OBO（On-Board Optics）板載光互連

3 秒看懂

一句話定義： OBO（On-Board Optics）將光收發器/光引擎從交換晶片面板上的可插拔籠子（Pluggable Cage）搬到 PCB 主機板上、緊鄰交換 ASIC 焊接，從而大幅縮短高速電訊號走線距離，降低 SerDes 功耗並提升訊號完整性。

類比理解： 如果說傳統可插拔光模組是”住在隔壁樓的朋友”，CPO（Co-Packaged Optics）是”住同一間房的室友”，那 OBO 就是”住在同一棟樓、隔壁房間的鄰居”——既保持了一定距離（可維護性），又大幅縮短了通勤距離（電訊號路徑）。

核心價值： 在 800G/1.6T 及更高速率時代，PCB 走線損耗成為頻寬瓶頸，OBO 以適中的工程複雜度實現了比可插拔方案顯著的功耗與訊號質量改善，是可插拔（Pluggable）到共封裝（CPO）光互連光譜上的關鍵過渡方案。

3 分鐘產業解釋

為什麼 OBO 突然成為焦點？

資料中心流量以年均約 25-30% 的速度增長（據 Cisco/行業綜合估算），AI 訓練叢集更是以百 Gbps 級別的 All-Reduce 通訊需求對網路提出了極端頻寬要求。交換晶片單埠速率正從 100G/lane 向 200G/lane 演進（對應 800G→1.6T 模組），這意味著：

訊號頻率翻倍： 112 Gbps PAM4 訊號的奈奎斯特頻率約為 28 GHz，224 Gbps PAM4 則接近 56 GHz
PCB 走線損耗劇增： 高頻訊號在標準 FR4 板材上的傳輸損耗隨頻率和走線長度顯著上升
SerDes 功耗成為”隱形大戶”： 為補償長走線損耗，發射端預加重（Pre-emphasis）和接收端均衡（CTLE/DFE）需要消耗大量額外功耗

傳統可插拔光模組位於面板籠子裡，到交換 ASIC 的高速電訊號走線通常長達 25-30mm 甚至更長（行業通用估算，取決於 PCB layout）。這在 56G NRZ 時代尚可接受，但在 112G PAM4 時代，走線損耗已成為嚴重的系統級約束。

OBO 的核心邏輯就是”縮短這段線”。 將光引擎直接焊在 PCB 上、靠近 ASIC 佈置，走線距離可縮短至約 5-10mm（行業估算範圍），從而在不需要徹底重構供應鏈（如 CPO）的前提下，獲得顯著的訊號完整性與功耗收益。

產業位置光譜

可插拔 (Pluggable)  →  板載 (OBO)  →  共封裝 (CPO)
   │                    │                │
  成熟/標準化          過渡方案        顛覆性變革
  供應鏈分離            緊湊版面配置       光電一體化
  走線最長              走線大幅縮短    走線最短
  功耗最高              中間態          功耗最優
  可維護性最好          部分可維護      可維護性挑戰最大

15 分鐘專家深入

核心技術架構

OBO 系統的基本架構涉及以下關鍵元件：

交換 ASIC（Switch ASIC）： 如 Broadcom Jericho/Trident/Tomahawk 系列、Marvell Teralynx 系列等，提供 SerDes 介面
板載光引擎（On-Board Optical Engine）： 集成了光調變器、光電探測器、跨阻放大器（TIA）、驅動器（Driver）以及可能的微型光學透鏡/光纖耦合結構
PCB 主機板（Line Card / Switch Board）： 承載 ASIC 和光引擎的高速 PCB
光纖聯結器： 從板載光引擎引出至面板或背板的光纖路由機制

功耗改善機制

這是 OBO 最核心的技術賣點。在長電訊號走線場景下，高速 SerDes 的功耗構成大致如下（定性描述，具體比例因實現而異）：

發射側（TX）： 預加重/去加重（Pre/De-emphasis）電路為補償走線 ISI（碼間干擾）消耗的功耗
接收側（RX）： CTLE（連續時間線性均衡）和 DFE（判決反饋均衡）逐級補償損耗
鎖相環/時鐘恢復（PLL/CDR）： 佔 SerDes 總功耗的顯著比例

