OFC 2025: CPO的可制造性

由于Nvidia CPO交换机的重磅发布，#CPO 技术受到了业界广泛的关注。在今年的OFC大会上，有一个关于CPO可制造性的workshop讨论“How do Co-Packaged Optics Become Manufacturable?”，小豆芽这里整理下各方的观点，方便大家参考。

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1. 可测试性

关于CPO光引擎的可测试性(testing ability)，Broadcom与Marvell都强调了可测试性的重要性，并分享了各自光引擎的测试经验。Broadcom的CPO测试包括PIC wafer测试筛选出known-good-die、利用可插拔光连接器进行光引擎的测试和最终的51.2T CPO模组测试。每一步都进行严格测试，确保512个通道性能都符合要求，如下图所示，从而保证CPO交换机可以正常工作。

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Marvell的光引擎为单通道200Gbps, 有6.4T与1.6T两款光引擎产品，其ATE测试机台采用Advantest V93000型号，如下图所示。这里小豆芽不太清楚细节，不太确定硅光晶圆的具体放置位置，如何用图中的optical probe head进行晶圆测试。Marvell的报告中提及到对于Driver/TIA/PIC分别在wafer level进行测试，而光引擎则在package level进行测试。测试内容主要为光引擎的S参数。

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整体上，由于CPO生产过程中涉及到多个环节，每个环节都需要进行严格测试，确保进入下一环节的物料是可以正常工作的，如下图所示，包括wafer测试、die测试、光引擎测试、PCB级组装测试与CPO模组测试。由于测试中涉及到光信号、高速电信号等，这对大批量自动化测试带来了挑战。可测试性是CPO制造过程中需要解决的首要难题。

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(图片来自https://www.teradyne.com/2025/02/24/sipho-raise-new-test-challenges/)

2. 可靠性

关于可靠性，Nvidia给出了一个CPO的故障率指标需求，小于10FIT(failure in time)。FIT的定义为每10^9小时出现的故障数。而对于传统的可插拔光模块，其FIT的典型值为125左右。CPO与可插拔光模块对可靠性的要求差别还是非常大的。传统可插拔光模块中激光器是比较容易失效的，而在CPO交换机中由于通道数较多，会涉及到更多数目的激光器，故障率会随着激光器数目指数级增加。这也是CPO的光源采用外置可插拔方案的原因之一，可以较好地解决激光器可靠性问题。硅光芯片本身的可靠性是非常高的，旭创在其报告中给出了测试数据，可以小于0.1FIT。当然对于CPO中使用到的高密度多通道硅光芯片，FIT值会有所提升。

3. 可插拔光学连接器

可插拔光学连接器(detachable optical connector)的开发，是CPO可测试性的必要条件，因此每家公司都花费了较多的资源开发这一技术。可插拔硅光光模块中，光纤是光与芯片固化在一起的，如果出现了问题，无法进行返工，fiber attach直接影响了整个系统的良率。而采用可插拔光学连接器方案，将光学耦合与光纤连接器解耦，解决了此前两者绑定在一起的难题，确保进入组装流程的芯片为known-good-die，从而提高了良率。这里不展开具体的技术细节，简要说明下每家的方案，如下表所示，基本思路都是通过一定的方式，降低光学耦合对准容差的要求，从而实现可插拔的无源光耦合，进而实现对光引擎的筛选测试。

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4. 采用适合大批量生产的组装方案

多个报告里提到了HVM assembly process，这一点主要是借鉴集成电路中成熟的自动组装方式，使用与电芯片相兼容的设备或者方式进行组装。Intel的报告里提到目前每家公司采用了不同的光电芯片方案、不同的工艺节点、不同的封装方案等，未来是否可能统一相关标准？对于封装方案，Intel建议采用先进封装方案以便进一步提高良率。Ayar Labs从ecosystem、cost与customer readiness三个角度提出了一些值得思考的问题，如下图所示。硅光fab是否可以实现批量的晶圆加工？是否可以实现晶圆级的光学并行测试，从而降低测试所需时间、降低成本？是否可以参考电芯片的处理方式，采用全部自动化的组装方式，摒弃可能涉及到人工手动操作的流程？SMF与PMF光纤的成本是否可以进一步降低？Ayar Labs的这些问题都是CPO未来大量应用时必须要解决的问题。虽然CPO仍然还没有大规模部署，但是这些问题在一开始系统设计时就必须考虑到，这关系到不同解决方案的选取。整体上，大家的共识是采用高效率、高良率、全自动的组装方案。

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以上是对CPO可制造性这一workshop讨论的简单整理。CPO作为硅光技术的最为耀眼的一颗明珠，在大量部署应用前，需要攻克多个技术难题。CPO的可测试性、可靠性、可插拔光学连接器与大批量组装方案，是大家比较关注的方向。虽然每家公司的技术路线目前并不完全一致(未来是否会形成统一标准?)，但是涉及到的问题是共性的。对于可插拔光学连接器的研发，是CPO实现可测试性不可或缺的一环。为了保障CPO的可靠性，采用外置激光器模块也基本成为共识。而为了提高良率与降低成本，采用便于大批量生产组装的方案，采用晶圆级的先进封装技术。比较有趣的是，Broadcom在其报告里提到CPO已经被Broadcom证实可以实现量产，更需要回答的问题应该是when to deploy。