
Laser = 10W ████████████
CO-PACKAGED OPTICS 9W/port
███████████ 9W (3.5× less)
Optical engine = 7W ████████
Laser source = 2W ██
Signal Loss: Pluggable = 22 dB ████████████████████████
Signal Loss: CPO = 1-2 dB █
└── 91% reduction
| Metric | Traditional Pluggable | LPO/LRO | CPO |
|---|
| Power (pJ/bit) | ~15 pJ/bit | 6–10 pJ/bit | ~5 pJ (roadmap: <1) |
| Signal Loss | ~22 dB | ปานกลาง | 1–2 dB |
| Serviceability | Hot-swap ได้ | Hot-swap ได้ | ELS module ถอดได้ |
| MTBF | <1 mn hours | — | >2.5 mn hours |
| Bandwidth Density | Standard | Standard | >1 Tbs/mm |
| Ecosystem Maturity | Decades | กำลังพัฒนา | Accelerating 2025–26 |
02 Supply Chain
7 Layer
แห่ง CPO Production
โครงสร้างการผลิต CPO มีความซับซ้อนกว่า pluggable transceiver หลายเท่า เพราะต้องผสาน
Electronic IC + Photonic IC + Laser Source + Fiber Attachment ในระดับ Package เดียว
แต่ละ Layer มี Barrier to Entry สูงและมีผู้เล่นที่มีความสามารถจำกัด
AI Data Center — fiber optic cabling for high-density networking
Semiconductor Fab — cleanroom production environment
L7 · END
AI Cluster Operators
ผู้ซื้อปลายทางที่ deploy ใน AI cluster จริง ทั้ง scale-out (Ethernet switch) และ scale-up (NVLink/TPU fabric) — driving multi-billion dollar demand
MSFTMETAAMZNGOOGLORCL
L6 · SYS
ODM / System Assemblers
รับ CPO switch ASIC + optical components มาประกอบเป็น complete switch system พร้อม fiber management, software stack, rack integration
CSCOANETNOKCIEN
L5 · ASIC
Co-packaged Switch ASIC + Optical Engine
หัวใจของ CPO: Optical Engine (PIC+EIC) co-packaged กับ Switch ASIC บน substrate เดียว ต้องการ TSMC COUPE / SoIC-X / Hybrid Bonding — ASP สูงกว่า non-CPO switch 89%
NVDAAVGOMRVL
L4 · COMP
PIC · EIC · UHP Laser · FAU · ELS
PIC: Photonic IC — modulator, detector, waveguide | EIC: Driver, TIA | UHP CW Laser 400mW+: InP source for CPO | FAU: Fiber Array Unit precision attach | ELS: External Laser Source module
LITECOHRTFCT&SSENKO
L3 · PKG
TSMC COUPE · SoIC-X · Hybrid Bonding
COUPE: stack EIC (65nm) บน PIC ด้วย SoIC-X bumpless bonding sub-10μm pitch | CoWoS: 2.5D interposer Gen 2 | Besi hybrid bonding equipment used by NVDA & AVGO
TSMCBesiASE
L2 · FAB
Silicon Photonics Foundry + InP / GaAs Fab
SiPho: TSMC COUPE process บน SOI wafer — CMOS-compatible 200–300mm fabs | InP: COHR Texas mega-fab 6" wafer (4–5x expansion), LITE UK+San Jose | GaAs: VCSEL production (COHR, AVGO)
TSMCTSEMGFSAMFAIM
L1 · BASE
Substrates · Epitaxy · Raw Materials
Photonics-SOI (Soitec): ใช้ใน every new AI data center — CPO 200mm² content/device | InP Substrate: AXTI, Sumitomo, Freiberger | MOCVD Epi (Aixtron): 90% share optoelectronics epitaxy — €100mn revenue 2025
SoitecAXTIAixtronVECO
⚠ Critical Bottleneck
Layer 2 (InP Fab) + Layer 4 (UHP Laser) คือ Critical Constraint ของ CPO ramp — InP substrate supply ตึงตัว COHR ลงทุน 4–5x ขยาย 6" InP capacity ใน Texas mega-fab ขณะที่ LITE มี dedicated fabs สำหรับ UHP laser โดยเฉพาะ การลงทุน $4bn ของ NVDA ใน LITE+COHR สะท้อนความสำคัญของ layer นี้
03 Production Process
กระบวนการผลิต
Step-by-Step