走線從約 25mm 縮短到 5-10mm 級別後：

ISI 幅度顯著降低，TX 預加重級數和強度可減少
RX 均衡器複雜度降低，DFE 抽頭數可減少
綜合來看，SerDes 功耗可降低約 30-50%（行業多來源估算範圍，具體取決於工藝節點和速率等級）

以一個 51.2T 交換平台為例：如果每埠 SerDes 功耗節省約 100-200mW（粗略估算），全平台 512 個 100G/lane 埠可節省約 50-100W 的 SerDes 功耗，這在網路裝置總功耗中是不可忽視的數字。

熱管理挑戰

將光引擎搬到 PCB 上、靠近 ASIC，帶來了一個嚴重的副作用——熱耦合：

交換 ASIC 本身功耗可達 數百瓦（如 Broadcom Tomahawk 5 級別的晶片功耗約 300-500W，據行業估算），是極強的熱源
光引擎中的雷射器（尤其是 DFB/EML 等半導體雷射器）對溫度極其敏感，溫度漂移直接影響波長穩定性和調變效率
需要精細的熱隔離設計： 隔熱墊片、獨立散熱通道、溫度反饋控制迴路等
與可插拔模組自帶獨立散熱結構相比，OBO 的熱設計複雜度顯著上升

光纖路由問題

可插拔模組的一個天然優勢是光纖在面板側直接對接，佈線管理成熟。OBO 將光口從面板移到 PCB 板面後：

光纖需要從 PCB 板面引出至面板，增加了光纖路由的複雜度
板上光纖聯結器（Board-mount connector）需要新的介面標準
在高密度場景下，光纖彎曲半徑管理成為工程約束

可維護性權衡

維度	可插拔	OBO	CPO
光模組更換	熱插拔，單個模組更換	需拆機、可能需要重新焊接	整板更換或返廠
故障域	單模組	單引擎/單板	整包
運維成本	低	中	高

這是 OBO 在產業推廣中的一個關鍵阻力點——資料中心運營商非常看重”可插拔”帶來的運維靈活性。

技術原理（最深機制與關鍵引數）

電氣通道損耗模型

高速電訊號在 PCB 走線中的傳輸損耗主要來自：

介質損耗（Dielectric Loss）： 與頻率成正比，與 PCB 板材的損耗因子（Df / tan δ）相關
- 標準 FR4 的 Df 約 0.02（定性級別，各廠商有差異）
- 高速板材（如 Megtron 6/7）的 Df 可低至約 0.002-0.005（據松下等板材廠商公開規格）
導體損耗（Conductor Loss）： 與走線的趨膚效應相關，高頻時電流集中在導體表面
輻射損耗和串擾： 在極高速率下不可忽略

簡化的一階模型中，走線的插入損耗近似與 (a√f + b f) × L 成正比（f 為頻率，L 為走線長度），其中 a√f 項對應導體損耗，b f 項對應介質損耗。這意味著：

走線長度 ×2 → 插入損耗約 ×2（dB）→ 訊雜比惡化 → 需要更強均衡 → 更高功耗

OBO 將走線長度縮短約 3-5 倍（從 ~25mm 到 ~5-10mm），對應的插入損耗改善是線性的。 在 112 Gbps PAM4（Nyquist ≈ 28 GHz）場景下，這一改善可能意味著發射端可以減少 1-2 級預加重，接收端減少 2-4 個 DFE 抽頭（粗略估算，具體取決於通道模型和裕量要求）。

