コパッケージ光学（CPO）：その仕組み、2026年のプラットフォーム、利点、および課題

コパッケージ光学（CPO）は、高容量ネットワークにおいて電気的経路を短縮し、帯域幅密度を増加させ、光インターコネクトの電力を削減するために、光エンジンとスイッチASICを同じ共通基盤上に配置します。この記事では、CPOの動作原理、近接パッケージ光学およびプラグイン光学との違い、2026年に利用可能な商業プラットフォーム、さらに採用に影響を与える電力、冷却、信頼性、保守、および展開の課題について説明します。

カタログ

図1. コパッケージ光学（CPO）アーキテクチャ

コパッケージ光学とは何か？

コパッケージ光学は、光エンジンとホストスイッチ用の特定用途向け集積回路（ASIC）が同じ共通基盤またはファーストレベルパッケージに搭載される光インターコネクトアーキテクチャです。スイッチASICはネットワークトラフィックを処理し、指示し、光エンジンは電気信号を光信号に変換してファイバー伝送を行い、受信した光信号を再び電気形に戻します。OIFはコパッケージングを、通信デバイスをホストASICと同じファーストレベル基盤に取り付けることとして定義しています。

CPOは近接パッケージ光学やプラグイン光学と区別されなければなりません。CPOは光エンジンとスイッチASICを同じ共通基盤上に置きます。近接パッケージ光学（NPO）は光エンジンをASICの近くに配置しますが、異なる基盤、ソケット、パッケージ、またはボードレベルのアセンブリの上に維持します。プラグイン光学は取り外し可能なトランシーバモジュールをスイッチのフロントパネルのケージに配置します。OIFは、共通のボードレベル基盤上に個別にパッケージされたデバイスを持つソケットアレジメントを近接パッケージ光学と説明しています。

主な違いは物理的統合境界です。CPOは両方のデバイスがファーストレベルパッケージを共有するため、最短のASICから光エンジンへの電気的経路を提供します。NPOはその経路を短くしますが、別々の光アセンブリを保持します。プラグイン光学はより長いボードレベルの電気経路を使用しますが、モジュールの交換、在庫管理、およびアップグレードの柔軟性を提供します。

コパッケージ光学の仕組み

図2. コパッケージ光学エンジンを通る信号フロー

スイッチASICは高データレートの電気信号を、光エンジンへの短いパッケージレベル接続を通じて送信します。エンジンは電気データを変調された光に変換し、それを光ファイバに結合します。受信端では、フォトディテクタが光信号を再び電気形に変換し、トランスインピーダンスアンプがホストインターフェース用に準備します。

CPOプラットフォームは、異なるレーザー配置を使用する場合があります。これには、統合モジュレーターに接続された外部連続波レーザー、光エンジン内またはその近くに統合されたレーザー、直接変調レーザー、およびフィールド交換可能な外部レーザーソースモジュールが含まれます。OIF仕様は、完全なスイッチパッケージを変更することなく交換可能なサービス可能な外部レーザーモジュールを含む内部および外部レーザーアーキテクチャをサポートしています。

電気インターフェースは、リタイミング、リニア、ハーフリタイミング、または直接駆動のいずれかである可能性があります。リタイミング設計は、信号処理回路を使用して信号のタイミングと品質を復元します。リニアおよび直接駆動の設計は、ホストASICのSerDesおよびイコライゼーションにより多く頼る一方で、ハーフリタイミング設計は、送信パスと受信パスの異なる処理配置を使用します。

短い電気経路はチャネル損失と信号調整の要件を削減する可能性がありますが、これらの利益はアーキテクチャに依存します。一部のCPOシステムは特定のDSP、リタイマー、またはクロックおよびデータ回復機能を取り除く一方で、他のシステムはDSP、ドライバー、イコライザー、および前方誤り訂正処理を保持します。たとえば、OIF 3.2 Tb/sモジュールアーキテクチャには、DSP、モジュレータードライバー、トランスインピーダンスアンプ機能が含まれます。

