CPO：未來數據中心技術面臨的測試挑戰

（本文編譯自Semiconductor Digest）

數據中心正面臨嚴峻的能源危機。相關數據預測顯示，到2030年，信息通信技術（ICT）領域的電力消耗將占全球總耗電量的20%，而數據中心正是ICT領域的核心耗電主體。尤其值得關注的是，人工智能驅動的工作負載對電力需求激增，這一現狀已促使亞馬遜、谷歌等科技巨頭積極探索替代能源方案，甚至著手布局自建小型核電站。

在緩解數據中心電力負擔的諸多路徑中，將電子設備互連方式從傳統銅基互連轉向硅光子學，是當前最具前景的方向之一。硅光子學以硅為光學介質構建光子系統，其支撐的光互連不僅功耗更低，還能提供更高帶寬，且在長距離傳輸場景下表現出更優性能。這些核心優勢，使其成為高性能計算（HPC）與人工智能驅動型數據中心數據傳輸網絡的理想解決方案。

CPO：一項顛覆性技術

傳統光互連雖已在網絡應用中沿用多年，但硅光子學通過將光學器件直接集成至半導體芯片，實現了技術的突破性升級（如圖1所示）。這一革新直接催生了共封裝光學（CPO）技術——在該技術架構下，光學引擎與交換機專用集成電路（ASIC）被集成于同一封裝內，大幅提升了系統集成度與傳輸效率。

圖1：CPO是一項創新性封裝技術，它將硅光子芯片與數據中心交換機或GPU計算設備集成到同一塊襯底上，有效縮短信號傳輸路徑，降低能耗與延遲。

CPO技術的發展，首要驅動力來自行業對能效提升的迫切需求：用光子互連替代傳統銅互連，能顯著降低系統功耗，契合數據中心綠色化發展趨勢。其次，更長的傳輸距離需求也為CPO技術提供了發展契機——光互連的傳輸范圍可覆蓋從毫米級到千米級，且信號衰減極?。挥绕渲档靡惶岬氖?，光子器件在長距離傳輸中近乎無損耗，這使得數百米外的兩臺AI加速器可共享工作負載，形成統一協同的計算資源。

此外，CPO技術還能助力實現更高的數據速率，這一優勢在當前帶寬需求爆發的背景下尤為關鍵，因為以太網交換機的帶寬已從2013年的1.28太比特/秒（Tbps）躍升至如今的102.4太比特/秒（Tbps）以上。成本優勢則是推動CPO落地的另一重要因素：借助硅光子技術，可借助標準半導體制造工藝實現規?；a，大幅降低器件制造成本，為技術普及奠定基礎。

總體而言，CPO目前仍處于技術發展階段，其穩定運行需依賴采用先進2.5D/3D封裝技術的集成電路（IC），以確保系統性能的無縫銜接。然而，這種高度集成化與技術復雜性，也為CPO帶來了一系列重大的測試挑戰。

應對CPO測試的核心挑戰

由于CPO需同時進行電學驗證與光學驗證，其測試邏輯與傳統半導體測試方式存在顯著差異。這類混合系統包含多達36個光學引擎及計算ASIC芯片，因此對測試方法的精度要求極高。

當前最緊迫的問題之一是光纖對準精度。光學測試需將光纖線纜與每個光學引擎進行精準對準，目前實驗室環境中該流程仍以人工操作為主，但面向大批量生產時，必須實現自動化轉型。對準精度至關重要，即使是微米級的微小偏差，也可能導致信號衰減、功率損耗或測量結果不準確。

另一大挑戰是生產可擴展性。目前，CPO測試仍主要局限于小批量實驗室環境，且需滿足多項嚴苛條件，包括主動熱管理、高功率供應、大型封裝件處理、定制化光子器件操作與對準、高速數字信號測試、寬帶光子信號測試以及高頻射頻（RF）信號測試。要實現規?；慨a，就必須將光學儀器集成到自動測試設備（ATE）環境中，因為在高吞吐量場景下，人工對準既不現實也不可行。

從傳統電學測試向電光信號測試的轉型，也帶來了新的復雜性。盡管自動測試設備（ATE）長期以來一直依賴數字與射頻測試方法，但光學引擎還需要額外的測試技術，如誤碼率（BER）分析和眼圖測量。更關鍵的是，由于探針無法與光信號直接連接，必須采用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，因此需要全新的驗證策略。

不同晶圓廠的工藝差異進一步加劇了測試復雜性。臺積電（TSMC）、格羅方德（GlobalFoundries）等不同半導體晶圓廠，采用的硅光子制造方案各不相同：例如臺積電采用雙晶圓堆疊工藝，而格羅方德則將光學與電學組件集成在單張晶圓上。這些差異會影響測試方法，因此需要靈活且具備適應性的測試解決方案，以兼容不同廠商的制造流程。

為CPO制定合理的測試策略，還需權衡ATE設備與系統級測試（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設備如今已能支持CPO的完整生命周期測試，從早期特性表征到大批量生產。這使得電學與光學領域的并行、可擴展測試成為可能，同時保證了高信號完整性與高吞吐量。

相比之下，系統級測試（SLT）則扮演著互補角色：它無需直接對光路進行表征，而是在模塊或系統層面驗證端到端的功能性能。將ATE設備與系統級測試（SLT）相結合，可構建分層測試架構，該架構與“左移/右移”測試方法論相契合，既能最大化缺陷覆蓋率，又能在規模化生產中實現成本與速度的優化。

結語

作為緩解數據中心能源危機、支撐高帶寬需求的核心技術，CPO的發展前景廣闊，但測試環節的復雜性仍是其規?；涞氐年P鍵瓶頸。從光纖對準的精度控制，到量產場景下的可擴展性突破，再到適配不同工藝的靈活測試方案，每一項挑戰的解決都需技術創新與產業協同。隨著ATE與SLT分層測試架構的完善，以及自動化、高精度測試技術的迭代，CPO必將逐步克服測試難題，成為未來數據中心技術升級的重要支柱，推動ICT行業向更高效、更綠色的方向發展。