與 CPO 的關鍵區別

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    [CPO 架構]                            │
│  ┌──────────────────────────────────────────┐           │
│  │          ASIC Package                    │           │
│  │  ┌──────────┐    ┌──────────────────┐   │           │
│  │  │ Switch   │←1-3mm→│ Optical Engine  │   │           │
│  │  │ ASIC Die │    │ (Silicon Photonics│   │           │
│  │  │          │    │  or discrete)     │   │           │
│  │  └──────────┘    └──────────────────┘   │           │
│  └──────────────────────────────────────────┘           │
│                           │ Fiber out                    │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    [OBO 架構]                            │
│                                                         │
│  ┌──────────┐   5-10mm PCB trace   ┌──────────────────┐│
│  │ Switch   │←───────────────────→│ Optical Engine    ││
│  │ ASIC     │                      │ (on PCB, near     ││
│  │ (on PCB) │                      │  ASIC)            ││
│  └──────────┘                      └──────────────────┘│
│                                        │ Fiber out      │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                [Pluggable 架構]                          │
│                                                         │
│  ┌──────────┐   25mm+ PCB trace   ┌──────────────────┐ │
│  │ Switch   │←──────────────────→│ QSFP/OSFP Module  │ │
│  │ ASIC     │                     │ (in faceplate cage)│ │
│  │ (on PCB) │                     └──────────────────┘ │
│  └──────────┘                          │ Fiber out      │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

關鍵區別：

CPO： 光引擎在 ASIC 封裝內部（同一基板/interposer），走線 <3mm，但光引擎故障 = 整個封裝更換
OBO： 光引擎在 PCB 上但在封裝外，走線 5-10mm，保留了一定的製造和維護靈活性
OBO 不改變 ASIC 封裝設計，這是它比 CPO 工程門檻低得多的關鍵原因

矽光（Silicon Photonics）與 OBO 的協同

OBO 光引擎的一個重要技術路徑是矽光整合：

矽光引擎可以將調變器、探測器、波導整合在矽基襯底上，利用 CMOS 工藝批次製造
雷射器仍需要 III-V 族材料（如 InP），通常通過異質整合（hybrid integration）或外部光源方案解決
矽光引擎的小尺寸（典型約 10mm × 15mm 級別，行業估算）使其適合板載焊接
Intel（現拆分為獨立實體的矽光業務）、Ayar Labs、Ranovus 等公司是這一路徑的主要推動者

技術演進史

時間	里程碑	意義
~2015-2016	業界開始討論板載光互連概念	資料中心頻寬快速增長，可插拔密度和功耗開始遇到瓶頸
~2017-2018	OIF（Optical Internetworking Forum）啟動相關標準化討論	行業組織開始為 OBO 介面定義規範
~2018-2019	Intel 等公司展示矽光板載方案原型	技術可行性驗證
~2019-2020	Broadcom 等交換晶片廠商推動 CPO 概念，OBO 被定位為過渡方案	產業路線分化：OBO vs. 直接跳到 CPO
~2020-2022	CPO 面臨熱管理和可維護性挑戰，OBO 重新獲得關注	產業認識到”CPO 不是一步到位的事”
~2022-2023	800G 模組開始部署，112G/lane SerDes 量產	OBO 在 800G 時代獲得了更實際的需求牽引
~2023-2025	1.6T 模組預研，224G/lane SerDes 推進中	走線損耗進一步加劇，OBO 價值更加凸顯

關鍵判斷： OBO 並非一條獨立的”終極技術路線”，而是光互連整合度提升光譜上的一個實用方案。其命運取決於 CPO 的成熟速度——如果 CPO 遲遲不能解決熱管理和可維護性問題，OBO 的視窗期將顯著延長。

技術路線對比

維度	可插拔（Pluggable）	板載（OBO）	共封裝（CPO）
電氣走線長度	~25-30mm	~5-10mm	~1-3mm
SerDes 功耗	基準	較基準低約 30-50%（估算）	較基準低約 50-70%（估算）
訊號完整性	需要複雜均衡	顯著改善	最優
支援最高速率	受限於走線損耗	可支援更高速率	理論上支援最高速率
熱管理	獨立散熱，簡單	需熱隔離設計，中等	與 ASIC 熱耦合，複雜
可維護性	熱插拔，最佳	需拆機，中等	需更換封裝/整板，最差
供應鏈成熟度	高度成熟	發展中	早期
標準化程度	高（MSA 完善）	部分（OIF 等推進中）	早期（CW-WDM MSA 等）
適用場景	當前主流	800G/1.6T 中短距離	未來超高頻寬
單位成本	量大成本優	PCB 整合工藝增加成本	封裝成本高，但省模組成本