CPO vs NPO vs プラガブル光学

図3. CPO、NPO、プラガブル光学のアーキテクチャ比較

比較因子	同梱光学	近接パッケージ光学	プラガブル光学
物理的配置	光エンジンとスイッチASICは同じ第一レベルの基板を共有します	光エンジンはASICの近くにありますが、別のアセンブリに留まります	取り外し可能なトランシーバーモジュールはスイッチ前面パネルに取り付けられます
電気経路の長さ	最短	プラガブル光学よりも短い	最長
パッケージ統合	最も高い	中間	最も低い
帯域幅密度の潜在能力	最も高い	従来のプラガブル設計よりも高い	ケージサイズ、コネクタピッチ、気流、およびモジュール電力によって制限されます
信号の完全性	短いパッケージレベルチャネルは電気損失と不連続性を減少させます	短いボードレベルチャネルはプラグインに比べて損失を減少させます	より長いトレースおよびコネクタにはより多くの信号調整が必要です
電力効率	特定のプラットフォーム設計で光インターフェース電力を削減できます	別の光アセンブリを保持しながらチャネル電力を削減できます	レーンデータレートが上昇するにつれてモジュールおよび電気チャネル電力が増加します
メンテナンス	エンジンの故障によりパッケージ、カード、またはスイッチの交換が必要になる場合があります	光アセンブリがソケット式か交換可能かによります	個々のトランシーバーは前面パネルから交換できます
アップグレードの柔軟性	スイッチプラットフォームに密接に関連しています	中程度	最も高い
製造の複雑さ	最も高い	中程度から高	スイッチパッケージ統合の複雑さは低い
典型的な使用	最高容量のAI、クラウド、HPCファブリック	専門的な高密度システム	エンタープライズ、テレコム、クラウド、ストレージ、および一般的なデータセンター

CPOは最短電気経路と最高の統合レベルを提供し、帯域幅密度と光接続電力が主要なシステム制約である場所に適しています。NPOは光エンジンをASICに近づけながら同じ第一レベル基板には配置せず、中間アーキテクチャを提供します。プラガブル光学は、より簡単な交換、広範な互換性、そしてより大きなアップグレード柔軟性を提供するため、ほとんどのネットワークにとって最も実用的な選択肢となります。

同梱光学の利点

より高い帯域幅密度

CPOは複数の光エンジンをスイッチASICの周りに配置でき、パッケージの端でより多くの光I/O帯域幅を提供します。これにより、高ラジックスイッチをサポートし、すべての高データレート電気レーンを回路基板上で前面パネルのトランシーバーにルーティングする必要がなくなります。

帯域幅密度は、光エンジンの数、レーンデータレート、波長数、パッケージ端の長さ、ファイバコネクタ設計、および光アーキテクチャに依存します。物理的なファイバポートの数の増加としてのみ説明すべきではありません。

プラットフォーム特有の電力削減

短い電気経路は、ドライバー、イコライゼーション、およびリタイミングに必要な電力を削減できます。ただし、正確な電力節約はレーンデータレート、光エンジン設計、レーザー配置、電気インターフェース、冷却アーキテクチャ、リンク到達距離、および選択した比較境界に依存します。

ブロードコムは2024年に、51.2 Tb/sのトマホーク5–バイリープラットフォームが、標準的なプラグイントランシーバーソリューションに比べて光インターコネクト電力を70%削減したと報告しました。このパーセンテージは光インターコネクトに適用され、スイッチ全体、ラック、冷却、またはデータセンターの電力には適用されません。

ブロードコムは2025年に、ミカスネットワークのTH5-バイリー・スイッチシステムが従来のプラグインモジュールを使用したシステムと比較して、システムレベルで30%を超える電力削減を達成したと報告しました。この測定は70%の光インターコネクトの数字よりも広いシステムの境界を持っており、同じ結果として扱うべきではありません。

ブロードコムは2025年にも、102.4 Tb/sのTH6-ダビソンプラットフォームが従来のプラグインソリューションと比較して70%、または3.5倍以上の光インターコネクトの電力消費を削減したと報告しました。これはTH6-ダビソンプラットフォームの主張であり、すべてのCPOシステムに対する普遍的な性能レベルではありません。

NVIDIAは2026年に、スペクトラム-X・イーサネットフォトニクスが従来のトランシーバーを使用したネットワークよりも5倍優れたネットワーク電力効率を提供すると報告しました。これはブロードコムの光インターコネクトの数字とは異なるベンダープラットフォームと比較の境界を使用しています。

