17.07.2025, Wiadomości Online o Światłowodach, napędzane szybkim rozwojem dużych modeli AI i infrastruktury obliczeniowej, inteligentne centrum obliczeniowe przyspiesza w kierunku nowej ery wzajemnych połączeń z "światłem jako rdzeniem". Układy scalone fotoniczne (PIC) stały się kluczową technologią wspierającą wysokowydajne obliczenia ze względu na ich zalety, takie jak duża przepustowość, niskie zużycie energii i małe rozmiary. Jednak wąskim gardłem ograniczającym szerokie zastosowanie PIC nie jest projekt, ale proces produkcji i testowania. Tradycyjne testowanie na poziomie modułu nie jest już w stanie sprostać wymaganiom dotyczącym spójności i wydajności krzemowych układów optycznych i stało się kluczową ścieżką do poprawy zdolności produkcyjnych i przyspieszenia wdrażania aplikacji.

Ten artykuł zapewni dogłębną analizę trendów rozwojowych i wyzwań testowych w zakresie interkonektów PIC oraz zbada możliwości zastosowania zautomatyzowanej platformy sond EXFO OPAL w testowaniu sprzężeń krawędziowych na poziomie wafla, pomagając w osiągnięciu szerokiego i wydajnego wdrożenia fotonicznych układów scalonych.

Wąskie gardła w łączności napędzane przez AI i wyzwania testowe

Tło branżowe
W ostatnich latach skala parametrów dużych modeli AI wzrosła wykładniczo, moc obliczeniowa GPU stale rosła, podczas gdy przepustowość sieci wzrosła tylko 1,4 razy, tworząc znaczącą "różnicę nożycową", a system sieciowy staje się głównym wąskim gardłem, które ogranicza wydajność inteligentnych centrów obliczeniowych. Interkonekt optyczny, zwłaszcza architektury równoległe o dużej prędkości oparte na PIC, jest postrzegany jako kluczowa ścieżka do przełamywania wąskich gardeł.

Jednak szerokie wdrożenie PIC stoi w obliczu poważnych wyzwań, zwłaszcza w procesie testowania. Wraz z ewolucją pojemności układów do 100 Tb/s, a nawet Pb/s, skala integracji i liczba kanałów gwałtownie wzrosły, powodując trzy główne problemy:
Wysoka złożoność produkcji: pojedynczy układ scalony integruje tysiące urządzeń optycznych, o dużej powierzchni, wielu kanałach i złożonym sprzężeniu funkcjonalnym;

Gwałtowny wzrost trudności testowania: tradycyjny etap testowania na poziomie modułu pozostaje w tyle, co może łatwo powodować marnotrawstwo materiałów i procesów, a osiągnięcie kontroli w pętli zamkniętej jest trudne.

Zwiększone ryzyko wydajności: Brak weryfikacji funkcjonalnej systemów na poziomie wafla prowadzi do ujawnienia wadliwych układów w późniejszych etapach procesu, spowalniając tempo masowej produkcji.

Według statystyk, koszt TAP (test, montaż i pakowanie) stanowi ponad 80% kosztu produkcji układów PIC, co jest znacznie wyższe niż w przypadku tradycyjnych układów elektrycznych.

Od weryfikacji parametrów do gwarancji funkcji systemu

System testowy
Aby zapewnić stabilną wydajność i wydajność produkcji układów PIC w aplikacjach o wysokiej złożoności, testowanie optyczne przebiega przez cały proces, od weryfikacji projektu po dostawę modułu. Zgodnie z różnymi etapami i celami testowania, można je podzielić na trzy etapy i dwa rodzaje metod.

Trzy główne etapy testowania:
Testowanie na poziomie wafla: Przeprowadź cięcie i pakowanie układów, aby skupić się na podstawowych parametrach optycznych, takich jak strata wtrąceniowa (IL) i strata związana z polaryzacją (PDL), aby wcześnie wyeliminować wadliwe układy, poprawić wydajność i kontrolować koszty.