技術判斷： 三條路線在未來 3-5 年將共存，而非簡單的替代關係。不同的應用場景（距離、密度、運維需求）將驅動不同選擇。

上下游

上游

環節	關鍵元件/材料	代表供應方
III-V 族光晶片	雷射器（DFB/EML）、光探測器（PIN/APD）	Lumentum、II-VI（Coherent）、源傑科技、長光華芯
矽光晶片	矽基調變器、波導、光柵耦合器	Intel（矽光）、GlobalFoundries（代工）、Tower Semiconductor
光引擎封裝	異質整合封裝、光學耦合、透鏡元件	蘇州旭創（InnoLight）、Intel、Ranovus
高速 PCB	低損耗板材（Megtron 6/7 等）、高層數 HDI	松下（Panasonic）、生益科技、深南電路
高速聯結器	板載光聯結器、板對板聯結器	TE Connectivity、安費諾（Amphenol）、中航光電
交換 ASIC	提供 SerDes PHY	Broadcom、Marvell、盛科通訊

中游

網路裝置 OEM/ODM： 將 OBO 光引擎與交換 ASIC 整合在 PCB 上，製造完整的交換器/路由器
代表公司： Arista、Cisco、華為、中興、銳捷網路等

下游

超大規模資料中心（Hyperscaler）： Google、Microsoft、Amazon、Meta、字節跳動、阿里、騰訊等
電信運營商： 對新型光互連需求相對保守，但 5G 回傳/中傳有潛在需求
HPC/AI 叢集： 對頻寬和功耗敏感度最高，是 OBO 的優先目標市場

關鍵指標

指標	說明	備註
走線損耗（Insertion Loss）	高速電訊號在 PCB 走線端到端的訊號衰減（dB），是 OBO 存在價值的核心度量	走線越短、板材越好、頻率越低，損耗越小
SerDes 單埠功耗（mW/Gbps）	高速序列介面的能效比，OBO 通過縮短走線降低此值	行業趨勢目標：<5 mW/Gbps（含均衡）
光引擎功耗（mW/Gbps）	光調變/探測/驅動的綜合功耗	矽光方案有望達到較低水平
每埠總功耗	SerDes + 光引擎 + 驅動器等綜合	OBO 系統級總功耗應低於可插拔方案
溫度敏感度	雷射器波長隨溫度漂移（約 0.1 nm/°C 級別，因材料體系而異）	板載熱設計的核心挑戰
MTBF / 可靠性	板載焊接 vs. 可插拔的可靠性差異	板載焊接消除了接觸不良風險，但增加了維修成本
光纖密度（纖/板面積）	單板可承載的光纖數量	影響交換器總頻寬密度

供需與市場資料

需求側驅動

AI 訓練叢集網路頻寬： 萬卡級別 GPU 叢集對 leaf-spine 交換網路的埠速率和密度提出了前所未有的要求。800G 模組已在部署，1.6T 模組進入預研。當單埠速率達到 1.6T 時，傳統可插拔方案的走線損耗將更加不可接受，OBO 的需求牽引將顯著增強。
資料中心功耗預算： 全球資料中心電力消耗持續上升（據 IEA 估算，2022 年全球資料中心用電約 240-340 TWh），網路裝置功耗約佔 10-15%，SerDes 功耗最佳化是明確的降耗方向。

供給側現狀

OBO 尚未大規模商用部署，目前處於 技術驗證和小規模試產階段 [未充分揭露精確滲透率]
主要由少數矽光/光引擎供應商在推動，大規模量產的成本結構尚不明確
供應鏈中的光引擎製造和測試能力是關鍵瓶頸