信号の整合性の向上

電気信号は、パッケージ、プリント回路基板のトレース、コネクタ、およびトランシーバーインターフェースを通過する際に、挿入損失、クロストーク、反射、パッケージ寄生容量、インピーダンスの不連続性を経験します。CPOはこのチャネルを短縮し、電気損失を減少させ、高データレートの信号を維持しやすくします。

結果は、基板、パッケージの配線、SerDes設計、変調形式、レーンデータレート、および再タイミングアーキテクチャに依存します。OIFは、達成可能なチャネル長が挿入損失、クロストーク、パッケージ寄生容量、インピーダンスの不連続性に依存すると述べています。

空間および帯域幅の密度の向上

CPOは、光エンジンをスイッチASICの同じ第一レベルパッケージの隣に配置することにより、大きなフロントパネルトランシーバーケージへの依存を減少させます。これにより、ASICと光インターフェース間の高データレートの電気トレースが短縮され、信号を取り外し可能なフロントパネルモジュールにルーティングするために必要な回路基板面積が削減されます。

アーキテクチャは、限られたシャーシ面積内でより高い光レーン密度と大きな合計帯域幅をサポートできます。スイッチの容量が増加するにつれて、より多くのフロントパネルスペースを、かさばるトランシーバーケージの代わりに、密なファイバーコネクタ、外部レーザーモジュール、冷却ハードウェア、またはサービスインターフェースに使用できます。これにより、シャーシサイズの比例的な増加なしに、帯域幅密度とフロントパネルの光ファイバー密度が改善されます。

AIおよびHPCネットワークのスケーラビリティ

大規模なAIトレーニング、推論、および高性能計算システムは、GPU、アクセラレータ、メモリ、ストレージ、およびネットワークスイッチ間で大量のデータを交換します。ネットワーク電力、リンクの信頼性、スイッチのラディックス、合計帯域幅は、アクセラレータの利用に直接影響を及ぼす可能性があります。

CPOは、従来の電気経路とプラグインモジュールの電力がスケールアップするのが難しくなるスケールアウトおよびスケールアクロスファブリックで最初に導入されています。これは、銅ケーブルやプラグイン光学が必要なデータレート、リンク到達距離、保守性、およびコストを提供できる特にすべてのAIまたはHPCシステムに必要ではありません。

2026年の現在のCPOプラットフォーム、展開、およびアプリケーション

CPOの展開は、プラグイン光学に比べて制限されています。2026年7月現在、公開情報には、大量生産プラットフォーム、生産の増加、早期アクセスサンプル、顧客採用の発表、認証作業、およびリリース予定のシステムが含まれています。これらの段階は、広範な運用展開と等しいとは見なされるべきではありません。

商業用CPOスイッチプラットフォーム

ブロードコムのトマホーク5–バイリー・プラットフォームは、51.2 Tb/sトマホーク5スイッチASICと、8つの6.4 Tb/s光エンジン、100 Gb/sクラスの電気レーンを組み合わせています。ブロードコムは2024年にこのプラットフォームを顧客に提供し、2025年にはTH5-バイリーを最初の大量生産CPOソリューションと説明しました。デルタエレクトロニクスとミカスネットワークもTH5-バイリーに基づく生産スイッチシステムを発表しました。このプラットフォームは、高容量のAIスケールアウトおよびクラウドイーサネットファブリック用に設計されています。

ブロードコムのトマホーク6–ダビソンBCM78919は、合計102.4 Tb/sのスイッチ容量、16の6.4 Tb/s光エンジン、およびチャネルごとに200 Gb/sのデータレートを提供します。ブロードコムは2025年10月にTH6-ダビソンCPOプラットフォームを出荷していると発表し、BCM78919デバイスが早期アクセス顧客およびパートナーにサンプリングされているとも述べました。これらの声明は異なる商業的マイルストーンを指しており、「サンプリングのみ」の状態に縮小されるべきではありません。

NVIDIAのSpectrum-Xイーサネットフォトニクスプラットフォームは200 Gb/sのSerDesを使用し、102.4 Tb/sおよび最大409.6 Tb/sの構成を提供します。NVIDIAは2026年5月に、Spectrum-Xイーサネットフォトニクスプラットフォームが生産に入ったと発表しました。NVIDIAの製品ページには、2026年後半に提供可能な特定のSpectrum-Xイーサネットフォトニクススイッチシステムがリストされています。したがって、プラットフォームの生産と一般的なシステムの可用性は別々のマイルストーンと見なすべきです。

