Alors que les centres de données IA continuent de croître, la demande pour une transmission de données plus rapide et plus économe en énergie augmente rapidement.
Les interconnexions électriques traditionnelles sont confrontées à des limitations croissantes en matière de bande passante, de consommation d'énergie et de latence. C'est l'une des raisons pour lesquelles les optiques co-packagées (CPO) et la photonique sur silicium attirent une attention croissante en tant que technologies d'interconnexion de nouvelle génération.
Mais il existe un défi souvent négligé :
Le CPO est peut-être prêt pour la commercialisation, mais les tests CPO sont-ils prêts pour la production de masse ?
Selon TrendForce, les tests restent l'un des principaux goulots d'étranglement alors que le CPO passe du laboratoire à la production en volume. La plateforme COUPE de TSMC vise également la production en volume en 2026, accélérant davantage le développement de l'écosystème CPO.
Qu'est-ce qui rend les tests CPO si difficiles ?
Contrairement aux tests traditionnels de CI électroniques, le CPO combine les technologies électriques et optiques dans un même boîtier.
Une architecture CPO typique intègre un circuit intégré photonique (PIC) avec un circuit intégré électrique (EIC). Le composant combiné est souvent appelé moteur optique (OE).
Le PIC peut inclure :
Des coupleurs optiques
Des modulateurs
Des photodétecteurs
Des filtres optiques
Des guides d'ondes optiques
Cela signifie que les tests ne concernent plus uniquement les performances électriques.
Les ingénieurs doivent également mesurer des paramètres optiques tels que :
La perte d'insertion (IL)
La perte dépendante de la polarisation (PDL)
La responsivité
La perte de propagation du guide d'ondes
La diaphonie optique
La combinaison de tests électriques, optiques et optoélectroniques rend les tests CPO nettement plus compliqués que les tests de CI conventionnels.
Le problème de l'alignement
L'un des plus grands défis est l'alignement optique.
La lumière doit voyager depuis une fibre optique externe vers un guide d'ondes optique extrêmement petit. La différence de taille physique est énorme.
Selon TrendForce, la surface de section transversale du cœur d'une fibre monomode est d'environ 78,5 µm², tandis que le guide d'ondes optique peut être d'environ 0,099 µm².
Cela signifie que le cœur de la fibre peut être des centaines de fois plus grand que le guide d'ondes.
Même une petite erreur de positionnement peut entraîner une perte de couplage importante.
C'est pourquoi les tests CPO nécessitent un alignement extrêmement précis, ainsi que des sondes optiques avancées, une vision industrielle et des systèmes de positionnement automatisés.
Aujourd'hui, certains de ces processus impliquent encore des opérations manuelles importantes. TrendForce estime que l'inspection à 100 % d'un seul PIC peut prendre plus de 100 secondes, ce qui constitue un défi majeur pour la fabrication à grand volume.
Les quatre étapes clés des tests CPO
Les tests CPO ne se déroulent pas à une seule étape. Le processus peut généralement être divisé en quatre niveaux principaux.
1. Tests au niveau de la tranche PIC
La première étape se concentre sur le circuit intégré photonique lui-même.
Les mesures typiques comprennent :
Les performances électriques en courant continu
La puissance optique
La perte optique
Le courant d'obscurité
Cette étape est particulièrement importante car les PIC défectueux peuvent être identifiés avant d'être liés à des EIC coûteux.
2. Tests au niveau de la tranche EIC-PIC
L'étape suivante combine les tests électriques et optiques.
Les tests peuvent inclure :
Les performances électro-optiques
Les performances opto-électriques
Les tests à haute vitesse
Les mesures de paramètres S
3. Tests du moteur optique
Au niveau du moteur optique, les tests deviennent plus complets.
Ils peuvent inclure :
- Tests DC
Les tests à haute vitesse
Calibration
Tests de bouclage optique
Les mesures de paramètres S
Cette étape permet d'identifier les moteurs optiques connus bons (KGOE) avant l'assemblage ultérieur.
4. Tests avancés des boîtiers et des modules
L'étape finale se concentre sur le module complet.
