7/17/2025، اخبار آنلاین فیبر نوری. با توجه به تکامل سریع مدل‌های بزرگ هوش مصنوعی و زیرساخت‌های محاسباتی، مرکز محاسبات هوشمند به سمت عصر جدیدی از اتصال متقابل با «نور به عنوان هسته» شتاب می‌گیرد. مدارهای مجتمع فوتونیک (PIC) به دلیل مزایای خود از جمله پهنای باند بالا، مصرف انرژی کم و اندازه کوچک، به یک فناوری کلیدی برای پشتیبانی از محاسبات با کارایی بالا تبدیل شده‌اند. با این حال، گلوگاه محدود کننده کاربرد گسترده PICها در طراحی نیست، بلکه در فرآیند تولید و آزمایش است. آزمایش سنتی در سطح ماژول دیگر قادر به برآورده کردن الزامات سازگاری و بازده تراشه‌های نوری سیلیکونی نیست و به یک مسیر کلیدی برای بهبود ظرفیت تولید و تسریع در اجرای برنامه تبدیل شده است.

این مقاله تجزیه و تحلیل عمیقی از روندهای توسعه و چالش‌های آزمایشی اتصال متقابل PIC ارائه می‌دهد و قابلیت‌های کاربردی پلتفرم پروب خودکار EXFO OPAL را در آزمایش جفت‌شدگی لبه در سطح ویفر بررسی می‌کند و به دستیابی به اجرای مقیاس‌پذیر و کارآمد تراشه‌های مجتمع فوتونیک کمک می‌کند.

گلوگاه‌های اتصال و چالش‌های آزمایشی ناشی از هوش مصنوعی

پیشینه صنعت
در سال‌های اخیر، مقیاس پارامترهای مدل‌های بزرگ هوش مصنوعی به طور تصاعدی افزایش یافته است، قدرت محاسباتی GPU به افزایش خود ادامه داده است، در حالی که پهنای باند شبکه تنها 1.4 برابر افزایش یافته است و یک «تفاوت قیچی» قابل توجه ایجاد کرده است و سیستم شبکه در حال تبدیل شدن به گلوگاه اصلی است که کارایی مراکز محاسباتی هوشمند را محدود می‌کند. اتصال متقابل نوری، به ویژه معماری‌های موازی با سرعت بالا مبتنی بر PIC، به عنوان یک مسیر کلیدی برای شکستن گلوگاه‌ها دیده می‌شود.

با این حال، اجرای گسترده PICها با چالش‌های جدی مواجه است، به ویژه در فرآیند آزمایش. با تکامل ظرفیت تراشه به 100 ترابیت بر ثانیه یا حتی پتابیت بر ثانیه، مقیاس ادغام و تعداد کانال‌ها افزایش یافته است و سه مشکل عمده را به همراه داشته است:
پیچیدگی بالای تولید: یک تراشه واحد هزاران دستگاه نوری را ادغام می‌کند که دارای مساحت زیاد، کانال‌های متعدد و جفت‌شدگی عملکردی پیچیده است.

افزایش چشمگیر در دشواری آزمایش: مرحله آزمایش سنتی در سطح ماژول عقب مانده است که می‌تواند به راحتی باعث هدر رفتن مواد و فرآیند شود و دستیابی به کنترل حلقه بسته دشوار است.

افزایش خطر بازده: عدم وجود تأیید عملکرد سیستم در سطح ویفر منجر به قرار گرفتن تراشه‌های معیوب در مراحل بعدی فرآیند می‌شود و سرعت تولید انبوه را کاهش می‌دهد.

بر اساس آمار، هزینه TAP (آزمایش، مونتاژ و بسته‌بندی) بیش از 80٪ از هزینه تولید تراشه‌های PIC را تشکیل می‌دهد که بسیار بیشتر از تراشه‌های الکتریکی سنتی است.

از تأیید پارامتر تا تضمین عملکرد سیستم

سیستم تست
برای اطمینان از عملکرد پایدار و بازده تولید تراشه‌های PIC در برنامه‌های کاربردی با پیچیدگی بالا، آزمایش نوری در کل فرآیند از تأیید طراحی تا تحویل ماژول اجرا می‌شود. با توجه به مراحل و اهداف مختلف آزمایش، می‌توان آن را به سه مرحله و دو نوع روش تقسیم کرد.

سه مرحله اصلی آزمایش:
آزمایش در سطح ویفر: برش و بسته‌بندی تراشه را انجام دهید تا بر پارامترهای نوری اساسی مانند تلفات درج (IL) و تلفات مرتبط با قطبش (PDL) تمرکز کنید تا تراشه‌های معیوب را زودتر غربال کنید، بازده را بهبود بخشید و هزینه‌ها را کنترل کنید.

