NPO, eine plötzlich aufstrebende eigenständige Kraft
Öffnet man die Racks eines Rechenzentrums, sieht man Reihen von Optotransceivern auf der Vorderplatte der Switches. In KI-Clustern ist eine Konfiguration üblich, bei der ein Switch mit 144 800G-kompatiblen QSFP-DD-Modulen ausgestattet ist. Diese Konfiguration leidet jedoch unter struktureller Ineffizienz: Der Abstand zwischen den Transceivern auf der Vorderplatte und dem ASIC-Chip des Switches beträgt 15 bis 30 Zentimeter. Wenn ein 200G/Kanal-Signal diese Kupferleitung durchläuft, erfährt es eine deutliche Dämpfung, sodass am Empfangsende ein DSP-Chip (digitaler Signalprozessor) zur Signalwiederherstellung benötigt wird. Ein einzelnes 800G-Modul verbraucht 14 bis 17 Watt Strom, wovon 6 bis 8 Watt allein auf den DSP-Chip entfallen. Das bedeutet, dass ein erheblicher Teil des Stromverbrauchs herkömmlicher steckbarer optischer Module nicht direkt für die Elektro-Optik-Umwandlung verwendet wird, sondern für die Aufbereitung, Entzerrung und Übertragung hochgeschwindiger elektrischer Signale aufgewendet wird.
Wird dieser Abstand verkürzt, kann auf den DSP vollständig verzichtet werden. Diese Idee tauchte bereits Mitte der 2010er Jahre auf. Bei co-packaged Optik (CPO) werden die Opto-Engines – eine Gruppe von Bauteilen zur Umwandlung elektrischer in optische Signale – gemeinsam mit dem Switch-ASIC auf demselben Substrat verbaut. Dieses Design verkürzt die Entfernung der Hochgeschwindigkeits-Elektroverbindungen zwischen ASIC und Opto-Engine drastisch und reduziert so die durch Kupferverbindungen verursachten Verluste erheblich. Broadcom gab bekannt, dass CPO den Stromverbrauch optischer Systeme um 65–70 % senken kann. Der Stromverbrauch von Nvidias 1,6T-Linien sinkt von etwa 30 Watt pro Linie auf 9 Watt.
Theoretisch scheint CPO die optimale Lösung zu sein. Das Problem liegt in der Lücke zwischen Theorie und Massenproduktion.
Eine Ausbeute von 9 % enthüllt die Wahrheit
Bei der CPO-Fertigung werden die Opto-Engines durch Reflow-Löten (thermisches Schweißen) auf dem Substrat des ASIC-Gehäuses angebracht. Die Ausrichtgenauigkeit der Glasfasern erreicht den Submikrometerbereich. Wenn eine bereits montierte Opto-Engine nachgerüstet werden soll, muss sie auf 220–260 °C nacherhitzt werden – die Heizstelle liegt nur wenige Millimeter vom ASIC entfernt, und die Ausrichtgenauigkeit der Glasfaser hält diese zweite thermische Belastung nicht stand. Mit anderen Worten: Wenn auch nur eine von 32 Opto-Engines einen Defekt aufweist, müssen der ASIC, das Substrat und alle übrigen Opto-Engines entsorgt werden.
In seinem Forschungsbericht vom Juni 2026 mit dem Titel „Powered Down, Lights Off“ berechnete SemiAnalysis unter der Annahme einer Ausbeute von 95 % pro Opto-Engine eine kombinierte Ausbeute von 0,95^32 ≈ 0,1932. Das bedeutet: In einem stark vereinfachten Modell, bei dem 32 voneinander unabhängige Opto-Engines jeweils eine Ausbeute von 95 % aufweisen, liegt die kombinierte Ausbeute für alle 32 funktionstüchtigen Engines bei etwa 19,3 % – also nur ein Fünftel der Einheiten arbeitet einwandfrei. Diese Zahl hatte erhebliche Auswirkungen auf den Markt: Am 9. Juni fiel der Aktienkurs von Applied Optoelectronics (AAOI) am US-Markt binnen eines Tages um etwa 17 %, der von Lumentum um rund 8 %, der von Coherent um etwa 11 % und der von Marvell um rund 7,6 %.