NVIDIAのQuantum-XインフィニバンドフォトニクスQ3450-LDは、800 Gb/sで動作する144ポートを提供し、合計ポートデータレートは115.2 Tb/sに相当します。これは200 Gb/sのSerDesと液体冷却を使用し、AIコンピュートファブリックおよび高性能コンピューティングシステム向けに設計されています。

AIスケールアウトネットワークファブリック

CPOプラットフォームは、GPU、アクセラレーター、サーバー、ストレージシステムの多数を接続する高ラジックスケールアウトおよびスケールアクロスネットワークを主に対象としています。ブロードコムはTH5-BaillyとTH6-DavissonをAIおよびクラウドイーサネットネットワーク向けに位置づけ、一方NVIDIAはSpectrum-Xイーサネットフォトニクスをルビン世代のAI工場向けに位置づけています。これらは文書化されたプラットフォーム目標であり、CPOが既存のAIデータセンター全体でプラガブルオプティクスを置き換えたという証拠ではありません。

ハイパースケールクラウドの資格認定と展開

NVIDIAは、2026年5月の生産発表において、CoreWeave、Lambda、およびOracle Cloud InfrastructureをSpectrum-Xイーサネットフォトニクスの初期エコシステムパートナーおよび採用者として特定しました。NVIDIAの製品ページでは、MetaとMicrosoftも初期採用者として名前が挙げられています。これらの発表はプラットフォームの採用とエコシステム参加を文書化していますが、各顧客が運ぶ生産トラフィックの量、サイトの場所、資格結果、またはスイッチの設置数量は公開していません。

ブロードコムはTH5-Baillyの顧客納入、パートナーの生産システム、およびクラウドサービスプロバイダーやシステムインテグレーターとのコラボレーションを文書化しています。しかし、引用されたブロードコムの資料には、運用ネットワークで指定された数のBaillyスイッチを実行している名のあるハイパースケールオペレーターは特定されていません。したがって、このプラットフォームは商業的に生産され、顧客に供給されていると説明されるべきであり、すべての大規模クラウドプロバイダーによって広く展開されているわけではありません。

高性能コンピューティングアプリケーション

CPOは、コンピュートおよびアクセラレーターラック間の密度の高い光通信を必要とする高性能コンピューティング環境をサポートできます。NVIDIAのQuantum-XインフィニバンドフォトニクスプラットフォームはAIおよびスパコンのファブリック向けに設計され、Q3450-LDは144ポートを800 Gb/sでサポートし、液体冷却されたオンボードシリコンフォトニクスを搭載しています。

現在、公的情報は、大規模なインストール済みCPOベースにおける長期的なフィールドデータよりも、製品仕様、採用発表、計画された統合の方が強いです。

なぜエンタープライズネットワークが依然としてプラガブルオプティクスを使用するのか

ほとんどのエンタープライズおよび一般目的のデータセンターネットワークは、個々のモジュールが独立して交換、アップグレード、保管、テストできるため、引き続きプラガブルトランシーバーを使用しています。プラガブルオプティクスは、広範なマルチベンダーの可用性および複数のデータレート、波長、ファイバータイプ、リンクリーチオプションを提供します。

CPOは、電気チャネルの損失、光相互接続の電力、スイッチの容量、またはフロントパネルの密度がシステムレベルの制約を生じると、より魅力的になります。これらの制約がモジュラーのメンテナンス性の利点を上回るまで、プラガブルオプティクスはほとんどのエンタープライズネットワークにとってより実用的な選択として残ります。