آزمایش در سطح بسته: انجام پس از بسته‌بندی تراشه برای تأیید تأثیر راندمان جفت‌شدگی، استرس بسته‌بندی و سایر عوامل بر عملکرد، پیوند کلیدی اتصال تولید جلویی و ادغام سیستم پشتیبانی است.

آزمایش در سطح ماژول: برای ماژول‌های کامل (مانند OSFP/QSFP)، شاخص‌های سطح سیستم مانند نرخ خطای بیت (BER)، نمودار چشم، TDECQ و توان انتقال را تأیید می‌کند که یک بازرسی نهایی کیفیت قبل از خروج از کارخانه است.

دو نوع روش آزمایش:
آزمایش پارامتر: با تمرکز بر ساختار دستگاه و ویژگی‌های مواد، مانند پهنای باند، تلفات، سرعت پاسخ و غیره، اغلب برای تأیید طراحی و بهینه‌سازی فرآیند استفاده می‌شود.

آزمایش عملکردی: محیط کاربردی واقعی را شبیه‌سازی کنید تا عملکرد کلی تراشه را در طول موج‌ها، نرخ‌ها و فرمت‌های مدولاسیون خاص، مانند نرخ خطای بیت و نسبت سیگنال به نویز، ارزیابی کنید.

تقسیم علمی مراحل آزمایش و تطبیق روش‌های آزمایش مناسب به یک استراتژی کلیدی برای بهبود کارایی و سازگاری تولید PIC تبدیل شده است. به ویژه در مرحله تولید انبوه، آزمایش عملکردی در سطح ویفر در حال تبدیل شدن به یک نقطه شروع کلیدی برای غلبه بر گلوگاه‌های آزمایش و تسریع در صنعتی شدن است.

آزمایش عملکردی به جلو می‌رود و تأیید در سطح ویفر به کانون توجه تبدیل می‌شود

روندهای فناوری
با بهبود مستمر ادغام، پیچیدگی و سناریوهای کاربردی تراشه‌های PIC، صنعت به این اجماع رسیده است که آزمایش عملکردی در سطح سیستم باید از مرحله ماژول سنتی به مرحله بسته‌بندی و حتی ویفر منتقل شود. این روند نه تنها نتیجه تکامل فناوری است، بلکه راهی برای اطمینان از بازده، کنترل هزینه‌ها و دستیابی به تحویل با کیفیت بالا است.

چرا باید آزمایش‌ها به جلو منتقل شوند؟

قرار دادن آزمایش‌ها در جلو می‌تواند عیوب عملکردی را در مراحل اولیه تولید شناسایی کند، از ورود تراشه‌های معیوب به فرآیندهای پرهزینه جلوگیری کند و اساساً کار مجدد و ضایعات را کاهش دهد. مزایای خاص عبارتند از:
کنترل هزینه: غربالگری زودهنگام محصولات معیوب برای کاهش تلفات بالا در مرحله بسته‌بندی و مونتاژ;

بهبود کارایی: ساده‌سازی فرآیند آزمایش در سطح ماژول و تسریع در روند تحویل محصول;

تضمین کیفیت: انحرافات در سطح سیستم را زودتر تشخیص دهید تا سازگاری و قابلیت اطمینان تراشه را بهبود بخشید;

حلقه بسته فرآیند: بازخورد داده‌های آزمایش به فرآیند تولید برای کمک به طراحی و بهینه‌سازی مستمر فرآیند.

چالش‌های فنی آزمایش رو به جلو:
علیرغم روندهای روشن، هنوز چالش‌های مهمی در دستیابی به تأیید عملکردی در سطح ویفر وجود دارد، از جمله:
جفت‌شدگی با دقت بالا دشوار: لازم است جفت‌شدگی لبه چند کاناله، آرایه بزرگ و تلفات درج کم حاصل شود که الزامات بهتری را برای دقت و تکرارپذیری تراز ارائه می‌دهد.

اندازه‌گیری شاخص پیچیده: اندازه‌گیری دقیق شاخص‌های کلیدی در سطح سیستم مانند BER، TDECQ، Q-factor، IL، RL، PDL و غیره؛

سازگاری بالای پلتفرم: پلتفرم آزمایش باید با انواع مواد (Si، InP، LiNbO₃) و فرم‌های بسته‌بندی (CPO، MCM و غیره) سازگار شود؛

تقاضای بالا برای اتوماسیون و هوش: لازم است از کنترل کانال موازی، جمع‌آوری داده‌های بلادرنگ و پیوند برای دستیابی به «آزمایش و تنظیم» و «بهینه‌سازی آنلاین» پشتیبانی شود.