L'objectif est de vérifier :
La fonctionnalité au niveau système
Les performances optiques
La communication à haut débit
Les performances de bouclage optique
Pourquoi l'OWAT pourrait être l'étape la plus importante
Parmi ces étapes de test, le test d'acceptation optique des plaquettes (OWAT) est particulièrement important.
La raison est simple :
Détecter les défauts tôt.
Les PIC sont généralement fabriqués à l'aide de nœuds de processus relativement matures, tandis que les EIC peuvent impliquer des processus de nœuds avancés beaucoup plus coûteux.
Si un PIC défectueux n'est découvert qu'après avoir déjà été collé à un EIC coûteux, la perte résultante peut être importante.
Les tests précoces au niveau de la plaquette peuvent donc aider à réduire :
Les rebuts d'EIC
Les pertes liées à l'assemblage
Les coûts de test
Le temps de fabrication
Pour que le CPO atteigne une production à grand volume, l'amélioration des tests optiques au niveau de la plaquette et de l'automatisation sera essentielle.
Qui construit l'écosystème de test du CPO ?
Le marché des tests CPO attire des entreprises de plusieurs segments de l'industrie des équipements semiconducteurs.
Les leaders traditionnels de l'ATE tels qu'Advantest et Teradyne étendent leurs activités aux tests photoniques par le biais de partenariats et d'acquisitions.
Parallèlement, des entreprises telles que FormFactor, Keysight, Chroma, ficonTEC et Enlitech développent des solutions de sondage optique, de mesure, d'alignement et de test de fiabilité.
Par exemple, Advantest et FormFactor ont travaillé sur des solutions de test photonique dotées de capacités avancées d'alignement optique.
Teradyne et ficonTEC ont également développé des solutions de test au niveau de la plaquette et de la puce pour la photonique au silicium.
De son côté, Keysight apporte des technologies de mesure à haut débit et de caractérisation optique dans l'écosystème de test du CPO.
Ces développements montrent que le test du CPO devient un marché multidisciplinaire plutôt qu'un simple marché traditionnel d'ATE.
Le test du CPO devient une nouvelle opportunité pour les semiconducteurs
La croissance de l'IA pousse l'industrie des semiconducteurs au-delà des performances de calcul.
Les performances d'interconnexion deviennent tout aussi importantes.
À mesure que les clusters d'IA s'agrandissent, le déplacement de volumes massifs de données entre les GPU, les commutateurs, la mémoire et d'autres composants crée des défis croissants en matière de bande passante et de consommation d'énergie.
C'est l'une des raisons pour lesquelles le CPO attire l'attention.
TrendForce s'attend à ce que les marchés du CPO et du NPO connaissent une expansion significative à mesure que l'infrastructure d'IA continue de se développer, le marché combiné devant dépasser 39 milliards de dollars US d'ici 2030.
Mais avant que le CPO puisse atteindre une véritable production de masse, l'industrie doit encore résoudre plusieurs problèmes critiques :
Un meilleur alignement.
Une vitesse de test plus élevée.
Davantage d'automatisation.
Des coûts de test plus faibles.
Des méthodes de test plus standardisées.
Réflexions finales
Le CPO n'est plus un simple concept de laboratoire.
À mesure que les centres de données d'IA exigent une bande passante plus élevée et une consommation d'énergie plus faible, les interconnexions optiques deviennent une partie de plus en plus importante de l'écosystème des semiconducteurs.
Cependant, construire la technologie ne représente qu'une partie du défi.
La capacité de la tester rapidement, avec précision et de manière économique pourrait finalement déterminer la vitesse à laquelle le CPO peut se déployer.
Pour les fabricants de semi-conducteurs, les fournisseurs d'équipements, les entreprises de composants et les partenaires de la chaîne d'approvisionnement, les tests CPO constituent un domaine à surveiller de près.
La prochaine percée dans l'infrastructure d'IA pourrait ne pas provenir uniquement de puces plus rapides.
Elle pourrait provenir de meilleures méthodes pour les tester et les connecter.
À propos d'ICALLCHIP Electronics LLC
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