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行业通常根据光引擎与计算芯片的集成度，以及电信号传输距离，把光互连划分为设备级和芯片级两个层级。
电信号在设备级互连中要走米级甚至分米级的距离；到了芯片级光互连，这个距离被压缩到 cm、mm 级，形成了三级演进路线。
其中，CPO 是将光引擎与 xPU 集成在同一块基板或中介层上，最大程度缩短电信号传输路径，在芯片侧直接完成光电转换。
目前全球 CPO 产业主要分为三大技术路线：外置光源 ELSFP 加硅光光引擎、VCSEL 阵列光引擎、Micro-LED 阵列光引擎。
路线一：外置光源 ELSFP + 硅光光引擎
当前产业主流路线是外置激光源加硅光光引擎。光引擎通过 ELSFP 外置激光源模块获取连续波激光，交由专用调制器完成电光信号转换，属于间接调制方案。
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用于外置光源 ELSFP 的调制器主要有 MZM 和 MRM 两类方案。
其中，MZM（马赫-曾德尔调制器）由输入 Y 型分支器、两个平行波导臂和输出 Y 型分支器构成，通过电极施加电压改变波导折射率，使两臂产生相位差，再经干涉实现光强调制。
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MZM 的优势是工作波长范围宽、热稳定性强、传输距离远，支持多波长波分复用。
但是它的器件尺寸偏大，通常在 mm 级，驱动电压也大，单芯片可集成的通道数与能效比提升空间因此受限。
MRM（微环调制器）采用的是环形谐振腔结构，由环形波导与总线波导耦合构成，在微环 PN 结上施加电压改变有效折射率，使谐振波长漂移，实现光强调制。
微环 CPO 的器件尺寸可以做到极小，驱动电压低，通过多微环阵列与波分复用组合，单颗 PIC 就能支撑上百个高速光通道，是当前 CPO 技术主流的调制器方案。
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微环方案的短板是谐振波长对温度高度敏感，高温下易出现波长漂移，必须配套温控与热补偿设计。
路线二：VCSEL 阵列光引擎
第二条路线是基于 VCSEL 阵列的光引擎。VCSEL 即垂直腔面发射激光器，不需要独立调制器，属于直接调制方案，通过改变注入电流直接完成电光信号转换。
由于是直接从芯片表面垂直往上发光，光斑是圆形对称的，对反射光不敏感，通常只需要一个透镜就能把光高效地送进光纤，隔离器可以节省，因此 VCSEL CPO 的结构因此简化。
同时，VCSEL 还天生适合做成阵列，这为大规模集成提供了便利，例如博升的 3×12 VCSEL 阵列。
此外，古河电工的基于有机基板集成 8 通道 VCSEL/PD 阵列，跨阻放大器和 VD 芯片对称布置，光口使用 24 通道 MT 连接器，并集成塑料微透镜阵列来实现高效耦合。
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基于 VCSEL 的 CPO 方案，器件结构简单、工艺成熟，量产成本较低。直接调制架构带来的损耗小，单比特功耗表现也很出色。
但是，砷化镓与硅基 CMOS 芯片之间存在晶格失配，难以实现深度共封装，混合集成良率不高。
此外，单通道速率提升困难，高温稳定性差，无法支撑单路 200 Gbps 以上的超高速传输。
光信号在传输过程中的损耗也偏高，有效传输距离只有几十米，满足不了跨机柜的长距组网需求。
路线三：Micro-LED 阵列光引擎
第三条路线是基于 Micro-LED 阵列的光引擎。Micro-LED，有时也写作 μLED，即微型发光二极管，以氮化镓为基底制备微米级发光单元，可以组成二维高密度阵列。
Micro-LED 是「宽而慢」多路低速通道并行叠加的技术思路，依靠大量低速率通道实现超高总带宽，天然支持空分复用。
比如微软的基于 Was 慢而宽的 MOSAIC 方案，一条 800Gbps 链路可部署 460 颗 Micro-LED（含冗余），以 20×20 网格排列，每颗 LED 的速率为 2Gbps（Micro-LED 与 Was 架构，微软与 Avicena 的 Micro-LED 方案）。
在三条路线中，Micro-LED CPO 方案的上限最高：二维阵列集成能力最强，带宽密度可以突破 Tbps/mm²；链路功耗潜力可达亚 pJ/bit，能效优于硅光与 VCSEL。
当前 Micro-LED 的主要挑战在于 100 Gbps 及以上速率时调制响应不稳、失真较大；氮化镓集成工艺不成熟，良率偏低。
同时长期高负载工作下易出现衰减失效，可靠性尚未达到产业要求。
总结
总的来说，三类方案最终将形成长期差异化共存的局面。
硅光加外置激光器方案将继续作为 CPO 的核心主线，VCSEL 会立足细分市场发挥价值，Micro-LED 值得长期跟踪。
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