با بهبود مستمر تراکم کانال و سرعت انتقال، آزمایش عملکردی در سطح ویفر نه تنها یک ابزار قدرتمند برای کنترل هزینه‌ها است، بلکه یک قابلیت اصلی برای اطمینان از بازده و تحویل در مقیاس بزرگ است. با توجه به آینده، صنعت به شدت نیاز به ایجاد یک پلتفرم آزمایش خودکار انعطاف‌پذیر دارد که از چند مرحله، چند کانال و چند فرم جفت‌شدگی پشتیبانی می‌کند تا ارتقای جامع سیستم تست PIC را ارتقا دهد.

EXFO یک سیستم پلتفرم تست هوشمند PIC ساخته است

راه حل
برای پاسخگویی به نیازهای آزمایش عملکردی رو به جلو، تأیید در سطح ویفر و تولید انبوه، EXFO سری OPAL از پلتفرم‌های پروب خودکار را برای ایجاد یک سیستم تست end-to-end از تأیید علمی تا تحویل دسته ای راه‌اندازی کرد. این پلتفرم دارای درجه بالایی از اتوماسیون، مدولاریته و قابلیت‌های توسعه انعطاف‌پذیر است، از آزمایش چند فرم بسته‌بندی و چند جفت‌شدگی نوری از تک قالب تا ویفرهای 300 میلی‌متری پشتیبانی می‌کند و حلقه بسته آزمایش ویفر-بسته-ماژول را باز می‌کند که یک ابزار کلیدی برای دستیابی به تحویل با کیفیت بالا از تراشه‌های فوتونیک است.

1. پشتیبانی از فرم چند بسته‌بندی: ایستگاه پروب سری OPAL
OPAL-EC| پلتفرم پرچمدار تست جفت‌شدگی لبه در سطح ویفر
به طور خاص برای آزمایش خودکار جفت‌شدگی لبه در سطح ویفر ساخته شده است. این پلتفرم از ویفرهای تا 300 میلی‌متر، میز دوار 105 درجه و جفت‌شدگی موازی چند کاناله پشتیبانی می‌کند، ماژول‌های تراز نانومقیاس، سیستم‌های دوربین دوگانه بالا و پایین و عملکردهای ناوبری فوکوس خودکار را ادغام می‌کند و دارای وضوح تراز 0.5 نانومتر و دقت موقعیت‌یابی ویفر 3 نانومتر است که راندمان جفت‌شدگی و سازگاری آزمایش را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد.

کاربردهای معمولی: آزمایش دسته‌ای دستگاه‌های در سطح ویفر مانند مدولاتورهای نوری سیلیکونی و MRRها؛ غربالگری و تأیید PIC در مقیاس بزرگ از هوش مصنوعی، ارتباطات و سناریوهای حسگر؛ تأیید سریع جفت‌شدگی لبه در سطح ویفر چند پورت و با چگالی بالا.

این یک ویدیو است، لطفاً برای مشاهده محتوای مربوطه مقاله به لینک بروید
OPAL-MD| یک پلتفرم تست چند تراشه‌ای که تحقیق و توسعه و تولید انبوه را به هم متصل می‌کند
برای آزمایش چند قالب یا بسته‌بندی پیچیده (مانند MCM، CPO) مناسب است و برای آزمایش آزمایشی و تولید انبوه با حجم کم از spinballs مناسب است. این پلتفرم از آزمایش موازی چند تراشه‌ای، نرم‌افزار کنترل اتوماسیون PILOT تعبیه‌شده پشتیبانی می‌کند که کل فرآیند هدایت تراشه، کالیبراسیون، اجرا و تجزیه و تحلیل داده‌ها را پوشش می‌دهد و دارای قابلیت‌های پیکربندی انعطاف‌پذیر برای پاسخگویی به نیازهای تأیید دسته ای ساختارهای بسته‌بندی پیچیده است.

کاربردهای معمولی: پروژه MPW tape-out و ارزیابی ماژول یکپارچه چند تراشه‌ای؛ آزمایش عملکرد بسته‌بندی CPO و پیچیده با سرعت بالا؛ ماژول‌های مخابراتی، زمینه‌های رانندگی مستقل و غیره.

