当前数据中心存在耗电量大、资源消耗高、能源利用率值高的情况，不利于我国可持续发展战略，因此急需一种能够有效减小资源消耗的解决方案，而CPO光电合封技术与液冷散热正是能够有效解决数据中心现阶段的问题的两种解决方案。光电合封技术利用了光芯片传输的快速性、稳定性、低损耗性和电芯片工艺成熟性、低成本性等优势，有望成为未来数据中心数据交换领域、高性能计算领域和通讯传输领域等主流的解决方案。光电合封系统相当于将传统的面板可插拔光模块移到交换芯片附近，不仅释放了面板的集成压力，更减小了光模块与交换芯片之间的互连距离，从而实现了高速、低损耗、低延时的互连。相比于传统的可插拔光模块的方案，光电合封系统集成度更高，电芯片与光芯片间的间距更小，功耗更加集中，而光芯片对于温度较为敏感，因此要设计高效的热管理方案，来提高整个光电合封系统的工作稳定性。液冷散热技术具有高效散热能力、低环境噪声、应用范围广泛等优势，将成为未来数据中心服务器和交换机的主要散热方案。针对未来数据中心等产业对于数据传输的需求，本文开展了如下工作：1、以12.8 T光电合封交换系统为例，开展了光电合封系统的整体布局、光电芯片集成方案的研究。在光引擎内部，通过评估引线键合、2D-MCM、3D堆叠键合三种方案，同时考虑到光电芯片工作结温以及散热便捷性、可靠性，最终确定采用2D-MCM的集成方案，将光芯片与电芯片通过FCBGA的方式与底部电路板进行互连。2、对现有微环调制器进行光-热关系仿真，基于FSR的理论公式，得到光传输谱线随温升的变化关系为0.063 nm/K，同时调研到现有商用光模块、光器件的波长-温度敏感性为0.04 nm/K~0.7 nm/K，且工作结温应小于50°C并尽可能接近室温（27°C），将以上结论进行综合分析和总结，结合密集波分复用领域信道的传输要求，指出了应用于光电合封系统的光引擎或光芯片最佳工作温度范围为27°C（室温）~50°C，允许的光芯片间的最大温差为6°C。此外针对电芯片的温度指标，应在满足芯片手册的温度下（小于105°C），做到更低。3、设计并实现了可应用于一般CPO光电合封系统的三通道液冷散热结构，在27°C环境与进水温度、1 L/min~6 L/min的进水流量下，可以使得CPO集成形式下的光电合封交换系统有着优秀的散热表现，其中在6 L/min时，290 W热耗的交换芯片工作结温低于53°C，288 W光引擎附近的光芯片工作结温低于29°C，且光芯片彼此温差小于1°C，根据光谱温度敏感性仿真，该温差引起的透射光谱的波长漂移小于0.1 nm，使得该光电合封系统可用于密集波分复用传输领域，且整体光电合封系统达到了均温性、稳定性的要求，满足了所设定的光电芯片的温度指标。4、进一步地，还进行了本液冷结构的“潜力”仿真，当光引擎内部芯片的总功耗为36 W时，在NPO集成形式下，最大可用于750 W-ASIC芯片系统进行散热，在27°C进水温度和6 L/min的流量下，ASIC芯片结温低于102°C，对应了25.6 T带宽的光电合封交换系统；在CPO集成形式下，最大可用于900W-ASIC芯片系统进行散热，ASIC芯片结温低于103°C，对应了102.4 T带宽的光电合封交换系统。且在上述情况下，光芯片的结温仍在27°C~30°C间，且光芯片间温差仍保持在1°C范围内，显示了优秀的散热效果。