Testowanie na poziomie pakietu: Przeprowadzanie po zapakowaniu układu w celu sprawdzenia wpływu wydajności sprzężenia, naprężeń opakowania i innych czynników na wydajność, jest kluczowym ogniwem łączącym produkcję front-end i integrację systemu back-end.

Testowanie na poziomie modułu: Dla kompletnych modułów (takich jak OSFP/QSFP) weryfikuje wskaźniki na poziomie systemu, takie jak współczynnik błędów bitowych (BER), diagram oka, TDECQ i moc nadawcza, co jest końcową kontrolą jakości przed opuszczeniem fabryki.

Dwa rodzaje metod testowania:
Testowanie parametrów: koncentrujące się na strukturze urządzenia i charakterystyce materiału, takie jak przepustowość, strata, prędkość reakcji itp., jest często używane do weryfikacji projektu i optymalizacji procesu;

Testowanie funkcjonalne: Symuluj rzeczywiste środowisko aplikacji, aby ocenić ogólną wydajność układu przy określonych długościach fal, prędkościach i formatach modulacji, takich jak współczynnik błędów bitowych i stosunek sygnału do szumu.

Naukowe podzielenie etapów testowania i dopasowanie odpowiednich metod testowania stało się kluczową strategią poprawy wydajności i spójności produkcji PIC. Zwłaszcza na etapie masowej produkcji, funkcjonalne testowanie na poziomie wafla staje się kluczowym punktem wyjścia do przełamywania wąskich gardeł testowych i przyspieszania industrializacji.

Testowanie funkcjonalne idzie naprzód, a weryfikacja na poziomie wafla staje się celem

Trendy technologiczne
Wraz z ciągłym ulepszaniem integracji, złożoności i scenariuszy zastosowań układów PIC, branża osiągnęła konsensus, że testowanie funkcjonalne na poziomie systemu musi przejść z tradycyjnego etapu modułu do etapu pakowania, a nawet wafla. Ten trend jest nie tylko wynikiem ewolucji technologicznej, ale także sposobem na zapewnienie wydajności, kontrolę kosztów i osiągnięcie wysokiej jakości dostawy.

Dlaczego testy muszą być przesunięte do przodu?

Umieszczenie testów z wyprzedzeniem może zidentyfikować wady funkcjonalne na wczesnym etapie produkcji, zapobiec przedostawaniu się wadliwych układów do kosztownych procesów i zasadniczo zmniejszyć przeróbki i straty. Konkretne korzyści obejmują:
Kontrola kosztów: wczesne badanie wadliwych produktów w celu zmniejszenia wysokich strat na etapie pakowania i montażu;

Poprawa wydajności: usprawnienie procesu testowania na poziomie modułu i przyspieszenie tempa dostarczania produktów;

Zapewnienie jakości: wcześniejsze wykrywanie odchyleń na poziomie systemu w celu poprawy spójności i niezawodności układów;

Proces w pętli zamkniętej: Dane testowe przekazywane do procesu produkcyjnego w celu wspierania projektowania i ciągłej optymalizacji procesu.

Wyzwania techniczne związane z testowaniem z wyprzedzeniem:
Pomimo wyraźnych trendów, nadal istnieją znaczne wyzwania w osiągnięciu weryfikacji funkcjonalnej na poziomie wafla, w tym:
Trudne sprzężenie o wysokiej precyzji: Konieczne jest osiągnięcie wielokanałowego, dużego pola i niskiej straty wtrąceniowej sprzężenia krawędziowego, co stawia wyższe wymagania dotyczące dokładności wyrównania i powtarzalności.

