共封裝光學
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
共封裝光學的實例教程
共封裝光學（CPO）是一種旨在通過將通信所需的重要元件（即光學及電子元件）更緊密地結合在一起，解決當今數據密集網絡中日益增長的帶寬密度、通信時延、銅線傳輸距離以及電源效率挑戰的方案。
行業目前采用了光互連輸入輸出（OIO）和CPO等不同的術語，因而容易造成一些混淆，特別是近封裝光學（NPO）經常錯誤地被視為CPO。需要說明的是，CPO的廣泛趨勢與OIO相同，即轉向基于芯粒的技術，將光學器件集成在3D集成電路（3D-IC）封裝中。
可插拔光收發器等
在高分辨率視頻流、虛擬現實、物聯網（IoT）、高性能計算（HPC）以及人工智能和機器學習（AI/ML）的驅動下，全球網絡和數據中心對數據的需求日益增長，因而需要增加帶寬、降低延遲和功耗。
光學技術最初只在遠距離通信中占主導地位，但隨著可插拔光收發器提高了機架之間和機架內部的帶寬密度，光學技術也已滲透到較近距離通信的數據中心。雖然這些收發器已從100G發展到400G、800G和1.6T，但在更高速度下，尤其是在AI等數據密集型應用中，其功耗會成為不利因素。此外，“可插拔件”的帶寬可擴展性和封裝會對6.4T和12.8T等未來容量構成限制。
為了應對這些挑戰，該行業正在積極投資CPO和OIO，推出新一代解決方案，以滿足新興應用不斷發展和未來大容量網絡的需求。聯盟、多供應商協議，以及諸如電氣與電子工程師協會（IEEE）和光學互聯論壇（OIF）等標準機構之間的協作，旨在實現CPO解決方案規范的一致性。
獲得共封裝光學的優勢
美國博通（Broadcom）和思科（Cisco）的早期CPO解決方案顯示，功耗可節省30-50%，互連功耗約低于1pJ/bit。Ayar Labs展示了5pJ/bit下16Tbps的雙向吞吐量。
展開 在OpticStudio軟件中使用Lumerical超透鏡插件進行的超透鏡仿真
共封裝光學仿真
Lumerical套件的共封裝光學仿真，可以對光如何通過波導傳播進行建模，并展示波導形狀在光波分束與引導中的重要作用。這些數字模型展示了共封裝光學如何支持PIC的開發。此外，光學仿真還可以幫助設計人員評估衍射光柵將光耦合到波導的效率，并展示了如何調控光的傳播方式，以適應后續波導的形狀和尺寸。與此同時，它們還可以對如何組合波前以形成特定圖樣進行建模。
共封裝光學光柵耦合器輸入-輸出設計
衍射光學的未來前景
超透鏡和共封裝光學可支持許多技術的發展，包括：
更纖薄、更緊湊的手機和攝像頭
可以取代CMOS圖像傳感器微透鏡陣列和Bayer彩色濾光片的超表面
輕巧緊湊，具有更明亮、更清晰畫面的增強現實眼鏡
可取代傳統電子元件并實現更快通信的光子元件
先進的醫療光學技術，包括共聚焦激光掃描顯微鏡、光學相干斷層掃描（OCT）、內窺鏡和人工晶狀體
Ansys軟件工具，可幫助企業在生產制造開始之前，就對設計進行有效改進和完善。Lumerical套件等工具可支持衍射光學元件設計，其不僅在學術界廣受歡迎，還被許多全球性企業用于改進其產品。如果您希望優化衍射光學元件的設計和制造，并在市場中占據領先地位，歡迎聯系我們的技術團隊。
展開 本文原刊登于Ansys Blog：《Optics & Photonics Industry Insights: Automotive》
作者：Sanjay Gangadhara | Ansys 光學高級項目總監
筆者有幸參加了2022年由美國光學學會（Optica）和車載光學聯盟（COBO）聯合舉辦的峰會，主題是共封裝光學（CPO, co-packaged optics）和可插拔光學。本次會議重點介紹了超大規模云提供商（如谷歌、微軟和Meta）所需的光學技術，旨在支持數據中心不斷增長的帶寬和性能需求。
現場聆聽行業專家討論CPO與可插拔光學的優勢是非常有趣的。CPO在最大限度降低功耗（新一代數據中心的關鍵需求）方面具有強大的優勢，而可插拔光學是一種久經驗證的技術，并且仍有進步空間。實際上，在為數不多的一些情況下，許多公司在開發可插拔光學解決方案時采用的技術與其CPO解決方案相同。
