中國報告大廳網訊，【綜述】隨著人工智能和大型語言模型對算力需求的爆發(fā)式增長，傳統(tǒng)電子互連方案在帶寬與能耗上的局限性日益凸顯。共封裝光學（CPO）技術通過將光子集成電路直接集成到計算芯片封裝中，實現了每秒太比特級的數據傳輸速率，并將功耗降至5 pJ/bit以下，成為數據中心突破能效瓶頸的關鍵路徑。然而，在光纖-芯片對準精度、熱管理及可靠性驗證等方面仍面臨復雜挑戰(zhàn)，推動著半導體制造工藝與封裝技術的持續(xù)創(chuàng)新。

  一、共封裝光學技術的核心優(yōu)勢與挑戰(zhàn)并存

  中國報告大廳發(fā)布的《2025-2030年中國封裝產業(yè)運行態(tài)勢及投資規(guī)劃深度研究報告》指出，CPO通過將光子集成電路（PIC）與GPU/ASIC等計算單元集成在同一封裝內，顯著縮短了光電轉換路徑。相較于傳統(tǒng)可插拔光模塊，這種設計使電信號傳輸距離從厘米級壓縮至百微米量級，帶寬密度提升至1 Tbps/mm，同時功耗降低60%以上（從約15 pJ/bit降至5 pJ/bit）。在數據中心場景中，CPO支持更密集的機架部署，每光纖端口帶寬通過密集波分復用（DWDM）技術可擴展數倍。然而，這一革新方案對制造精度提出了嚴苛要求：光子芯片與光纖陣列需實現亞微米級對準公差，熱波動控制精度需優(yōu)于±1°C以維持波長穩(wěn)定性。

  二、光學集成中的精密對準難題突破路徑

  在光纖-硅光子集成電路（PIC）接口處，8μm直徑的單模光纖與500nm量級的芯片波導端面必須精確耦合。行業(yè)已采用V型槽無源對準技術實現低損耗連接，但陣列化封裝帶來了新的挑戰(zhàn)：128通道光纖陣列需在三維空間內同步完成±50nm橫向公差控制。主動對準系統(tǒng)通過六自由度精密平臺與光反饋機制，在毫秒級時間內完成多通道耦合優(yōu)化。當前解決方案正從單光纖向陣列擴展，未來隨著數據速率提升至Pb/s級別，微透鏡陣列與集成光學濾波器的引入將進一步簡化對準流程。

  三、熱管理成為系統(tǒng)可靠性核心指標

  封裝內的光子器件對溫度變化極為敏感，1°C溫差即可導致0.1nm波長偏移。CPO設計需綜合運用熱界面材料優(yōu)化、局部加熱器補償及冗余架構：通過硅中介層實現芯片級散熱均熱；調制器內置的微加熱器可實時校正波長漂移；激光發(fā)射單元采用雙備份方案，單通道失效時自動切換冗余路徑。測試數據顯示，在105°C高溫環(huán)境下，集成式PIC仍能保持低于-2dB的附加損耗，其可靠性已通過JEDEC標準認證。隨著DWDM架構普及，未來系統(tǒng)需將溫度控制精度提升至±0.5°C以內。

  四、制造良率與測試策略定義量產門檻

  CPO封裝的復雜性要求從晶圓到系統(tǒng)的全流程質量管控：光子芯片在12英寸硅基板上實現毫米級特征制備；光纖陣列通過自動化探針臺完成批量對準驗證；最終模塊需進行7×24小時加速老化測試以篩選激光器失效風險。當前行業(yè)良率約達85%，主要缺陷集中在光纖-波導耦合界面（占15%不良率）及III-V族激光器壽命問題。為提升可維護性，部分設計采用可插拔光引擎架構，在保持性能的同時實現關鍵組件的現場更換。

  【總結】共封裝光學技術正重塑數據中心基礎設施的技術范式，其每秒太比特級傳輸能力與能效優(yōu)勢已通過商業(yè)化驗證。然而，亞微米級對準精度、跨尺度熱管理及高可靠制造仍是規(guī)?；涞氐年P鍵挑戰(zhàn)。隨著光子集成工藝成熟度提升和封裝材料創(chuàng)新突破，預計到2027年CPO將占據高性能計算互連市場50%份額，推動全球數據中心能耗強度下降40%，為AI時代的算力需求提供可持續(xù)的基礎設施支撐。

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