Pomiar złożonych wskaźników: dokładny pomiar kluczowych wskaźników na poziomie systemu, takich jak BER, TDECQ, współczynnik Q, IL, RL, PDL itp.;

Wysoka kompatybilność platformy: platforma testowa musi być dostosowana do różnych materiałów (Si, InP, LiNbO₃) i form pakowania (CPO, MCM itp.);

Wysokie zapotrzebowanie na automatyzację i inteligencję: Konieczne jest wspieranie równoległej kontroli kanałów, gromadzenia danych w czasie rzeczywistym i łączenia w celu osiągnięcia "testowania i regulacji" oraz "optymalizacji online".

Wraz z ciągłym wzrostem gęstości kanałów i szybkości transmisji, funkcjonalne testowanie na poziomie wafla jest nie tylko potężnym narzędziem do kontrolowania kosztów, ale także podstawową zdolnością do zapewnienia wydajności i dostaw na dużą skalę. Patrząc w przyszłość, branża pilnie potrzebuje zbudowania elastycznej, zautomatyzowanej platformy testowej, która obsługuje wieloetapowe, wielokanałowe i wielosprzężeniowe formy, aby promować kompleksową modernizację systemu testowania PIC.

EXFO zbudowało inteligentny system platformy testowej PIC

rozwiązanie
Aby sprostać potrzebom testów funkcjonalnych z wyprzedzeniem, weryfikacji na poziomie wafla i masowej produkcji, EXFO uruchomiło serię zautomatyzowanych platform sond OPAL, aby zbudować kompleksowy system testowy od weryfikacji naukowej po dostawę partii. Platforma charakteryzuje się wysokim stopniem automatyzacji, modułowości i elastycznymi możliwościami rozbudowy, obsługuje testowanie wielu form pakowania i wielosprzężeniowe optyczne od pojedynczej matrycy do wafla 300 mm i otwiera pętlę zamkniętą testowania wafla-pakietu-modułu, co jest kluczowym narzędziem do osiągnięcia wysokiej jakości dostawy układów fotonicznych.

1. Obsługa wielu form pakowania: stacja sond OPAL series
OPAL-EC|Flagowa platforma testowania sprzężeń krawędziowych na poziomie wafla
Zaprojektowana specjalnie do zautomatyzowanego testowania sprzężeń krawędziowych na poziomie wafla. Platforma obsługuje wafle o średnicy do 300 mm, stół obrotowy 105° i wielokanałowe sprzężenie równoległe, integruje moduły wyrównania nanometrycznego, górne i dolne systemy podwójnych kamer oraz funkcje nawigacji autofokusa i ma rozdzielczość wyrównania 0,5 nm i dokładność pozycjonowania wafla 3 nm, znacznie poprawiając wydajność sprzężenia i spójność testów.

Typowe zastosowania: Testowanie partii urządzeń na poziomie wafla, takich jak modulatory optyczne krzemowe i MRR; szeroko zakrojone badanie przesiewowe PIC i weryfikacja scenariuszy AI, komunikacji i wykrywania; Szybka weryfikacja wieloportowego, wysokiej gęstości sprzężenia krawędziowego na poziomie wafla.

To jest film, przejdź do linku do odpowiedniej zawartości artykułu, aby wyświetlić
OPAL-MD|Platforma testowa dla wielu układów, która łączy badania i rozwój oraz masową produkcję
Nadaje się do testowania wielu matryc lub złożonych pakietów (takich jak MCM, CPO) i nadaje się do testów pilotażowych i niskoseryjnej produkcji spinballi. Platforma obsługuje równoległe testowanie wielu układów, wbudowane oprogramowanie sterujące automatyzacją PILOT, obejmujące cały proces prowadzenia układów, kalibracji, wykonywania i analizy danych oraz ma elastyczne możliwości konfiguracji, aby sprostać potrzebom weryfikacji partii złożonych struktur pakowania.

Typowe zastosowania: Projekt MPW tape-out i ocena modułu zintegrowanego z wieloma układami; testowanie funkcji CPO o dużej prędkości i złożonego pakowania; moduły telekomunikacyjne, pola jazdy autonomicznej itp.