會議期間分享了一個有趣的假設，至少在近期CPO可能會在新興技術領域找到更多機會，而非數據中心。這是因為CPO在其他應用實現商業化之前，超大規模云提供商可能不愿投資于共封裝光學所需的研發，而適合CPO的應用之一是汽車激光雷達。
許多人認為，激光雷達系統對于自動駕駛汽車從當前的自動化水平（L2級以上，高級部分自動化）發展到預期的L4級（高度自動化）和L5級（完全自動化）至關重要。雖然激光雷達的能力已在市場上被成功證明，但在縮小激光雷達系統的尺寸，降低成本的同時提高性能、可靠性與安全性方面仍存在挑戰。業內已經采用固態技術作為應對這些挑戰的第一步，但越來越多的長期解決方案傾向于使用硅光子技術和共封裝光學。
展開 這些工具協同工作，支持高帶寬數據中心互連所需的共封裝光學解決方案設計。
加速設計生產力并縮短設計結果周期
新思科技正與臺積公司在其 A14 制程上展開合作，在基于 NanoFlex? Pro 架構的新思科技 Fusion Compiler? 中引入智能體運行輔助（agentic run assistance），以在設計流程的不同階段識別時序優化機會，從而實現更優的設計結果質量。此外，新思科技 IC Validator? 中基于 AI 的物理驗證能力也在持續推進中，旨在加快設計規則檢查（DRC）違規問題的識別與修復流程，加速實現滿足流片要求的設計結果。
覆蓋先進制程與 AI、邊緣計算、汽車等重點應用領域的 IP 產品組合
今年，新思科技在其 IP 產品組合方面實現多項重要創新，進一步鞏固了其在 AI、數據中心、邊緣計算和汽車市場高性能互連領域的領先地位。通過一項關鍵的光子學合作，新思科技推出了 224G IP 解決方案，支持共封裝光學以太網和 UALink，滿足下一代電光系統對帶寬的需求。與此同時，新思科技在臺積公司 N5、 N3P 和 N2P 制程上取得多項首次硅片成功（first-silicon）里程碑，包括 PCIe 7.0、HBM4、224G、DDR5 MRDIMM Gen2、LPDDR6/5X/5、UCIe 64G 以及 M?PHY v6.0 IP，在性能、能效和可擴展性方面樹立了全新領先水準。
新思科技進一步擴展了其面向臺積公司 N3P 和 N2P 制程的行業領先、已通過硅驗證的基礎 IP（Foundation IP）產品組合，提供嵌入式存儲器、邏輯單元庫和 IO 解決方案，支持低功耗數據中心、AI 加速器、移動網絡以及先進云計算平臺的設計需求。
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自動變速器的成本和功能優化
產品設計中的一項主要挑戰是確定功能和成本的最佳組合；有許多方法可以實現這一目標，然而每種方法都需要在開發范圍方面做出不同的承諾。
一家全球汽車制造商在其自動變速器設備設計中比較和評估螺線管的設計替代方案時，就親身體驗過這種情況。該公司使用optiSLang和Ansys Workbench構建計算機輔助仿真方法，以用于考慮材料、公差、組件拓撲、幾何參數和制造流程。該工作流程可在短時間內生成各種螺線管設計，并針對每種設計進行成本與功能優化。通過了解每個選項的技術功能和經濟性之間的關系，該團隊能夠選擇出最穩健的設計。
薄膜銅的建模校準
憑借出色的導電和導熱特性，薄膜銅在半導體行業中十分普遍。半導體的功能取決于該金屬在較寬溫度范圍內的性能。通常，金屬薄膜與相同材料的塊狀固體具有不同的物理特性，其行為也大不相同。為了了解薄膜銅的應力-應變響應，并將其參考實驗與仿真結果進行比較，一家半導體制造商使用optiSLang來確定正確的材料模型。
如果采用“手動”驗證，需要花費大約三周時間來運行70次仿真，但采用optiSLang，在設置了相關方法后，就可在一天內運行284次仿真。流程中最耗時的部分并非實際運行，而是圍繞參數變化進行分析和決策——其可以對實驗結果進行更好的校準。而optiSLang有助于提高程序結果的質量和效率。
許多公司使用Ansys optiSLang進行優化，但下面要介紹的是，其中一些公司如何使用該軟件來證明或改進設計和最終產品的魯棒性。
