共封装光学器件(CPO)技术概述 - 基于CPO的网络交换机已商业化，支持太比特级信号路由，但面临光纤-PIC对准、热管理和光学测试等制造挑战 [1] - CPO将光电转换靠近GPU/ASIC交换机，带宽密度达1 Tbps/mm，相比可插拔模块功耗从15 pJ/bit降至5 pJ/bit(预计<1 pJ/bit) [1][6] - 当前数据中心采用可插拔光收发器通过PCB电连接交换机，存在信号损耗和能效瓶颈 [1][2] 技术优势 - 缩短电信号传输距离至100µm，信号损耗从>20dB降至1-2dB，SerDes组件需求降低 [7] - 硅光子IC采用DWDM技术，单个光纤端口带宽扩展10倍，器件微型化推动与计算节点集成 [6] - 典型配置中计算芯片被4-8个硅光子IC收发器包围，激光器因可靠性问题单独封装 [6] 制造挑战 光纤对准 - 单模光纤(8-10µm)与SOI波导(500x220nm)尺寸差异导致模式失配，需0.1µm精度对准 [8][9] - V型槽无源对准实现最低损耗，可拆卸方案每个接口增加约1dB损耗 [8] - 光纤阵列对准需3D调整，自动化系统通过光反馈优化多通道耦合效率 [10] 热管理 - 1°C温度变化导致0.1nm波长偏移，DWDM架构下热稳定性要求更严格 [11] - 激光器可靠性是最大缺陷来源，多波长激光器将提高测试要求 [13] - 需选择热界面材料并部署传感电路，保持PIC在>105°C环境下的性能 [11][13] 可靠性设计 - 采用Telcordia GR468和JEDEC标准测试，硅光子器件故障率低于1 FIT [14][16] - 冗余设计包括备份激光器阵列和容错架构，支持自动切换降低停机时间 [15] - 集成监控/BiST功能实现自校正，晶圆级测试对复杂多芯片组件至关重要 [15][16] 封装架构 - 2.5D方案中EIC与PIC通过硅中介层互连，可集成波导/光栅等光学特性 [17] - 3D堆叠允许EIC用先进CMOS节点、PIC用硅光子平台，但增加TSV/HBI成本 [18] - 单片集成简化散热但限制IC工艺节点，3.5D方案结合EMIB实现最优性能 [18] 行业应用前景 - CPO为AI数据中心提供带宽和能效突破，光子IC性能达传统收发器10倍 [7][20] - 技术依赖精密对准、热管理及测试方法，需内置冗余保障高可靠性运行 [20]