GlobalSemiResearch veröffentlichte umgehend eine Gegenerklärung, in der darauf hingewiesen wurde, dass diese Berechnung die Ausbeutesteigerungen durch Screening, Sortierung und die redundanten Engines von Nvidias Spectrum-X-Design außer Acht lässt. Auch Morgan Stanley gab in einem Bericht vom 10. Juni an, die CPO-Technologie-Roadmap nicht zu leugnen, sondern lediglich die Prognose für die Auslieferung von Opto-Engines 2027 von zuvor 20 bis 30 Millionen Stück auf 6 bis 7 Millionen Stück nach unten zu korrigieren.
Der Kern der Debatte lautet nicht „Ist CPO schlecht?“, sondern „Wann und in welchem Umfang kann CPO eingesetzt werden?“. SemiAnalysis hat die Massenauslieferung von horizontal skalierbarem CPO auf 2027 verschoben und die vollständige Serienproduktion auf 2028–2029. Diese Anpassung des Zeitplans öffnet ein Fenster für die Erforschung alternativer Architekturen.
Die ausgewogene NPO-Lösung
Nahgekoppelte Optik (NPO) ist ein Konzept, das zwischen co-packaged Optik (CPO) und steckbaren Designs angesiedelt ist. Die Opto-Engines sind auf separaten Engine-Platinen verbaut – nicht auf dem Gehäusesubstrat des ASIC – und sitzen direkt neben dem ASIC. Wenn die elektrischen Verbindungen kurz genug und die Verluste gering genug sind, kann der DSP, der bei herkömmlichen steckbaren optischen Modulen zur Kompensation von Verlusten bei langen elektrischen Verbindungen eingesetzt wird, reduziert oder in manchen Architekturen sogar vollständig entfallen. Ein entscheidender Unterschied zu CPO besteht jedoch darin: Die Engines sind über Steckverbindungen angeschlossen und lassen sich vor Ort ein- und ausstecken.
Am 10. August fasste SemiAnalysis auf dem X-Thread-Forum drei Vorteile von NPO zusammen: Vor-Ort-Reparaturfähigkeit, ein Ausfall, der sich nur auf einen einzelnen Steckplatz beschränkt, und ein vereinfachter Montageprozess durch getrennte Gehäuse von Opto-Engine und ASIC. Diese Struktur vermeidet Herausforderungen bei Produktion und Zuverlässigkeit, behält aber die meisten Leistungsvorteile von CPO bei.
Auf der OFC-Messe im März 2026 stellte Broadcom seine NPO-Produktlinie auf Basis von 3,2T-VCSEL vor. Laut dem Unternehmensblog erreicht diese NPO-Engine eine Energieeffizienz von etwa 1 pJ/Bit – das ist eine 5- bis 10-fache Verbesserung gegenüber siliziumphotonischen Verfahren, die üblicherweise 5 bis 10 pJ/Bit verbrauchen. Bei Einsatz von 18 Engines übersteigt die entkoppelte Bandbreitendichte 0,6 Tbps/mm, die gesamte entkoppelte Bandbreite erreicht 73,7 Tbps (128 Gbps/Kanal). VCSEL verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Massenproduktion und eine vor Ort bestätigte Ausfallrate (FIT) von unter 0,1.
Standardisierung und Massenproduktion laufen an
Auch eine überlegene Architektur kann ohne Unterstützung durch ein Ökosystem keine breite Anwendung finden. Am 12. März 2026, zeitgleich mit der OFC-Konferenz, unterzeichneten sechs Unternehmen – Ciena, Coherent, Marvell, Molex, Samtec und TeraHop – gemeinsam die Open CPX MSA (Multi-Source-Abkommen für co-packaged Optik). Dieses Abkommen zielt darauf ab, gemeinsame Spezifikationen für steckbare Opto-Engine-Schnittstellen zu definieren, die sowohl NPO als auch CPO abdecken. Es regelt die mechanische Struktur der Steckverbinder, das Wärmemanagement, die Anordnung der elektrischen Pins und Verwaltungsschnittstellen, um die Interoperabilität von Produkten verschiedener Hersteller zu gewährleisten.