A. Process Flow: Wafer → System
01
Epi Growth
MOCVD deposit InP/AsP layers — Aixtron G10 equipment ใน COHR & LITE fabs
02
Wafer Fab
SiPho PIC: TSMC COUPE | InP Laser: COHR TX / LITE UK | EIC: CMOS 65nm
03
PIC–EIC Bond
SoIC-X hybrid bonding — EIC stacked on PIC ด้วย Besi equipment sub-10μm pitch
04
OE Assembly
Optical Engine chiplets placed on organic substrate ร่วมกับ Switch ASIC die
05
FAU + System
Fiber array attach (TFC/T&S), ELS plug-in, system integration, hyperscaler deploy
B. TSMC COUPE Stack — หัวใจของ CPO ใหม่
COUPE (Compact Universal Photonic Engine) คือ platform ที่ TSMC พัฒนาร่วม NVDA และ AVGO
ใช้ SoIC-X bumpless hybrid bonding ที่ stack EIC บน PIC ที่ pitch <10 μm — เป็น breakthrough
ที่ทำให้ CPO เข้าสู่ mass production ได้จริงในปี 2025–2026
// TEXT-AS-PICTURE: TSMC COUPE PHYSICAL STACK (cross-section view)
Fiber ◄────────────────────────────────────── Fiber
│ │
╔══════════════════════════════════════════════════╗
║ ELS MODULE │ 400mW InP CW Laser │ PLUGGABLE ║ ← LITE / COHR
╚══════════════════════════════════════════════════╝
│ photons ╔═══════╗ │ photons
┌──────────────────────────────────────────────────┐
│ EIC (Electronic Integrated Circuit) │ ← TSMC 65nm CMOS
│ [ Driver ][ TIA ][ MCU ][ Control Logic ] │
└────────────────────┬─────────────────────────────┘
│ SoIC-X Hybrid Bond <10μm pitch
│ Besi Die-attach equipment
┌──────────────────────────────────────────────────┐
│ PIC (Photonic Integrated Circuit) │ ← SOI Wafer · COUPE
│ [Modulator][Photodetector][Waveguide][Coupler] │
└──────────────────────┬───────────────────────────┘
│ electrical I/O (1–2 dB loss)
┌──────────────────────────────────────────────────┐
│ SWITCH ASIC ORGANIC SUBSTRATE │ ← AVGO TH6 / NVDA
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │
│ │ SWITCH │ │ OE Chiplet │ ×N │
│ │ ASIC Die │ │ (PIC+EIC) │ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ │
└──────────────────────────────────────────────────┘
│ fiber attach (FAU)
┌──────────────────────────────────────────────────┐
│ FAU (Fiber Array Unit) · TFC / T&S / Corning │
│ [MPO connector] [precision alignment] │
└──────────────────────────────────────────────────┘
Advanced Semiconductor Packaging — TSMC COUPE ใช้ SoIC-X hybrid bonding stack EIC บน PIC ที่ pitch <10 micron
C. สี่แนวทาง Packaging ที่แข่งกัน
[Switch ASIC]
┌────────┐ ┌────────┐
│ TH6 │ │OE Chip │ ←─── fiber
│ ASIC │ │PIC+EIC │ (permanent
└────────┘ └────────┘ bond)
AVGO Approach
Edge-Coupled Permanent Bond
Fiber bonded ถาวรที่ edge ของ PIC chiplet — bandwidth density สูงสุด, ไม่มี serviceability แต่ yield ดี
[Switch ASIC]
┌────────┐ ┌────────┐
│Spec-X │ │ OSA │ ↔── detachable
│ ASIC │ │(3×OE) │ module
└────────┘ └──┬─────┘
↕ socket
NVDA Approach
Detachable OSA Module
3 Optical Engines รวมเป็น OSA ที่ถอดเปลี่ยนได้ — แก้ serviceability, TSMC COUPE+SoIC-X, modular attach
┌────────────────┐
│ PIC (on top) │ ← Photonic Fabric
├────────────────┤
│ XPU Die │ ← on-die CPO
├────────────────┤
│ HBM │ HBM │ ← more beachfront
