【光电共封CPO】光模块与CPO测试设备技术和产业生态

【本文涉及的相关企业】新易盛、Nvidia、中际旭创、天孚通信、台积电、光迅科技

测试的“表”与“里”

投资者或者普通人了解光模块往往从带宽看起，400G->800G->1.6T的等比例放大，好像是开发了一个芯片，但是事实却不是如此，背后是测试设备、芯片、封装工艺和整个产业链格局在同步更新与重塑，尤其是大家都以为测试设备的需求也按总带宽成比例放大。其实真正决定测试机台数量的是单通道速率和通道数。

光模块测试方案(图源：深芯盟)

先来梳理下光模块的“表”：光模块在400G时代，主流是100G(单通道速率)x4(通道数)，800G则有100Gx8和200Gx4。测试机台量产的成熟方案是标准4通道对接测试，测试100Gx8的方案则需要两台测试机并联协作或者接入复杂的分光开关分轮分时轮流测试8个通道；而单通道200G和400G的测试设备价格惊人，定价远超100G的两倍不止，速率只翻了一番，售价跳涨幅度却陡的多，而且每往上一代，产线建设的资本密度都在急剧上升；行业内人士透露，量产单通道400G的话，就单测试单一通道的机台就比100G一排机台还贵（无尘室一排机台往往是4-8台不等，可见其价格之高昂），况且目前无论测试机台还是光模块本身都没到量产阶段，属于还在实验室里加速研发的产品。

而测试机台本身的“里”也分为两个核心设备，发射端的采样示波器，俗称“眼图仪”和接收端的误码仪。这两类设备也是价格差距巨大，量产用误码仪配合IMES系统国内有不少国产替代厂家可以做，目前价格在十几万人民币左右；而发送端的眼图仪则贵的多，精密且可靠的往往百万起步，一整套的测试栈还需要时钟恢复、光衰减器、光开关、光谱仪、温控电路和量产上位机等设备，这样一来总的设备投入就非常巨大。

误码仪目前已经是国产“红海”，从最早由中国台湾厂商MultiLane的一枝独秀，到如今联讯等国产厂商陆续切入，价格目前维持在15万人民币左右，甚至有些光模块厂商也投资研发误码仪，市场几近饱和。

发射端示波器则行业壁垒极深，老牌是德科技、罗德施瓦茨等海外巨头厂商，早已垄断研发环节的各类示波器，其本身就是测试类仪器的天花板，内部芯片和元器件的系统集成再到各类温漂补偿和电磁屏蔽的技术代际领先，让其市占率几乎百分之百。另一方面，新产品和新技术研发往往是行业标准的定义，这种硬性指标本来就是行业“度量衡”一般的存在，所以老牌厂商拥有和不错的行业口碑和公信力，而且多厂商同产品的广泛的交叉验证也是一个行业标准参数的关键因素。可以说切入高端测试赛道的生态壁垒，可以做出一台高性能高参数的示波器难的多。

产业链无形的大手-劳工生态

关于光模块的产业链很多人都有一个疑问，为何明明核心芯片设计(博通、高通、Nvidia、Marvell)和核心制造(台积电、三星和东京精密等)都在美日企业手里，大陆和东南亚地区只有光模块集成，却仍然是全球光模块和CPO核心产业链呢？答案其实很简单，光模块集成是一个系统性工程，国产厂商(如中际旭创、新易盛、光迅科技)牢牢占据了系统集成、封装制造与规模化落地的主导权。

光模块制造不是简单的“拧螺丝”，其需要大量涉及精密对准、光纤耦合、金线键合和测试工序等，要求工人动作稳定、专注度高、纪律性强，而这类训练有素的技术工人在中国大陆和台湾地区最密集。据中际旭创透露，其在泰国的工厂所招聘的本地工人在面对高精密和高配合度生产时，效率和良率均不达标，往往需要大量国内工人和工程师远赴海外进行支持，所以目前其泰国等地工厂也是做一些机壳装配、贴标签、出货前基础检测等后段工序。

尽管海外大厂例如Coherent都在建设新一代自动化生产产线，意图在美国本土或者马来西亚等地构建先进封装制造产业，但是目前其高端1.6T仍旧从无锡工厂出货，工艺制程仍处于良率提升阶段，全自动的黑灯工厂远景还遥遥无期。所以就目前而言，全球最高产能、最高良率的光模块仍旧是中国大陆的本土化生态。就连1.6T的最高端光模块大陆厂商的量产和交付也远远跑赢一种海外厂商。

光模块产业链分工

测试商业转移与CPO演进

当然接下来光模块即将达到了其物理极限，光通信行业最大的变数仍旧是CPO，CPO的逻辑其实十分简单：”将光模块里的电芯片、光芯片通过3D垂直互联，然后和GPU或CPU放置在同一个基板（Substrate）上封装起来”，将光电转换后的电信号通路距离尽可能缩短，因为PCB所带来的延迟和信号损耗在极高的单通道带宽(400G800G)下难以接受。

之前有一个行业资深专家同笔者聊过，与CPO一同而来的是行业格局的深刻变革，现有利益格局会被彻底打乱。产业中心转移过程中，以英伟达和台积电为首的行业巨头希望CPO这种先进封装作为行业主导，NVIDIA能把光模块和交换机的一部分价值整合进自己的平台，台积电则能继续扩大先进封装的版图，自然能够带来丰厚的利润；国内的光模块厂商则在加速研发CPO，一旦CPO商业化启动，传统的光模块势必会受到冲击。

而对于测试设备厂商而言，未来光电共封CPO取代光模块的测试设备则是一场底层需求的重塑。在可拔插光模块测试往往集中于后段，每一只模块在出厂前都需要用测试仪器进行指标校正，通过调节内存补偿参数可以优化单通道的性能，良率可以显著提升。而CPO更像是芯片封装，测试环节将整体前移，演变为晶圆级光电测试（On-Wafer Test），模块级测试和晶圆级测试有着天壤之别，前者是可拔插的接口对接测试机台，而后者必须在无尘室内利用精密探针卡进行KGD(know-good-die)的测试，然后给出Map图（行业术语：标注一片晶圆上好坏芯片的行列坐标图），后经切割和3D先进封装等工序，而这一套自然是台积电、日月光等封装大厂所擅长的技术领域了。

这一轮从光模块本身速率提升到CPO需求的爆发，都是设备厂商产能扩张的内生增长动能，每一次通道速率的跨越（100G
200G
400G），都意味着原有的产线测试设备在物理层面上无法向下兼容，厂商必须采购技术代际更高的设备；CPO则是需要全面配合封装厂商共同研发复杂得多的全新设备。很显然这一轮产业需求空前巨大，测试厂商的更新频率比以往都要快，产品速率提升、封装密度提升都是带动着设备厂商的测试机台提升。产业只要在变，设备一定有故事可以讲。

结语

AI算力需求在涨，光通信的技术演进在变，无论是研发端的先进设备还是量产端的测试设备都有着广阔的需求，全球的设备厂商都在紧盯着这片孕育了全球光模块的大陆。而CPO的演进，将会把整个测试生态带入到半导体制程的行列，唯有率先掌握技术跨越的厂商，才能成为下一个时代的“执牛耳者”。

文中插图为生成式AI生成

参考:

《光模块测试设备技术迭代、产业链格局及CPO技术对 行业影响的深度解析》-深度访谈