獲得共封裝光學的優勢
制造設備優化
一家公司的車床卡盤輕量化設計，可為尋求快速、高效部件生產的客戶提供最大負載能力。
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746f93a3de484e83908f239549ce83b0" width="200"></p><p class="ql-align-center"><strong>陸澤欽 | Ansys Lumerical 高級研發經理</strong></p><p>英屬哥倫比亞大學電氣與計算機工程學博士，目前擔任 Ansys Lumerical 高級研發經理，負責帶領團隊開發光子設計自動化流程、先進緊湊模型以及面向共封裝光學
通過一項關鍵的光子學合作，新思科技推出了 224G IP 解決方案，支持共封裝光學以太網和 UALink，滿足下一代電光系統對帶寬的需求。
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光波導+超表面解決方案線下活動
當下，AR/VR、光通信、超透鏡、微納成像等領域飛速發展，光波導作為 AR 顯示核心、超表面作為光學系統小型化關鍵，設計與仿真難度陡增。
2026年5月15日，OAS 光學軟件光波導仿真 + 超表面仿真解決方案線下活動將于上海舉辦，助您掌握光波導/超表面仿真設計核心技能。誠邀光學領域各位專家、
<p>Ansys光學與光子學解決方案提供功能強大的設計、優化和驗證仿真軟件，可幫助設計師更快地開發出卓越的光學產品，同時提升產品的性能、可靠性和良率。在最新發布的2026 R1 新版本中，通過簡化的雜散光分析工作流程，Ansys Zemax OpticStudio 與 Ansys Speos for NX 之間強大的光學設計交換 (ODX) 以及實用的 NEST 容差，推動了光學和光子工程的發展；Synopsys
該系統采用共封裝光學器件（CPO）設計，包含光電器件。由于電子集成電路（EIC）和印刷電路板（PCB）產生的熱量，緊湊型CPO內部的溫度變化會影響硅光子元件的性能。本文旨在：1）通過熱仿真了解CPO內部的溫度分布；2）找到電路板上WDM元件的理想位置，以減輕電子元件發熱帶來的不利影響。
首先，使用Icepak對整個封裝進行熱仿真。
這種尺寸限制嚴重阻礙了其在大規模高密度光子集成中的應用，也妨礙了與微尺度電子元件及其他組件在新興共封裝光學系統中進行經濟地共集成——該領域嚴苛的尺寸要求迫切需要超緊湊型高速TFLN調制器。
為提升調制效率，研究者已開展多項重要工作：通過包層材料工程增強電場，或利用光學諧振結構強化光-物質相互作用。但性能提升與體積縮減僅實現數倍增長，最高調制效率達0.21伏0.21Vcm，器件長度為360μm。
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光 IO 設計
面向共封裝光學器件和In-Package光 I/O 應用的垂直光纖—芯片耦合系統設計。相關文章：2024 press release, 2025 press release, 2025 news release, Generic Example
光子集成電路優化
AI驅動的光子集成電路優化。
</p><p><br></p><p><strong>15:50-16:30 光電收發一體模塊封裝的設計和實現</strong></p><p><strong>演講嘉賓：</strong>汪云亮 | 華工中央研究院高級工程師</p><p><strong>內容簡介：</strong>在400G/800G高速光模塊需求激增與CPO（共封裝光學）技術變革的雙重驅動下，光電收發模塊的封裝設計正成為影響系統性能、
隨著行業趨勢朝著 3D 集成電路內共封裝光學器件的方向發展，開發工作流程以準確模擬可靠性并做出經濟可行的設計決策變得勢在必行。
雖然尚無行業標準，但耦合是通過光柵耦合器、衰減耦合器或端面耦合器等標準器件實現的。端面耦合器是制造在芯片邊緣的，將光纖靠近芯片邊緣，并采用大尺寸模斑轉換器（SSC）將較大的光纖模式絕熱轉換為波導模式。