Vladimir Kozlov, CEO von LightCounting, erklärte bei der Ankündigung des Abkommens: „Wir gehen davon aus, dass die jährlichen Auslieferungen in fünf Jahren 100 Millionen Stück übersteigen werden“, während die Auslieferungen von CPO/NPO bis 2025 auf unter 1 Million Stück geschätzt werden. Ein so gewaltiges Wachstum – um mehr als das 100-fache – ist ohne Standardisierung nicht möglich.
Auch die Nachfrage entwickelt sich dynamisch. Auf dem IPEC-Webinar im Mai 2026 gab Alibaba bekannt, dass die Beta-Tests seiner 3,2T-NPO abgeschlossen sein sollen und der Pilotbetrieb im dritten Quartal desselben Jahres beginnt. Das Ziel ist die systemweite Inbetriebnahme von 6,4T-NPO-Alpha-Proben bis September 2027. Tencent hat die Validierung seiner 3,2T-VCSEL-NPO und siliziumphotonischen NPO abgeschlossen und plant den Pilotrollout im vierten Quartal 2026. Ranovus hat bereits NPO-Module an US-Cloud-Anbieter ausgeliefert, wird die offizielle Ankündigung aber voraussichtlich erst auf der OFC 2027 machen.
Auf Seiten der Lieferkette fertigt Foxconn Interconnect Technology seit Mai 2025 in Großserie lötfreie LGA-to-LGA-Steckverbinder und steckbare Laserquellenkäfige für Broadcoms Bailly. Unabhängig von CPO oder NPO sind die Laser meist außerhalb des Gehäuses angeordnet, wobei der 2023 von der OIF verabschiedete ELSFP-Standard (Hot-Swap-fähiges externes Lasermodul) die gemeinsame Grundlage bildet.
Warum Nvidias CPO Merkmale von NPO aufweist
Nvidias Quantum-X Photonics InfiniBand-Switch ist bereits für den Masseneinsatz angekündigt. Er bietet 144 800G-Ports, ausgestattet mit 18 siliziumphotonischen Engines und 18 abnehmbaren externen Lasermodulen zur Lichtversorgung. NVIDIA bezeichnet dieses System als „CPO“.
Allerdings lassen sich die Engines leicht aus dem Gehäuse entfernen und die Laser von der Vorderseite herausziehen – genau das ist der von SemiAnalysis hervorgehobene Wartungsvorteil von NPO. Ein Forschungsbericht von LightCounting vom Juli 2026 bestätigt die weitverbreitete Branchenmeinung, dass CPO und NPO parallel existieren werden, und weist darauf hin, dass sich der Entwicklungszyklus verkürzen würde, wenn NVIDIA NPO als Option wählt, sodass erste Einsätze bereits im nächsten Jahr möglich wären.
Broadcom wird beide Architekturen parallel betreiben. Der 51,2T-Bailly-CPO-Switch wird seit 2024 bereits bei Micas Networks in Serie gefertigt. Der 102,4T-Tomahawk-6-Davisson-Switch wird seit Oktober 2025 an Kunden ausgeliefert. Darüber hinaus wird Broadcom separat 3,2T-VCSEL-NPO-Switches anbieten, um Kunden zu bedienen, die hochdichte Switches benötigen, aber keine Lötverbindungen einsetzen wollen.
Auch die Zuverlässigkeitsprüfung bei Meta schreitet stetig voran. In der Hochtemperatur-Laborumgebung von Meta verzeichnete das CPO-System von Broadcom über eine kumulative Betriebszeit von 1 Million Stunden (entsprechend 400G-Port-Stunden) null Link-Jitter (kurze Unterbrechungen). Broadcom gab dieses Ergebnis im Oktober 2025 bekannt und veröffentlichte Details auf der ECOC im selben Jahr sowie auf der OFC 2026. Auf der OFC 2026 stellte Meta den Standard auf: Damit optische Technologien attraktiv sind, müssen sie in Kosten und Energieeffizienz mit elektrischen Lösungen mithalten und gleichzeitig Zuverlässigkeit und Leistung bieten.