Co-Packaged Opticsの課題と制限

課題	なぜそれが重要なのか	実務的な影響
熱管理	高出力スイッチシリコンは温度に敏感な光コンポーネントに近くで動作します	協調した気流、冷却プレート、または液体冷却が必要です
メンテナンスが困難	光エンジンはフロントパネルから取り外せない場合があります	故障にはスイッチカード、パッケージ、または完全システムの交換が必要になる場合があります
複雑なパッケージング	スイッチシリコン、フォトニックダイ、ドライバー、基板、ファイバー、およびコネクタを統合する必要があります	組み立てと整列は従来のスイッチよりも難しいです
製造歩留まり	1つの欠陥のあるダイ、相互接続、または光チャネルが高価なパッケージに影響を与える可能性があります	良品ダイのテスト、冗長性、制御された製造が必要です
ファイバー接続	高密度の光接続は、整列と低損失を維持する必要があります	汚染、ストレス、または不整列がリンク性能を低下させる可能性があります
レーザーアーキテクチャ	統合されたレーザーと外部レーザーは異なる熱的およびメンテナンス性のトレードオフを生み出します	設計者は、光の損失、信頼性、およびフィールドの交換のバランスを取る必要があります
テストの複雑さ	電気、光、熱、ファームウェア、および管理機能は一緒にテストする必要があります	専門的な装置と資格手続きが必要です
限られたアップグレードの柔軟性	光学機能はスイッチプラットフォームに密接に関連しています	新しいデータレート、変調形式、またはリンク到達距離は新しいプラットフォームを必要とする場合があります
スタンダードの成熟度	エンジン、外部レーザー、コネクタ、および管理インターフェースは進化し続けています	相互運用性はプラガブル光学エコシステムよりも成熟していません
初期コストが高い	高度な基板、シリコンフォトニクス、ファイバー接続、および冷却は統合コストを増加させます	電力と密度の向上は、追加の展開の複雑さを正当化しなければなりません

OIFは、パッケージの収率、エンジンの取り付け、ファイバー配線、修理、冷却、およびテストを重要なCPOエンジニアリングの考慮事項として特定しています。外部レーザーモジュールはレーザーを光学エンジンから移動させることでサービス性を向上させますが、追加の光学接続、制御要件、および電力予算の考慮も導入します。

CPOはAIデータセンターの未来ですか？

CPOは、高容量AI、クラウド、およびHPCスイッチにおいて重要性が増す可能性が高く、200 Gb/sおよび将来の高データレート電気回路が長いボードレベルチャンネルの効率的な実装をますます困難にしています。BroadcomおよびNVIDIAからの生産およびサンプリングの発表は、この技術が実験室のデモを超えて進展していることを示していますが、採用は依然として専門的な高容量システムに集中しています。

CPOはNPO、再調整可能なプラガブル光学、線形プラガブル光学、アクティブ電気ケーブル、パッシブ銅と共存します。望ましいアーキテクチャは、スイッチの容量、リンクの到達距離、熱設計、保守性、相互運用性、展開コスト、オペレーターのアップグレードサイクルに依存します。

結論

コパッケージ光学は、信号の整合性、光レーン密度、フロントパネルの利用率を改善しながら、電気インターフェースの損失を減少させることで、スイッチ容量を向上させる実用的な道を提供します。その利点は、光エンジン、レーザー配置、電気インターフェース、冷却設計、レーンデータレート、および比較境界に依存します。現在のBroadcomおよびNVIDIAプラットフォームは、CPOがAI、ハイパースケール、ハイパフォーマンスコンピューティングネットワークにおいて生産と初期展開に入っていることを示していますが、プラガブル光学はほとんどの企業システムにとっては引き続きより柔軟でメンテナンスしやすい選択肢です。

主な参考文献

[1] Broadcom, “BroadcomがスケーラブルなAIシステム向けに業界初の51.2-Tbpsコパッケージ光学イーサネットスイッチプラットフォームを提供,” 2024年3月14日。

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[3] Broadcom, “Broadcomがトマホーク6 – ダビソン、業界初の102.4-Tbpsイーサネットスイッチとコパッケージ光学を発表,” 2025年10月8日。

[4] OIF-Co-Packaging-FD-01.0, “コパッケージングフレームワーク文書,” 2022年2月。

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[8] NVIDIA, “NVIDIA ヴェラ・ルービンが世界中のエージェントAI工場を稼働させるためにフル生産に入る,” 2026年5月31日。

[9] NVIDIA, “AIおよびクラウド向けの加速イーサネットスイッチング,” 2026年7月アクセス。

[10] NVIDIA, “Q32xxおよびQ34xx XDR 800Gb/s インフィニバンドスイッチシステムユーザーマニュアル,” 2026年4月9日最終更新。