市場規模

全球資料中心光模組市場 2023 年約 80-100 億美元（據 LightCounting/行業綜合估算），OBO 目前僅佔極小份額
預計到 2027-2028 年，隨著 1.6T 部署加速，OBO（含近封裝光互連）可能佔板級光互連市場的 10-20%（行業分析師估算範圍，高度不確定）
關鍵變數： CPO 的成熟速度將直接影響 OBO 的市場空間——兩者存在一定的替代關係

代表公司與資本對映

公司	角色	與 OBO 的關聯	資本市場對映
Intel	矽光技術先驅	Intel 矽光業務是 OBO/CPO 光引擎的重要技術來源；曾展示板載矽光互連方案	Intel 已將部分業務拆分重組，需關注其矽光業務動向
Broadcom	交換晶片龍頭	Tomahawk 系列 ASIC 的 SerDes 設計直接影響 OBO 可行性；Broadcom 也推動 CPO/OBO 光引擎	NASDAQ: AVGO
Coherent（原 II-VI）	光晶片/光引擎供應商	提供 III-V 族雷射器和探測器，可為 OBO 光引擎供應核心光晶片	NASDAQ: COHR
Lumentum	光晶片供應商	DFB/EML 雷射器供應商，光引擎上游核心	NASDAQ: LITE
Ayar Labs	光 I/O 初創	矽光 I/O 晶片，技術路徑覆蓋 OBO 到 CPO 的光譜	私有公司（投資者包括 Intel Capital、NVIDIA 等）
Ranovus	矽光引擎初創	專注於共封裝/板載光引擎	私有公司
中際旭創（InnoLight）	光模組龍頭	在向板載/近封裝光互連方向版面配置	A 股: 300308
生益科技	高速 PCB 板材	OBO 需要低損耗板材（如高速 CCL）	A 股: 600183
深南電路	高階 PCB 製造	高層數、低損耗 PCB 是 OBO 載板的關鍵	A 股: 002916

投資對映思路： OBO 的投資鏈條可按”光晶片→光引擎封裝→高速 PCB→交換系統→資料中心運營商”拆解。當前階段，上游光晶片/矽光和高階 PCB 環節相對確定性較高，中游光引擎封裝和系統整合的商業模式仍需觀察。

投資邏輯

核心看多邏輯

頻寬升級是確定性趨勢： AI 訓練/推論對網路頻寬的需求幾乎是無上限的，1.6T→3.2T 路線圖明確。在此過程中，傳統可插拔方案的電訊號走線約束將越來越嚴重，OBO 作為”最小侵入性”的解決方案，有望獲得顯著的增量市場。
功耗最佳化是資料中心運營的核心 KPI： 超大規模客戶對 TCO（總擁有成本）極其敏感，SerDes 功耗節省 30-50% 的吸引力明確。
CPO 尚遠，OBO 視窗期可能比預期長： CPO 面臨的熱管理、良率、可維護性問題短期內難以完美解決，OBO 可能成為 800G/1.6T 時代的務實選擇。
供應鏈重塑機會： OBO 將光引擎從可插拔模組商轉移到系統級 PCB 整合，可能催生新的供應鏈參與者和商業模式。

核心風險

CPO 加速成熟： 如果 CPO 在熱管理和量產方面取得突破性進展，OBO 的視窗期可能被大幅壓縮，成為”過渡方案陷阱”。
可插拔方案韌性超出預期： OSFP-XD 等新一代可插拔方案可能通過改進電氣介面設計延長可插拔的生命週期。
標準化不足： OBO 尚未形成統一的行業標準，碎片化的介面定義可能阻礙規模化量產和成本下降。
可維護性擔憂： 超大規模客戶對板載方案的運維成本存在合理顧慮，可能抑制採購意願。

常見誤讀糾偏

誤讀一：“OBO 就是 CPO 的簡化版，技術同源”