└────────────────┘
MRVL / Celestial AI
3D On-Die CPO
PIC อยู่ บนสุด ของ XPU die — frees die-edge beachfront สำหรับ HBM เพิ่ม, 2.4 pJ/bit Gen 1
┌────────────────────┐
│ PIC + EIC (same │
│ wafer process) │ ← Ayar Labs TeraPHY
│ [optics+elec] │
│ GFS Fotonix / │
│ TSMC COUPE Gen3 │
└────────────────────┘
Monolithic Approach
PIC + EIC Same Wafer
Elegant approach ที่สุด แต่ yield ต่ำกว่า CMOS process ต้องรองรับทั้ง optical+electronic — Ayar Labs, Gen 3 ย้ายไป TSMC COUPE
04 Technology Roadmap
TSMC COUPE
3 Generation Path
TSMC COUPE เป็น platform ที่ทั้ง NVDA และ AVGO adopt และจะกำหนด pace ของ CPO evolution
แต่ละ generation เปิด TAM ใหม่ โดยเฉพาะ Gen 3 ที่ target processor package integration
// TEXT-AS-PICTURE: AVGO CPO ROADMAP (4 GENERATIONS)
2023 2025 2027 2029
──────────────────────────────────────────────────►
◉ ◉ ◉ ◉
GEN 1 GEN 2 GEN 3 GEN 4
TH4 Humboldt TH5 Bailly TH6 Davisson TBD
25.6 TB/s 51.2 TB/s 102.4 TB/s 204+ TB/s
100G/lane 100G/lane 200G/lane 400G/lane
Initial First volume Scale-up Full optical
customers production inflection backplane
────────── NVDA parallel ──────────────────────────
◉ ◉
Quantum-X Spectrum-X
IB 115 TB/s ETH 102.4T
1H'26 GA 2H'26 GA
2023–24
AVGO Gen 1 Humboldt — TH4, 25.6T, 100G/lane, engineering samples Tencent เป็น first customer | NVDA เริ่ม CPO R&D ใน Spectrum-X platform
2025
First Volume Production — AVGO Bailly (TH5) volume production | Meta OCP 2025 ยืนยัน 65% power savings จริง, 15mn device hours no unserviceable failure | NVDA announce $2bn equity ใน LITE+COHR | COHR sampling UHP 400mW CW laser | Davisson (TH6) customer sampling Oct 2025
1H'26
NVDA Quantum-X GA — InfiniBand CPO 115 TB/s, liquid-cooled | COHR UHP laser GA 3Q'26 | LITE CPO $50mn/qtr run-rate exit CY26
2H'26
NVDA Spectrum-X Ethernet GA — 102.4T/409.6T | LITE $400mn OCS backlog ships | CPO begins meaningful Ethernet scale-out penetration
CY27
Amazon/MRVL Scale-Up Deploy — Celestial AI PF chiplets ใน Trainium4 | MRVL CPO multi-billion supply start | COHR multi-billion CPO supply start (CY27–CY30) | Scale-up initial deployments
CY28
CPO Revenue Inflection — $2.9bn optical CPO TAM | Scale-up CPO takes off ใน NVLink domain | 204T Ethernet CPO switches dominate scale-out | MRVL Celestial $500mn Q4 FY28 run-rate
CY30
$15bn + $24bn TAM — Optical CPO $15bn + Switch CPO $24.4bn | Scale-up $9.4bn (60% of optical CPO) — Blue Ocean copper→optical | TSMC COUPE Gen 3 in-processor integration
05 Vendor Profiles
Key Players
& Positioning
AI Data Center Infrastructure — CPO จะเป็น backbone ของ next-generation AI cluster ที่มี 100K+ GPU/XPU
NVIDIA
Switch ASIC + CPO System Designer · Scale-Up & Scale-Out
NVDA
NVDA เปิดตัว Quantum-X Photonics (InfiniBand, 115 TB/s, 144×800G ports, liquid-cooled, 1H'26 GA) และ Spectrum-X Photonics (Ethernet, 102.4T, 2H'26) — ทั้งสองใช้ TSMC COUPE Gen 1 พร้อม detachable OSA modules ที่แก้ปัญหา serviceability