OPAL-SD|Elastyczna platforma do badań naukowych i walidacji niskoseryjnej

Półautomatyczna platforma sondy dla uniwersytetów, instytucji badawczych i zespołów start-upów, odpowiednia do szybkiej weryfikacji funkcji optycznych/elektrycznych na pojedynczym układzie i w małych partiach. Platforma obsługuje obsługę ręczną i półautomatyczną i jest wyposażona w modułowe sondy optyczne/elektryczne do precyzyjnego wyrównania i elastycznego przełączania. Wbudowane oprogramowanie testowe PILOT obsługuje podstawową automatyczną kontrolę, akwizycję danych i analizę, co czyni je idealnym wyborem do weryfikacji badań naukowych i inkubacji technologii.

Typowe zastosowania: wczesna ocena projektu i weryfikacja funkcjonalna układów PIC; eksperymenty dydaktyczne, inkubacja technologii i badanie przesiewowe procesów; Badania akademickie, testowanie rozwoju niskoseryjnego start-upu.

To jest film, przejdź do linku do odpowiedniej zawartości artykułu, aby wyświetlić

2. Platforma oprogramowania PILOT: inteligentne centrum testowe oparte na danych

PILOT to oprogramowanie sterujące EXFO, specjalnie zbudowane dla platformy sond OPAL, które działa poprzez konfigurację testów, kontrolę sprzętu, wykonywanie procesów, analizę danych i generowanie raportów oraz buduje zautomatyzowaną, identyfikowalną i skalowalną pętlę zamkniętą testów układów PIC. Jego modułowa architektura i silna interoperacyjność obsługują pełny proces testowania od pojedynczej matrycy do wafla, od badań i rozwoju po linię produkcyjną. Jego podstawowe kompetencje obejmują:

Automatyzacja procesów i wspólna kontrola sprzętu: automatyczne odczytywanie rysunków CAD, identyfikowanie układów Die i łączenie laserów, mierników błędów bitowych, mierników mocy i innego sprzętu w celu osiągnięcia kontroli całego procesu wyrównania, kalibracji i akwizycji.

Elastyczne skrypty i jednoczesne planowanie: Wbudowany moduł sekwencera obsługuje skrypty Python/Excel, równoległość wielowątkową i planowanie sekwencji testów, dostosowując się do scenariuszy wielokanałowych.

Zarządzanie danymi strukturalnymi: Wbudowana baza danych w chmurze/lokalna do scentralizowanego zarządzania planami testów, definicjami komponentów, parametrami konfiguracji i wynikami testów oraz wspierania współpracy w wielu lokalizacjach i identyfikowalnej analizy danych.

Optymalizacja testów pomijania oparta na AI: PILOT jest natywnie kompatybilny z narzędziami AI, które mogą trenować i wdrażać modele, identyfikować wzorce defektów, przewidywać wyniki i inteligentnie pomijać zbędne testy, znacznie poprawiając wydajność i efektywność testów.

Silny ekosystem interoperacyjności: Może być bezproblemowo zintegrowany z programami Excel, MATLAB, Power BI i innymi narzędziami, aby pomóc użytkownikom w wydajnym wykonywaniu analizy danych i generowaniu raportów.
Platforma PILOT naprawdę zrealizowała skok od "weryfikacji statycznej" do "dynamicznej regulacji parametrów", od "testowania punktowego" do "współpracy procesowej" i jest głównym centrum oprogramowania, które wspiera industrializację zautomatyzowanego testowania układów PIC na poziomie wafla.

Zarządzanie danymi strukturalnymi: Wbudowane bazy danych w chmurze/lokalne umożliwiają scentralizowane zarządzanie planami testów, definicjami komponentów, parametrami konfiguracji i wynikami testów, wspierając współpracę w wielu lokalizacjach i identyfikowalną analizę danych.

