По мере роста центров обработки данных ИИ быстро растёт спрос на более быструю и энергоэффективную передачу данных.
Традиционные электрические межсоединения сталкиваются с растущими ограничениями по пропускной способности, энергопотреблению и задержке. Это одна из причин, по которой совместно упакованная оптика (CPO) и кремниевая фотоника привлекают всё больше внимания как технологии межсоединений следующего поколения.
Но существует проблема, которую часто упускают из виду:
CPO может быть готов к коммерциализации, но готово ли тестирование CPO к массовому производству?
Согласно TrendForce, тестирование остаётся одним из ключевых узких мест на пути CPO из лаборатории к серийному производству. Платформа COUPE от TSMC также нацелена на серийное производство в 2026 году, что дополнительно ускоряет развитие экосистемы CPO.
Что делает тестирование CPO таким сложным?
В отличие от традиционного тестирования электронных ИС, CPO объединяет электрические и оптические технологии в одном корпусе.
Типичная архитектура CPO интегрирует фотонную интегральную схему (PIC) с электрической интегральной схемой (EIC). Объединённый компонент часто называют оптическим движком (OE).
PIC может включать:
Оптические ответвители
Модуляторы
Фотодетекторы
Оптические фильтры
Оптические волноводы
Это означает, что тестирование больше не ограничивается только электрическими характеристиками.
Инженерам также необходимо измерять оптические параметры, такие как:
Вносимые потери (IL)
Поляризационно-зависимые потери (PDL)
Чувствительность
Потери на распространение в волноводе
Оптические перекрёстные помехи
Сочетание электрического, оптического и оптоэлектронного тестирования делает тестирование CPO значительно более сложным, чем обычное тестирование ИС.
Проблема юстировки
Одной из самых серьёзных проблем является оптическая юстировка.
Свет должен пройти от внешнего оптического волокна в чрезвычайно малый оптический волновод. Разница в физических размерах огромна.
Согласно TrendForce, площадь поперечного сечения сердцевины одномодового волокна составляет приблизительно 78,5 мкм², тогда как оптический волновод может составлять около 0,099 мкм².
Это означает, что сердцевина волокна может быть в сотни раз больше волновода.
Даже небольшая ошибка позиционирования может привести к значительным потерям связи.
Именно поэтому тестирование CPO требует чрезвычайно точной юстировки, а также передовых оптических зондов, машинного зрения и автоматизированных систем позиционирования.
Сегодня некоторые из этих процессов всё ещё включают значительные ручные операции. По оценкам TrendForce, 100%-ная инспекция одной PIC может занимать более 100 секунд, что создаёт серьёзную проблему для крупносерийного производства.
Четыре ключевых этапа тестирования CPO
Тестирование CPO не происходит на одном единственном этапе. Процесс можно условно разделить на четыре основных уровня.
1. Тестирование PIC на уровне пластины
Первый этап сосредоточен на самой фотонной интегральной схеме.
Типичные измерения включают:
Электрические характеристики постоянного тока
Оптическая мощность
Оптические потери
Темновой ток
Этот этап особенно важен, поскольку дефектные PIC могут быть выявлены до их соединения с дорогостоящими EIC.
2. Тестирование EIC-PIC на уровне пластины
Следующий этап объединяет электрическое и оптическое тестирование.
Тестирование может включать:
Электрооптические характеристики
Оптоэлектрические характеристики
Высокоскоростное тестирование
Измерения S-параметров
3. Тестирование оптического движка
На уровне оптического движка тестирование становится более комплексным.
Оно может включать:
- Тестирование постоянного тока
Высокоскоростное тестирование
Калибровку
Тестирование оптической петли
Измерения S-параметров
Этот этап помогает выявить заведомо исправные оптические движки (KGOE) перед дальнейшей сборкой.
4. Тестирование усовершенствованных корпусов и модулей
Заключительный этап сосредоточен на полном модуле.