NVDA ลงทุน $2bn equity ใน LITE และ $2bn ใน COHR เพื่อล็อค UHP InP laser supply ผ่านปลายทศวรรษ — สะท้อนว่า Layer 4 (Laser) คือ strategic bottleneck ที่ NVDA ต้องการความมั่นใจ Spectrum-X CPO ลด electrical signal loss เหลือ ~4dB (vs 22dB pluggable) และ power 9W/port
Broadcom
CPO Pioneer · Open Ecosystem · 4 Generations
AVGO
AVGO เป็น CPO pioneer ตั้งแต่ปี 2021 และ Bailly (TH5) คือ first volume-production CPO solution ที่ hyperscaler validate จริง ส่วน Davisson (TH6) ramp ปลาย 2025 รองรับ 102.4 TB/s ที่ 200G/lane ด้วย TSMC COUPE ลด trace loss และ signal conditioning สำคัญ
Meta ทดสอบ Bailly 15 ล้าน device hours โดยไม่มี unserviceable failure — MTBF สูงกว่า pluggable >2.5mn hours ส่งผลให้ GPU utilization efficiency ดีขึ้น 90% ใน 24K GPU cluster AVGO เป็น open ecosystem ที่ hyperscaler และ OEM (Dell/Arista) เลือกใช้ได้อิสระ
Lumentum
UHP CW Laser · ELS Module · MEMS OCS
LITE
LITE เป็น CPO laser supplier ที่ critical ที่สุด — UHP 400mW CW laser คือ "หัวใจ" ของ CPO optical engine ราคา $50+ (vs EML 200G $10–15) แต่ support 4 lanes แทนที่จะเป็น 1 ใน Quantum-X: 144 UHP lasers/system = implied content ~$7.2K/switch
LITE ได้รับ $2bn equity จาก NVDA เพื่อแลก multi-billion supply deal ผ่านปลายทศวรรษ UK และ San Jose fabs dedicated สำหรับ UHP laser เต็มรูปแบบ นอกจากนี้มี R300 MEMS OCS (300×300 high radix) ที่ backlog $400mn ship ใน C2H26 และ OCS revenue approaching multi-$100mn/qtr run-rate
Coherent
InP CW Laser · ELS · Liquid Crystal OCS
COHR
COHR ได้รับ $2bn equity จาก NVDA สำหรับ multi-billion CPO supply CY27–CY30 — 400mW UHP CW laser sampling กันยายน 2025 GA คาด 3Q'26 ใน Sherman, TX mega-fab ที่ขยาย InP capacity 4–5x เป็น 6" wafer การขยาย InP capacity นี้คือ strategic move ที่สำคัญที่สุดของ COHR
COHR เป็น sole supplier ของ Digital Liquid Crystal OCS (64×64 ถึง 512×512) — มี 30.3bn liquid crystal device hours ที่ tracked โดย <3% failures จาก liquid crystal เอง heritage จาก undersea networking ทำให้ reliability สูงมาก
Marvell
XPU-Integrated CPO · Celestial AI Photonic Fabric
MRVL
MRVL เข้า CPO จาก angle ที่แตกต่าง — มุ่งไปที่ XPU-integrated CPO สำหรับ scale-up ผ่านการ acquire Celestial AI ที่มี Photonic Fabric technology วาง PIC บนสุด ของ XPU die (แทน edge ปกติ) ทำให้ die-edge beachfront ว่างสำหรับ HBM มากขึ้น และ bandwidth เพิ่มได้ 100s TB/s
Amazon เป็น first hyperscaler design-win สำหรับ Celestial AI chiplets ใน Trainium4 (CY27 deploy) Revenue เริ่ม 2H FY28 target $500mn run-rate Q4 FY28 → $1bn Q4 FY29 Celestial ใช้ germanium-based EAM modulators (vs micro-ring ของ NVDA) ซึ่งมี thermal stability ดีกว่า
06 Production Risks
Bottlenecks
& Supply Risks
CPO production มี multiple critical constraints ที่จะกำหนด pace ของ adoption
ต่างจาก pluggable transceiver ที่ commoditized แล้ว — CPO supply chain ยังใหม่, ผู้เล่นมีน้อย, lead time ยาว
// TEXT-AS-PICTURE: CPO PRODUCTION BOTTLENECK MAP
SUPPLY CHAIN RISK MATRIX
═══════════════════════════════════════════════════════
Layer │ Constraint │ Severity │ Timeline Fix
───────┼─────────────────────┼───────────┼─────────────
InP │ 6" wafer shortage │ ████████ HIGH │ 2026–2027
COUPE │ TSMC allocation │ ███████ HIGH │ 2026