Optymalizacja testów pomijania oparta na AI: PILOT jest natywnie kompatybilny z narzędziami AI i może trenować i wdrażać modele w celu identyfikacji wzorców defektów, przewidywania wyników, inteligentnego pomijania zbędnych testów i znacznej poprawy wydajności i efektywności testów.

Silny ekosystem interoperacyjności: może bezproblemowo integrować się z narzędziami takimi jak Excel, MATLAB, Power BI itp., pomagając użytkownikom w wydajnym wykonywaniu analizy danych i generowaniu raportów.
Platforma PILOT naprawdę osiągnęła przejście od "weryfikacji statycznej" do "dynamicznego dostrajania parametrów" i od "testowania punktowego" do "współpracy procesowej" i jest głównym centrum oprogramowania wspierającym industrializację automatyzacji testowania układów PIC na poziomie wafla.

3. Platforma testowa CTP10: wysokoprecyzyjny silnik testowania funkcjonalnego
CTP10 to wysokowydajna platforma testowania urządzeń fotonicznych uruchomiona przez EXFO, zaprojektowana specjalnie dla rezonatorów mikro pierścieniowych MZI、 Projekt weryfikacji parametrów urządzeń pasywnych i aktywnych, takich jak filtry i VOAs, ma zalety wysokiej precyzji, szerokiego zasięgu i silnej skalowalności i jest jednym z kluczowych silników testowych do weryfikacji funkcjonalnej PIC. Główne zalety obejmują:
Rozdzielczość sub pikometrowa: Obsługuje skanowanie widmowe 20 fm, aby sprostać precyzyjnemu testowaniu odpowiedzi w domenie częstotliwości urządzeń mikro pierścieniowych o wysokiej wartości Q;

Bardzo szeroki zakres długości fal: pełne pokrycie pasma 1240-1680 nm, odpowiednie dla wielu scenariuszy zastosowań, takich jak telekomunikacja, komunikacja danych i biosensing;

Bardzo wysoki zakres dynamiczny:>70dB zakres dynamiczny straty wtrąceniowej, zdolny do pomiaru wielu parametrów, takich jak IL, PDL i odpowiedź widmowa w jednym skanowaniu;

Obsługa tablic wielokanałowych: Obsługuje równoległy pomiar ponad 100 kanałów, odpowiedni dla wymagań testowych tablic urządzeń o dużej gęstości, takich jak AWG i przełączniki optyczne;

Stabilność lasera i kalibracja identyfikowalności: Wbudowany laser DFB i moduł kalibracji mocy, osiągając stabilność wyjściową i pełną identyfikowalność danych procesowych.

CTP10 przyjmuje konstrukcję modułową, obsługuje podwójną kontrolę wiersza poleceń SCPI i interfejsu graficznego GUI i bezproblemowo integruje się z oprogramowaniem PILOT. Nadaje się do środowisk badawczo-rozwojowych, pilotażowych i masowej produkcji i jest rozwiązaniem referencyjnym w obecnych testach PIC, które łączy dokładność, szybkość i skalowalność.

Wraz z ciągłym wzrostem integracji i złożoności układów PIC, testowanie przechodzi z tradycyjnej "walidacji po" do "wstępnego osadzania". EXFO wykorzystuje stację sond OPAL, platformę pomiarową CTP10 i oprogramowanie automatyzacji PILOT do budowy inteligentnego systemu testowego obejmującego wafle do systemów, osiągając wysokoprecyzyjne sprzężenie, równoległość wielokanałową, analizę wspomaganą przez AI i podejmowanie decyzji oparte na danych, przyspieszając przejście układów PIC z laboratorium do zastosowań na dużą skalę. W ramach trendu przesuwania strategii testowania do przodu, testowanie ewoluuje z narzędzia pomocniczego w centralną siłę napędową optymalizacji procesów produkcji fotonów i współpracy w branży.