OPAL-SD| پلتفرم انعطاف‌پذیر برای تحقیقات علمی و اعتبارسنجی با حجم کم

یک پلتفرم پروب نیمه خودکار سطح ورودی برای دانشگاه‌ها، مؤسسات تحقیقاتی و تیم‌های استارت‌آپ، مناسب برای تأیید سریع عملکردهای نوری/الکتریکی روی یک تراشه واحد و در دسته‌های کوچک. این پلتفرم از عملکرد دستی و نیمه خودکار پشتیبانی می‌کند و مجهز به پروب‌های نوری/الکتریکی مدولار برای تراز دقیق و سوئیچینگ انعطاف‌پذیر است. نرم‌افزار تست PILOT تعبیه‌شده از کنترل خودکار اساسی، جمع‌آوری داده‌ها و تجزیه و تحلیل پشتیبانی می‌کند و آن را به انتخابی ایده‌آل برای تأیید تحقیقات علمی و جوجه‌کشی فناوری تبدیل می‌کند.

کاربردهای معمولی: ارزیابی طراحی اولیه و تأیید عملکرد تراشه‌های PIC؛ آزمایش‌های آموزشی، جوجه‌کشی فناوری و غربالگری فرآیند؛ تحقیقات آکادمیک، آزمایش توسعه با حجم کم استارت‌آپ.

این یک ویدیو است، لطفاً برای مشاهده محتوای مربوطه مقاله به لینک بروید

2. پلتفرم نرم‌افزاری PILOT: یک مرکز تست هوشمند مبتنی بر داده

PILOT نرم‌افزار کنترل اصلی EXFO است که به طور ویژه برای پلتفرم پروب OPAL ساخته شده است که از طریق پیکربندی تست، کنترل تجهیزات، اجرای فرآیند، تجزیه و تحلیل داده‌ها و تولید گزارش اجرا می‌شود و یک حلقه بسته تست تراشه PIC خودکار، قابل ردیابی و مقیاس‌پذیر ایجاد می‌کند. معماری مدولار و قابلیت همکاری قوی آن از کل فرآیند آزمایش از تک قالب تا ویفر، از تحقیق و توسعه تا خط تولید پشتیبانی می‌کند. شایستگی‌های اصلی آن عبارتند از:

اتوماسیون فرآیند و کنترل مشترک تجهیزات: به طور خودکار نقاشی‌های CAD را می‌خواند، طرح‌بندی Die را شناسایی می‌کند و لیزرها، مترهای خطای بیت، مترهای توان و سایر تجهیزات را برای دستیابی به کنترل کل فرآیند تراز، کالیبراسیون و جمع‌آوری پیوند می‌دهد.

اسکریپت‌نویسی انعطاف‌پذیر و زمان‌بندی همزمان: ماژول سکوئنسر داخلی از اسکریپت‌نویسی Python/Excel، موازی‌سازی چند رشته‌ای و زمان‌بندی توالی تست پشتیبانی می‌کند و با سناریوهای چند کاناله سازگار می‌شود.

مدیریت داده‌های ساختاریافته: پایگاه داده ابری/محلی داخلی برای متمرکز کردن مدیریت برنامه‌های تست، تعاریف اجزا، پارامترهای پیکربندی و نتایج تست و پشتیبانی از همکاری چند سایت و تجزیه و تحلیل داده‌های قابل ردیابی.

بهینه‌سازی تست پرش مبتنی بر هوش مصنوعی: PILOT به طور بومی با ابزارهای هوش مصنوعی سازگار است که می‌توانند مدل‌ها را آموزش داده و مستقر کنند، الگوهای نقص را شناسایی کنند، نتایج را پیش‌بینی کنند و به طور هوشمندانه تست‌های اضافی را رد کنند و بازده و کارایی تست را به طور قابل توجهی بهبود بخشند.

اکوسیستم قابلیت همکاری قوی: می‌تواند به طور یکپارچه با Excel، MATLAB، Power BI و سایر ابزارها ادغام شود تا به کاربران کمک کند تجزیه و تحلیل داده‌ها و تولید گزارش را به طور کارآمد تکمیل کنند.
پلتفرم PILOT واقعاً جهش از «تأیید استاتیک» به «تنظیم پارامترهای پویا»، از «تست تک نقطه‌ای» به «همکاری فرآیند» را محقق کرده است و مرکز نرم‌افزاری اصلی است که از صنعتی شدن آزمایش خودکار تراشه PIC در سطح ویفر پشتیبانی می‌کند.

مدیریت داده‌های ساختاریافته: پایگاه‌های داده ابری/محلی داخلی مدیریت متمرکز برنامه‌های تست، تعاریف اجزا، پارامترهای پیکربندی و نتایج تست را فعال می‌کنند و از همکاری چند سایت و تجزیه و تحلیل داده‌های قابل ردیابی پشتیبانی می‌کنند.

