CPO 散热的硬核破局：分立式液冷，解决 “大火炉” 与 “玻璃心” 共存难题

CPO 共封装光学被视作下一代 AI 算力互连的核心方案，把光引擎和高速交换 ASIC 集成在同一块基板之上，大幅缩短电互连距离，实现更低功耗、更低延迟、更高端口密度。

 

但行业一直有个绕不开的 “死结”：一边是 750W 的 ASIC “大火炉”，另一边是对温度极度敏感的光芯片 “玻璃心”，二者相距仅数毫米。

交换芯片热通量高达 179 W/cm²，而旁边的微环调制器，模块间温差一旦超过 6℃，就会发生严重波长漂移，引发 DWDM 信道串扰。如果共用一套散热系统，高温会顺着基板横向传导，光器件直接失效。

很多人质疑：CPO 概念很好，但热管理到底能不能工程落地？ 

中科院微电子所薛海韵团队给出了经过仿真 + 实测双重验证的答案 ——分立式液冷协同散热方案。与此同时，ELS 外置激光源、Micro‑TEC 微型制冷、两相液冷三条技术路线形成补充，共同构成 CPO 热管理完整的系统解法。

CPO 的热矛盾：9 倍热通量差，挤在毫米级空间

51.2T CPO 系统中，硬件热负荷差异极其悬殊：

交换 ASIC 芯片：功耗 750W，热通量179 W/cm²，芯片允许结温上限 105℃；

周边 8 组光引擎合计 64W，热通量仅 20 W/cm²，二者热通量相差 9 倍；

微环调制器最佳工作温度 27‑50℃，模块之间温差要求必须小于 6℃。

通俗类比：就像一台高温运转的跑车发动机，和一只怕热的小猫，被强制塞进同一个狭小盒子。共用一套散热，发动机的余热一定会把小猫烤坏。

如果沿用传统单套封装冷板，会出现两大致命问题：

1. 交换芯片的高温沿基板横向扩散，毫米之外的光模块温度直接冲破 50℃警戒线；
2. 多组光引擎流阻不一致，冷却液分配不均，不同光模块温差超标，直接造成通信误码。

工程可行解：分立式液冷，两套系统各管各的

分立式液冷核心逻辑非常直白：不给大火炉和玻璃心共用一套散热，做两套物理隔离的液冷系统，分别适配 ASIC 和光模块的散热需求。

1. 交换 ASIC 侧：歧管式（MMC）微通道热沉

采用「一进两出」歧管拓扑，芯片热点区域使用局部波浪形微通道，强化热点换热，同时把压降控制在合理区间，兼顾散热能力与泵功耗。

2. 光引擎侧：并联微通道热沉

所有光模块采用等流阻并联流道，保证每一路光组件的冷却液进液温度完全一致，从源头消除流量分配不均带来的温差。

实测硬核数据（已经过实验验证）

指标	实测结果	工程意义
交换芯片结温	98.3℃	低于 105℃上限，安全达标，余量紧张
光模块最高结温	35.1℃	落在微环调制器舒适工作区间
模块之间最大温差	1.5℃	远优于＜6℃的设计红线，杜绝信道串扰
仿真与实测误差	＜4%	仿真模型可靠，可以复用在下一代产品设计

优化对比：未做分立式设计时，交换芯片结温可达 121℃；经过分立式液冷优化后，直接下降 23.7℃。

三大补充路线，从源头、局部、系统多维补强

分立式单相液冷是当前 51.2T CPO 的主力工程方案，但它不是万能解药。行业同时发展出三条互补技术路径，分别从器件、局部制冷、下一代超高密度三个维度补齐能力。

1、ELS 外置激光源：从源头消灭热源串扰

激光器是光模块内部主要热源之一。ELS 外部激光源方案，直接把高功率激光器搬出 CPO 封装，通过光纤将光信号输入封装内部的硅光引擎。

优势：从根源消除激光器带来的热串扰；激光器做成可热插拔模块，故障不用更换整个昂贵的 CPO 封装。

进展：Molex 推动 OIF ELSFP 标准化，已经实现规模化出货。

待攻克点：光纤耦合对准、功率预算、高功率激光眼安全、N+1 冗余防护。

2、Micro‑TEC 微型制冷片：微米级精准控温

即便整体冷板把光模块整体温度压到安全区间，封装内部不同位置依旧会出现 5‑10℃局部温差，这点波动足以让微环调制器波长漂移。

Micro‑TEC 依靠帕尔贴效应，可以实现±0.01℃超高精度局部控温，贴装在微环调制器、WSS 波长选择开关等热敏器件上，做 “微观精准温控手术”。

国产重大机遇：

2026 年国内对 7N 高纯碲 / 铋实施出口管制，日系厂商 Ferrotec、KELK 原料供给受限。富信科技成为全球少数全流程 IDM 厂商，ZT 性能指标追平日企，产能快速扩张，打开国产替代的巨大窗口期。 

光模块速率越高，TEC 用量越大：51.2T CPO 整机，Micro‑TEC 搭载量可达 48‑64 颗，价值量显著提升。

3、两相液冷：面向下一代超高密度的终极武器

单相水冷存在换热系数物理天花板。而两相液冷利用水汽化潜热：同等质量的水沸腾吸热，是升温吸热的 540 倍，换热能力提升上百倍。

主要形态：沸腾冷板、两相浸没、嵌入式歧管毛细两相、喷射冷却；

定位：现役 51.2T 优先使用分立式单相液冷；面向 102.4T、204.8T 更高功耗 CPO，两相液冷会成为必选项；

挑战：压降控制、临界热流密度 CHF、密封可靠性、系统运维复杂度上升。

微通道拓扑怎么选？选型决策参考

直并联 SPMC：成本低；适合热通量＜500W/cm² 的中低密度芯片，不适合 CPO；

歧管式 MMC（HU 型、一进两出）：压降更低，流量均匀性好；CPO 交换 ASIC 首选；

局部波浪形微通道：热点强化换热，压降小幅上升，用于芯片高热流区域。

核心选型逻辑：CPO 这种 “超高热流 ASIC + 多颗温敏光器件阵列” 组合，HU 型歧管 + 局部波浪微通道是当前性价比最优的拓扑。

产业启示：CPO 散热是一套系统工程，不存在单一银弹

很多人期待出现某一项黑科技一次性解决 CPO 全部热难题，但工程现实告诉我们：

CPO 散热没有单一技术解，而是一套组合拳：分立式液冷做系统基底，ELS 从源头减少热源，Micro‑TEC 做器件级精准温控，两相液冷储备下一代超高密度算力。

1. 对研发人员：51.2T CPO 要守住三条及格线：ASIC 结温＜105℃、光模块最高温度＜50℃、模块间温差＜6℃；优先验证分立式歧管 + 并联微通道方案；提前布局 Micro‑TEC 集成，为 102.4T 迭代储备两相液冷技术。
2. 对数据中心建设方：现役 51.2T 项目优先采用「分立式单相液冷 + 国产 Micro‑TEC + ELSFP」组合；预留两相液冷升级接口；ELS 激光源要做好 N+1 冗余容灾。
3. 对产业链投资者：Micro‑TEC、歧管式微通道冷板、ELSFP 接口，是 CPO 热管理三大核心卡位赛道；7N 碲铋出口管制带来不可逆国产替代红利。

算力竞争不止是芯片带宽，封装级热管理，正在成为 CPO 能否大规模商用的入场券。

参考资料：中科院微电子所 Frontiers of Optoelectronics 论文、OIF ELSFP 标准、富信科技产业报告