TSMCs COUPE-Plattform spielt eine Schlüsselrolle
Das Ende der „Übergangsphase“ für NPO hängt maßgeblich von den Fortschritten von TSMCs COUPE-Plattform (Compact Universal Photonic Engine) ab.
Wie bereits erwähnt ist die Rechenleistung moderner KI-Chips extrem hoch, aber die Datenübertragung zwischen Chips erfolgt nach wie vor über Kupferleitungen. Die Übertragungsgeschwindigkeit und der Energieverbrauch von Kupferleitungen können mit dem Wachstum der Rechenleistung nicht mehr Schritt halten. Der Kerngedanke von COUPE besteht darin, Daten über optische Signale zu übertragen und die Stelle der Elektro-Optik-Umwandlung von den entfernten optischen Modulen direkt in das Chip-Gehäuse zu verlegen, sodass der Signalweg drastisch verkürzt wird.
COUPE kombiniert zwei Chiptypen: Einen Chip zur Verarbeitung elektrischer Signale (elektronischer Chip, EIC) und einen Chip zur Verarbeitung optischer Signale (photonischer Chip, PIC). Beide werden durch TSMCs 3D-Stapeltechnologie direkt übereinander gestapelt und Face-to-Face verbunden, wodurch die Verluste durch Umwege von Signalen über die Leiterplatte herkömmlicher Lösungen entfallen.
Laut TSMC erreicht die direkte Integration der COUPE-Opto-Engine auf dem Gehäusesubstrat im Vergleich zu steckbaren Lösungen auf Leiterplatten eine 4-fache Energieeffizienz und eine 90 % niedrigere Latenz. Wenn COUPE zusätzlich auf einem Interposer platziert wird, steigt die Leistung auf das 10-fache der Energieeffizienz und die Latenz wird um 95 % reduziert.
Die COUPE-Technologie nutzt das SOIC-Stapelverfahren, um elektronische und photonische Chips direkt zu stapeln und so den Impedanzwert zwischen den Chips auf ein Minimum zu senken. Die erste Generation steckbarer COUPE wird 2026 in Serienproduktion gehen. Die zweite Generation von COUPE mit 6,4T-CPO-Gehäuse soll etwa 2027 in Massenproduktion starten. Die dritte Generation wird die optischen Komponenten vollständig in das Prozessorgehäuse integrieren.
Die Bandbreitendichten-Roadmap von TSMCs COUPE prognostiziert eine achtfache Steigerung der Bandbreitendichte innerhalb von vier Jahren: von 0,5 Tbps/mm im Jahr 2026 auf 4 Tbps/mm im Jahr 2030. Wenn dieser Plan umgesetzt wird, beschränkt sich die Rolle von NPO auf eine Übergangsphase von zwei bis drei Jahren.
Wenn aber das von SemiAnalysis prognostizierte Szenario der vollständigen Serienproduktion 2029 eintritt, wird NPO den Marktbedarf bis zum Ende der 2020er Jahre decken. Dies würde die bereits unter Druck stehende photonische Lieferkette – mit Engpässen bei Laser- und Gehäusekapazitäten – zusätzlich belasten. Auf dem OCP-Asia-Pazifik-Gipfel wies Nicole Tien von ASE darauf hin, dass derzeit keine Wafer-Level-Teststandards und Simulationsinfrastrukturen existieren, um CPO auf einen Markt mit mehreren Herstellern auszuweiten. Die Serienproduktion von Nvidias CPO ist das Ergebnis einer tiefgreifenden bilateralen Kooperation und Entwicklung mit TSMC – die Voraussetzungen, um diese Ergebnisse auf die gesamte Branche auszuweiten, sind derzeit nicht gegeben.
In der Branche gilt es als Konsens, dass die endgültige Form der optischen Vernetzung CPO ist. Die Frage lautet: Wer wird diesen Weg wählen, wann und in welchem Umfang? Nach aktuellem Stand der Produkt-Roadmaps und Kundentests entwickelt sich NPO aber rasch von der technischen Validierung hin zum großflächigen Einsatz und wird zu einer verlässlicheren Lösung.