Цель — проверить:
Функциональность на системном уровне
Оптические характеристики
Высокоскоростную связь
Характеристики оптической петли
Почему OWAT может быть наиболее важным этапом
Среди этих этапов тестирования приёмочный тест оптической пластины (OWAT) особенно важен.
Причина проста:
Раннее выявление дефектов.
PIC, как правило, изготавливаются с использованием относительно зрелых технологических узлов, тогда как EIC могут включать гораздо более дорогостоящие процессы передовых узлов.
Если дефектный PIC обнаруживается только после того, как он уже соединён с дорогостоящим EIC, возникающие потери могут быть значительными.
Таким образом, раннее тестирование на уровне пластины помогает сократить:
Отбраковку EIC
Потери при корпусировании
Затраты на тестирование
Время производства
Для достижения CPO крупносерийного производства критически важным будет совершенствование оптического тестирования на уровне пластины и автоматизации.
Кто создаёт экосистему тестирования CPO?
Рынок тестирования CPO привлекает компании из нескольких сегментов индустрии полупроводникового оборудования.
Традиционные лидеры в области ATE, такие как Advantest и Teradyne, расширяют свою деятельность в сфере фотонного тестирования через партнёрства и приобретения.
В то же время такие компании, как FormFactor, Keysight, Chroma, ficonTEC и Enlitech, разрабатывают решения для оптического зондирования, измерений, юстировки и тестирования надёжности.
Например, Advantest и FormFactor работали над решениями для фотонного тестирования с расширенными возможностями оптической юстировки.
Teradyne и ficonTEC также разработали решения для тестирования на уровне пластины и кристалла для кремниевой фотоники.
Тем временем Keysight привносит технологии высокоскоростных измерений и оптической характеризации в экосистему тестирования CPO.
Эти разработки показывают, что тестирование CPO становится междисциплинарным рынком, а не только традиционным рынком ATE.
Тестирование CPO становится новой возможностью для полупроводниковой отрасли
Рост ИИ подталкивает полупроводниковую отрасль за пределы вычислительной производительности.
Производительность межсоединений становится столь же важной.
По мере укрупнения кластеров ИИ перемещение огромных объёмов данных между GPU, коммутаторами, памятью и другими компонентами создаёт растущие проблемы с пропускной способностью и энергопотреблением.
Это одна из причин, по которой CPO привлекает внимание.
TrendForce ожидает значительного расширения рынков CPO и NPO по мере продолжения масштабирования инфраструктуры ИИ, при этом совокупный рынок, по прогнозам, превысит 39 млрд долларов США к 2030 году.
Но прежде чем CPO сможет достичь настоящего крупносерийного производства, отрасли ещё предстоит решить несколько критических проблем:
Улучшенная юстировка.
Более высокая скорость тестирования.
Большая автоматизация.
Снижение затрат на тестирование.
Более стандартизированные методы тестирования.
Заключительные мысли
CPO больше не является просто лабораторной концепцией.
Поскольку центры обработки данных ИИ требуют более высокой пропускной способности и более низкого энергопотребления, оптические межсоединения становятся всё более важной частью полупроводниковой экосистемы.
Однако создание технологии — лишь часть задачи.
Способность тестировать её быстро, точно и экономически эффективно может в конечном итоге определить, насколько быстро CPO сможет масштабироваться.
Для производителей полупроводников, поставщиков оборудования, компонентных компаний и партнёров по цепочке поставок тестирование CPO — это область, заслуживающая пристального внимания.
Следующий прорыв в инфраструктуре ИИ может прийти не только от более быстрых чипов.
Он может прийти от лучших способов их тестирования и соединения.
О компании ICALLCHIP Electronics LLC
ICALLCHIP Electronics LLC предоставляет комплексные решения по закупке электронных компонентов, поддерживая производителей полупроводников и электроники, дистрибьюторов и инженерные команды в вопросах закупки компонентов, поддержки BOM и решений для цепочки поставок.
Свяжитесь с нами для закупки компонентов и поддержки RFQ.
