數(shù)據(jù)中心正面臨能源危機。據(jù)預測，到 2030 年，信息通信技術（ICT）將占全球電力消耗的 20%，而數(shù)據(jù)中心是這一需求的核心。人工智能驅動的工作負載對電力的需求令人擔憂，促使 Amazon、Google 等公司探索替代能源，包括自建微型核電站。

減輕這一電力負擔最具前景的方案之一，是將電子設備的互連技術從銅基轉向硅光子學 —— 即使用硅作為光學介質的光子系統(tǒng)。光學互連功耗更低，同時在更長距離上提供更高帶寬和更優(yōu)性能。這些特性使其成為高性能計算（HPC）和人工智能驅動型數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)傳輸網絡的理想解決方案。

CPO：變革性技術

傳統(tǒng)光學互連已在網絡應用中使用多年，但硅光子學通過將光學器件直接集成到半導體芯片中，將該技術推向了新高度（圖 1）。這一進步催生了共封裝光學（CPO）技術 —— 即將光學引擎與交換機專用集成電路（ASIC）封裝在同一模塊內。

圖1.CPO是一種封裝創(chuàng)新，將硅光子芯片與數(shù)據(jù)中心交換機或GPU計算設備集成到單一基板上。它滿足了對更高帶寬和速度、低延遲、更低功耗以及提升數(shù)據(jù)傳輸效率的互聯(lián)需求，適用于AI數(shù)據(jù)中心應用。

CPO 是一種封裝創(chuàng)新，將硅光子芯片與數(shù)據(jù)中心交換機或 GPU 計算設備集成到單一襯底上。它滿足了人工智能數(shù)據(jù)中心應用對互連技術日益增長的需求，包括更高帶寬和速度、低延遲、低功耗以及更高的數(shù)據(jù)傳輸效率。

CPO 技術的發(fā)展源于對功耗效率的需求 —— 用光子學替代銅基互連可顯著提升功耗效率。更長的傳輸距離也是推動 CPO 發(fā)展的因素之一，因為光學互連可在毫米到千米范圍內傳輸，且信號衰減極小（光子學器件在長距離傳輸中幾乎無損耗，使得數(shù)百米外的兩臺人工智能加速器能夠共享工作負載，相當于一個計算資源）。更高的數(shù)據(jù)速率也受益于 CPO 技術 —— 這一點至關重要，因為以太網交換機的帶寬已從 2013 年的 1.28 太比特 / 秒提升至如今的 102.4 太比特 / 秒以上。成本是最后一個關鍵因素 —— 硅光子學可利用標準半導體制造工藝實現(xiàn)高性價比生產。

總體而言，CPO 是一項正在發(fā)展的技術，需要采用先進 2.5D/3D 封裝技術的集成電路，以確保無縫性能。然而，這種復雜性也帶來了重大的測試挑戰(zhàn)。

應對CPO測試的關鍵挑戰(zhàn)

由于 CPO 需要同時進行電氣和光學驗證，其測試與傳統(tǒng)半導體測試有很大差異。這些混合系統(tǒng)在計算 ASIC 旁集成了多達 36 個光學引擎，需要極高精度的測試方法。

最緊迫的問題之一是光纖對準精度。光學測試要求將光纖電纜精確對準每個光學引擎 —— 這一過程目前在實驗室環(huán)境中由人工完成，但在大規(guī)模生產中必須實現(xiàn)自動化。精度至關重要，因為即使是微米級的微小偏差，也可能導致信號衰減、功率損耗或測量不準確。

另一個主要障礙是生產可擴展性。如今，CPO 測試主要局限于小批量實驗室環(huán)境，需要主動熱管理、高功率供應、大型封裝處理、定制光子學處理與對準、高速數(shù)字信號、寬帶光子信號以及高頻射頻（RF）信號測試。要實現(xiàn)大規(guī)模生產，必須將光學儀器集成到自動測試設備（ATE）環(huán)境中，因為在高吞吐量場景下，人工對準既不實際也不可行。

從傳統(tǒng)電氣測試向電光信號測試的轉變也帶來了新的復雜性。盡管 ATE 長期依賴數(shù)字和射頻測試方法，但光學引擎需要額外的測試技術，如誤碼率（BER）分析和眼圖測量。由于探針無法直接接觸光學信號，必須采用空口（OTA）光學測試。與基于直接電接觸的測試相比，這給 ATE 帶來了獨特挑戰(zhàn)，需要新的驗證策略。

晶圓代工廠特定的差異性進一步加劇了復雜性。不同的半導體晶圓代工廠（如 TSMC 和 GlobalFoundries）采用不同的硅光子學制造方案：TSMC 采用雙晶圓堆疊法，而 GlobalFoundries 則將光學和電氣組件集成在單一晶圓上。這些差異影響測試方法，需要靈活且適應性強的測試解決方案，以適應不同的制造流程。

為 CPO 選擇合適的測試策略，還需要權衡 ATE 與系統(tǒng)級測試（SLT）的利弊。得益于近期將光學儀器直接集成到測試頭的技術進步，ATE 現(xiàn)在支持 CPO 的全生命周期測試 —— 從早期特性分析到大規(guī)模生產，能夠對電氣和光學域進行并行、可擴展測試，且具有高信號完整性和吞吐量。相比之下，系統(tǒng)級測試（SLT）通過在模塊或系統(tǒng)級驗證端到端功能性能（不直接表征光路）發(fā)揮補充作用。ATE 與 SLT 相結合，形成分層測試架構，與 “左移 / 右移” 測試方法相契合，在最大化缺陷覆蓋率的同時，優(yōu)化大規(guī)模生產的成本和速度。