FAU │ sub-μm alignment │ ██████ MED │ 2026
Bond │ SoIC-X yield rate │ ██████ MED │ ongoing
Eco │ no open standard │ ████ MED │ 2027+
Therm │ micro-ring tuning │ ███ LOW │ solved w/ EAM
═══════════════════════════════════════════════════════
KEY: RED = near-term blocker YELLOW = manageable GREEN = addressable
⚠ InP Substrate Supply
InP wafer 6" หายากและแพง ต้องการ Aixtron MOCVD ที่ lead time ยาว COHR ขยาย Texas fab แต่ capacity ไม่พร้อมก่อน mid-2026 ทำให้ LITE และ COHR ถูก lock-up โดย NVDA ล่วงหน้าหลายปี
⚠ TSMC COUPE Allocation
TSMC COUPE Gen 1 capacity ถูก allocate ให้ NVDA และ AVGO ก่อน Vendor อื่นต้องรอ access ซึ่งอาจ delay timeline ของ ecosystem ที่กว้างกว่า
⚠ Fiber Attach Precision
FAU ต้องการ alignment ระดับ sub-micron — automated process ที่ยังใหม่มาก yield rate ต้องสูงพอสำหรับ mass production TFC และ T&S คือ key players แต่ยังต้องพิสูจน์ scale
⚠ Hybrid Bonding Yield
SoIC-X bonding ที่ <10μm pitch ต้องการ Besi equipment ราคาแพงและ process control เข้มงวด yield per wafer เป็น key cost driver ที่ impact CPO ASP
⚠ Ecosystem Fragmentation
ยังไม่มี open standard สำหรับ CPO — NVDA OSA vs AVGO edge-coupled vs MRVL 3D on-die ล้วนไม่ compatible กัน hyperscaler ต้อง commit กับ ecosystem เดียว (vendor lock-in)
⚠ Thermal Management
Micro-ring modulators (NVDA) sensitive ต่ออุณหภูมิสูง ต้องการ liquid cooling — เพิ่ม complexity ใน DC design COHR/MRVL EAM modulator มี thermal stability ดีกว่า แต่ยังต้อง prove ใน scale
Bear Case: Delay Scenario
หาก InP supply หรือ TSMC COUPE yield ต่ำกว่าคาด อาจ push CPO meaningful revenue จาก CY28 ไป CY29–30 Pluggable 1.6T และ LRO จะครองตลาด scale-out ได้นานกว่า base case แต่ scale-up demand จะ inevitable ในระยะยาว — Physics ไม่มีทางหลีก
07 Market Sizing
CPO TAM
Breakdown to 2030
// TEXT-AS-PICTURE: CPO TAM BUILD-UP (CY25–CY30E)
CY25 $0.0bn ░
CY26 $0.1bn ██
CY27 $0.8bn ████████
CY28 $2.9bn ████████████████████████████
CY29 $9.9bn ██████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████
CY30 $15.0bn ████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████
SCALE-UP ████████████████████████████████████ $9.4bn (60%)
SCALE-OUT ███████████████████████ $5.6bn (40%)
CAGR (CY25–30): +263% │ CPO % of AI Optical TAM CY30: 20%
CPO Optical TAM CY30E$15.0bn (263% CAGR)
CPO Switch TAM CY30E (Scale-Out)$9.0bn
CPO Switch TAM CY30E (Scale-Up NVLink)$15.4bn
Scale-Up CPO Optical CY30E$9.4bn (60% of optical CPO)
CPO % of Total AI Optical Ports CY3031%
IDTechEx LT Forecast (2036)>$20bn (37% CAGR)
Besi Forecast: CPO Optical Engine Units 2025–203055 cumulative hybrid bonding units
Aixtron Optoelectronics Revenue 2025€100mn
Soitec Photonics-SOI FY26E~€86mn (25% CAGR to 2030)
Investment Thesis
CPO ไม่ใช่ "emerging technology" อีกต่อไป — entering production ramp ในปี 2025–2026 การลงทุน $4bn ของ NVDA ใน LITE+COHR, Meta validation ของ Bailly, และ TSMC COUPE ecosystem บ่งชี้ว่าระบบนิเวศพร้อมแล้ว Key inflection คือ CY28 เมื่อ Scale-Up CPO displace copper NVLink domain — Blue Ocean opportunity ที่ไม่มี optical incumbent ครองอยู่
Comments
Post a Comment