بهینه‌سازی تست پرش مبتنی بر هوش مصنوعی: PILOT به طور بومی با ابزارهای هوش مصنوعی سازگار است و می‌تواند مدل‌ها را آموزش داده و مستقر کند تا الگوهای نقص را شناسایی کند، نتایج را پیش‌بینی کند، تست‌های اضافی را به طور هوشمندانه رد کند و بازده و کارایی تست را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.

اکوسیستم قابلیت همکاری قوی: می‌تواند به طور یکپارچه با ابزارهایی مانند Excel، MATLAB، Power BI و غیره ادغام شود و به کاربران کمک می‌کند تجزیه و تحلیل داده‌ها و تولید گزارش را به طور کارآمد تکمیل کنند.
پلتفرم PILOT واقعاً گذاری از «تأیید استاتیک» به «تنظیم پارامترهای پویا» و از «تست تک نقطه‌ای» به «همکاری فرآیند» را به دست آورده است و مرکز نرم‌افزاری اصلی است که از صنعتی شدن آزمایش خودکار تراشه PIC در سطح ویفر پشتیبانی می‌کند.

3. پلتفرم تست CTP10: موتور تست عملکردی با دقت بالا
CTP10 یک پلتفرم تست دستگاه فوتونیک با کارایی بالا است که توسط EXFO راه‌اندازی شده است و به طور خاص برای رزوناتورهای حلقه میکرو MZI طراحی شده است. طراحی تأیید پارامتر دستگاه‌های غیرفعال و فعال مانند فیلترها و VOAs دارای مزایای دقت بالا، پوشش گسترده و مقیاس‌پذیری قوی است و یکی از موتورهای تست کلیدی برای تأیید عملکرد PIC است. مزایای اصلی عبارتند از:
وضوح زیر پیکومتر: از اسکن طیفی 20 فمتری برای پاسخ دامنه فرکانس دقیق دستگاه‌های حلقه میکرو با Q بالا پشتیبانی می‌کند;

پوشش طول موج فوق‌العاده گسترده: پوشش کامل باند 1240-1680 نانومتر، مناسب برای سناریوهای کاربردی متعدد مانند مخابرات، ارتباطات داده و حسگرهای زیستی;

محدوده دینامیکی فوق‌العاده بالا:>70dB محدوده دینامیکی تلفات درج، قادر به اندازه‌گیری پارامترهای متعدد مانند IL، PDL و پاسخ طیفی در یک اسکن واحد;

پشتیبانی از آرایه چند کاناله: از اندازه‌گیری موازی 100+ کانال پشتیبانی می‌کند، مناسب برای الزامات تست آرایه دستگاه با چگالی بالا مانند AWG و سوئیچ‌های نوری;

پایداری لیزر و کالیبراسیون ردیابی: ماژول کالیبراسیون لیزر DFB و توان داخلی، دستیابی به پایداری خروجی و ردیابی داده‌های کل فرآیند.

CTP10 یک طراحی مدولار را اتخاذ می‌کند، از کنترل دوگانه خط فرمان SCPI و رابط گرافیکی GUI پشتیبانی می‌کند و به طور یکپارچه با نرم‌افزار PILOT ادغام می‌شود. برای محیط‌های تحقیق و توسعه، آزمایشی و تولید انبوه مناسب است و راه‌حل معیار در تست PIC فعلی است که دقت، سرعت و مقیاس‌پذیری را ترکیب می‌کند.

با افزایش مستمر ادغام و پیچیدگی تراشه‌های PIC، آزمایش از «اعتبارسنجی پس از» سنتی به «پیش از تعبیه» منتقل می‌شود. EXFO از ایستگاه پروب OPAL، پلتفرم اندازه‌گیری CTP10 و نرم‌افزار اتوماسیون PILOT برای ایجاد یک سیستم تست هوشمند که ویفرها را تا سیستم‌ها پوشش می‌دهد، استفاده می‌کند و به جفت‌شدگی با دقت بالا، موازی‌سازی چند کاناله، تجزیه و تحلیل با کمک هوش مصنوعی و تصمیم‌گیری مبتنی بر داده دست می‌یابد و انتقال تراشه‌های PIC را از آزمایشگاه به برنامه‌های کاربردی در مقیاس بزرگ تسریع می‌کند. تحت روند حرکت استراتژی آزمایش به جلو، آزمایش از یک ابزار کمکی به یک نیروی مرکزی تبدیل می‌شود که بهینه‌سازی فرآیندهای تولید فوتون و همکاری صنعت را هدایت می‌کند.