硅光芯片创新转型，测试测量新需求

根据Lightcounting的预测，光通信行业已经处在硅光子技术规模应用的转折点，使用基于硅光光模块市场份额有望从2022年的24%增加到2028年的44%。据Yole预测， 2022年硅光芯片市场价值为6800万美元，预计到2028年将超过6亿美元，2022-2028年的复合年均增长率为44%。推动这一增长的主要因素是用于高速数据中心互联和对更高吞吐量及更低延迟需求的机器学习的800G可插拔光模块，数通光模块的应用占硅光芯片市场93%。

业界认为硅光子技术与传统分立技术之间的成本平衡在400G。随着光模块速率向800G及以上发展，硅光子技术的成本效益逐渐超过传统分立技术。预计短期内，400G和800G硅光模块的市场占比将增加。长期来看，随着硅光子技术的成熟，其在1.6T和3.2T等更高速率应用中的低成本和大带宽优势将更明显，推动硅光模块渗透率持续增长。

硅光模块 VS 传统光模块

硅光技术全称为硅基光电子技术，是一种采用硅和硅基材料（如SiGe/Si、SOI等）为衬底，并借助CMOS工艺技术来开发集成光电子器件的创新方法。其核心在于，它能够将光子和电子技术无缝结合，为光通信领域带来革命性的进步。

一种颠覆性的封装技术，共同封装光学元件（Co-packaged optics；CPO）就被提出来，透过先进的封装技术，以及电子学和光子学的最佳化整合，来大幅缩短电气链路长度，从而提高互连频宽密度和能源效率。因此CPO被广泛认为是未来数据中心互连的一个最有效的解决方案。包括Intel、Broadcom和IBM等全球国际半导体技术领先业者，都已对CPO技术展开深入研究，国内多家公司也开始参与竞争。这是一个跨学科的研究领域，涉及了光子元件、集成电路设计、封装、光子元件建模、电子-光子整合模拟、应用和技术。

传统的光模块是执行光电转换的关键设备，其核心功能包括对光信号进行调制和接收。在制造过程中，传统光模块需要将电芯片、光芯片、透镜、对准组件和光纤端面等多种器件通过封装技术集成在一起，以构成一个完整的调制器、接收器和无源光学器件的集合体。相比之下，硅光模块则采用了先进的硅光子技术，这一技术允许使用CMOS工艺来开发和集成光器件。它基于CMOS制造工艺，将硅光模块芯片与硅基底相结合，通过蚀刻和外延生长等微加工技术，精确制备出调制器、接收器等关键光电子器件。这种高度集成的方法不仅提高了生产效率，还为实现更小型化、更高性能的光通信设备提供了可能。

对耦合对准和封装精度要求更苛刻

硅光技术已在光开关、光波导、硅基探测器（如Ge探测器）以及光调制器（如SiGe调制器）等实现突破。

当前，硅光技术主要有两种实现形式。一种是采用先进的大规模集成电路技术（CMOS）工艺，实现单片硅光引擎的集成。另一种则是混合集成方案，光芯片通常使用传统的三五族半导体材料，通过分立贴装或晶圆键合等技术手段，将这些三五族的激光器与硅基板上集成的调制器和耦合光路等组件紧密结合，形成一个高效的光电子系统。

硅光模块的生产必须采用高精度自动耦合封装技术，这一技术对于确保封装的精确度、提高良品率和生产效率至关重要。相对于传统光模块，它们通常采用自由空间耦合设计，对封装精度的要求不那么严格，因此可以采用人工或半自动的方式进行封装，这样的方法成本相对较低。

然而，硅光技术在实际应用中面临着一系列挑战，尤其是光纤与波导之间的高效耦合以及封装工艺。由于硅光模块的集成度较高，封装过程更为复杂，对耦合对准和封装精度的要求也更为苛刻。这使得实现高质量且成本效益的封装变得更加困难。据Yole数据，目前阶段在硅光模块成本中，硅光芯片仅占约10%，封装成本占比约为80%。

硅光技术面临的挑战

硅光子技术正逐步取代传统光器件，但在全面普及之前，仍需解决一些关键技术挑战。这包括降低硅波导的损耗、提高波导与光纤间的耦合效率，以及稳定温度对功率和波长的影响。这些难题的攻克对于硅光子技术在数据中心等关键领域的应用至关重要。

在测试流程方面，硅光芯片与常规集成电路芯片相比，面临着更高的成本、更复杂的制造过程和更高的废品率。因此，必须在晶圆级别进行严格的测试和筛选，以确保在后续的集成过程中，只有合格的芯片被用于封装，从而避免因使用不合格芯片而增加的后期成本。

此外，硅光芯片的设计、制造和封装环节目前还缺乏统一的标准化方案。设计阶段需要依赖专业的EDA工具，而在制造和封装环节，缺乏提供硅光工艺晶圆代工服务的厂家，这些都增加了硅光子技术产业化的难度。

尽管存在这些挑战，硅光子技术的快速发展已经为多个行业带来了技术革新，预示着其在未来的广泛应用潜力。随着技术的不断进步和行业标准的逐步建立，硅光子技术有望克服现有障碍，实现更广泛的市场应用。

硅光广泛应用于

通信、传感和计算等领域

目前硅光产品主要集中在数据中心光模块以及相干光模块，未来有望拓展至CPO领域。在数据中心内的新型光信号互联与处理（Communication / Processing），包括Optical IO、光计算、量子计算等。另外一个较大的应用领域是光传感（Sensing），包括激光雷达、生物传感等。

随着硅光芯片技术的发展，对测试测量的需求也在不断增长，包括对硅光芯片性能的精确测试、封装技术的优化、以及对新材料和新结构的评估。测试测量技术的发展将直接影响硅光芯片的良率和可靠性，是推动硅光芯片技术成熟和产业化的关键因素。

作为测试测量解决方案的供应商和租赁合作伙伴，益莱储可以提供灵活的精密测试测量解决方案来确保光模块的性能、可靠性和兼容性，包括示波器、误码仪、协议和信号测试仪器等，以满足400G和800G硅光芯片测试的需求。益莱储密切关注行业发展趋势，如数据中心的快速扩张、5G技术的深入部署、人工智能技术的发展以及智能驾驶等，通过与客户、测试测量品牌原厂及合作伙伴的紧密沟通，益莱储能够及时了解市场的最新需求并携手面对挑战。

审核编辑 黄宇