糾偏： OBO 和 CPO 雖然都旨在縮短電訊號走線，但技術實現路徑有本質區別：

CPO 需要重新設計 ASIC 封裝，將光引擎整合到 ASIC 封裝內（可能使用 2.5D/3D 封裝技術，如矽中介層或有機基板），這涉及封裝廠（如 ASE、日月光、台積電封裝部門）和 ASIC 設計的深度協同
OBO 不改變 ASIC 封裝，光引擎作為獨立元件焊接在 PCB 上，本質上是 PCB layout 和光學整合的工程問題
兩者的供應鏈、成本結構、技術門檻完全不同。OBO 更接近”PCB 工程最佳化”，CPO 更接近”半導體封裝革命”

誤讀二：“OBO 可以完全替代可插拔模組”

糾偏： 這是一個嚴重的過度簡化。

可插拔模組的熱插拔特性在運維中具有不可替代的價值。 當一個光模組故障時，運維人員可以在不關閉裝置的情況下更換。OBO 做不到這一點。
短距離（<2m）銅纜/DAC 仍比光互連更經濟，OBO 並不改變這一基本經濟學
OBO 最有競爭力的場景是中短距離（數十米到數公里）、高速率（≥400G/埠）、對功耗敏感的場景，而非全場景通用替代

誤讀三：“OBO 一定是通往 CPO 的必經之路”

糾偏： 產業中確實存在另一派觀點：“既然最終目標是 CPO，不如跳過 OBO 直接攻關 CPO。” Google 等部分 Hyperscaler 實際上在推動直接向 CPO 躍遷。OBO 是否被採用，取決於每個客戶的具體約束（運維能力、頻寬急迫性、成本容忍度），而非單純的技術進步邏輯。

學習路徑

入門（建立直覺）

理解可插拔光模組的基本架構（SFP/QSFP/OSFP），這是 OBO 的參照基線
學習高速訊號完整性的基本概念：插入損耗、ISI、PAM4 訊號眼圖
閱讀 OIF（Optical Internetworking Forum）關於 On-Board Optics 的公開白皮書

進階（理解工程權衡）

研讀 Broadcom、Marvell 等交換晶片廠商關於 SerDes 功耗和通道損耗的應用筆記
學習矽光子學基礎：矽基調變器（MZI/ring modulator）、鍺光電探測器、光柵耦合器
對比 CPO 方案的封裝技術（2.5D interposer、fanout 等），理解 OBO 與 CPO 的工程邊界

深入（產業視角）

關注 LightCounting、Yole 等研究機構關於光互連市場的報告
追蹤 CW-WDM MSA、OIF 等行業標準組織的最新進展
分析超大規模資料中心的網路架構演進路線（Google Jupiter、Microsoft Azure 等公開分享）

一句話總結

OBO 是光互連從”可插拔”走向”共封裝”光譜中最具工程務實性的一步——它用 PCB 級別的工程改動換取了顯著的 SerDes 功耗節省和訊號完整性改善，卻避開了 CPO 在封裝熱管理和可維護性上的重大挑戰，是 800G/1.6T 時代資料中心網路升級的關鍵候選方案。

延伸閱讀與來源

OIF（Optical Internetworking Forum） — Co-Packaged Optics 及 On-Board Optics 相關白皮書與實施協議
IEEE 802.3 — 400G/800G/1.6T Ethernet 標準化進展
LightCounting — 光模組與光互連市場季度報告 [行業報告]
Yole Développement — Silicon Photonics and Optical Interconnect 市場研究 [行業報告]
Broadcom/Marvell/Arista 技術部落格與投資者日演示材料 — 關於交換架構和 SerDes 路線圖 [廠商公開資料]
Intel Silicon Photonics 產品頁面及技術白皮書 [廠商公開資料]
各大 Hyperscaler（Google、Meta 等）在 OFC/ECOC 會議上的技術分享 — 關於資料中心光互連需求的真實反饋

宣告： 本文中未標註精確來源的數字均為行業綜合估算或定性判斷，不構成投資建議。技術引數以各廠商最新官方規格為準。