共封裝光學的案例
光學知識 | 什么是共封裝光學？
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 一期一會 | 詳解Ansys方案支持超透鏡和共封裝光學的技術發展
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 光學及硅光子仿真推動汽車行業的技術發展
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 新思科技攜手臺積公司全面加速EDA、IP及系統協同創新，助力下一代AI算力突破
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。
展開 
科普時刻 | 借助魯棒性設計解決制造中的不確定性問題
獲得共封裝光學的優勢
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。
展開 活動報名 | 共探微納光學未來 — OAS光學軟件光波導+超表面解決方案交流會
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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、老師、學者齊聚，零距離體驗國產自研光學仿真的硬核實力！
01/行業痛點，一鍵破解
當前光波導與超表面設計面臨多重困境：
?模型搭建復雜、參數優化繁瑣，傳統工具效率低、精度不足；
?跨尺度仿真難兼顧，幾何光學到波動光學銜接斷層；
?國產替代需求迫切，自主可控的專業仿真工具稀缺。
02/軟件強效助力光波導/超表面仿真
（軟件主界面）
OAS光學軟件軟件能夠在3D空間中通過序列和非序列光線追跡技術，精確模擬光學系統的性能表現。
軟件集成幾何光學到波動光學的跨尺度仿真，打通宏觀光路與微觀光柵的仿真壁壘，無需多軟件切換，實現毫米級到納米級全尺度無縫仿真。
展開 共聚焦顯微鏡在光學膜片表面微結構測量中的應用
液晶面板消費需求的不斷增長帶動了上游背光顯示模組和作為模組核心材料光學膜片的大量投產。
光學膜片作為背光顯示模組的核心材料，其對光線的匯聚效果決定著背光模組的效能，進而直接影響著液晶面板的顯像效果。而光學膜片對光線的匯聚效果則是由分布在其表面的陣列微結構的輪廓尺寸所決定，因而需要對微結構的輪廓尺寸參數進行檢測與管控，以滿足設計要求和確保最終液晶面板有著良好的顯像效果。
光學膜片
光學膜片工件具有尺寸大、輕薄的特點，其重心易受空氣流動而產生抖動，其表面呈透明反射率低的特征，且微結構有微棱鏡結構、微透鏡結構和金字塔結構等多種類型，均具備較大的傾角特征，整體輪廓尺寸又在微米量級因而精度要求到亞微米級。針對具有四個測量難點的光學膜片檢測需求，在微納級檢測儀器領域面臨著精度夠的角度測量能力不足、角度測量能力夠的精度無法滿足要求的窘境。
共聚焦顯微鏡搭配50×、100×高數值孔徑的APO復消色差物鏡。在測量時由于其基于鏡頭焦深的原理不會受到樣件本身輕微抖動的影響，同時高倍APO物鏡所具有的大角度測量能力搭配儀器自身納米級的掃描分辨率，能夠輕松實現透明表面微結構的3D圖像重建和輪廓尺寸的高精度測量，在下述視頻中可直觀的了解光學膜片表面微結構的測量過程。
中圖儀器共聚焦顯微鏡能夠對光學膜表面微結構實現快速自動化測量，并提供高度、寬度和角度等一系列輪廓尺寸參數對表面質量進行表征，幫助客戶實現光學膜片表面質量的檢測與管控。
展開 共聚焦、光學顯微鏡與測量顯微鏡的區分
4、非破壞性測量：作為一種光學技術，共聚焦顯微鏡允許在不接觸或不破壞樣品的情況下進行測量。
5、軟件分析工具：現代共聚焦顯微鏡通常配備有專門的軟件，可以進行各種測量和分析，如距離、體積、形狀和紋理分析。
6、適用于多種材料：共聚焦顯微鏡可以用于測量各種不同類型的材料，包括金屬、塑料和半導體材料。
共聚焦、光學顯微鏡與測量顯微鏡的區別
“共聚焦顯微鏡”、“測量顯微鏡”和“光學顯微鏡”這三個名稱描述的是顯微鏡技術及其應用的不同方面。
光學顯微鏡：這是一類利用光學原理成像的顯微鏡，通過透鏡系統放大樣品的圖像。光學顯微鏡是顯微鏡的基礎類別，包括了傳統的明場、暗場、相差顯微鏡等，它們主要依賴于可見光來進行樣品的觀察和成像。
共聚焦顯微鏡：共聚焦顯微鏡是光學顯微鏡的一個子類別，它使用一種特殊的成像技術，通過空間選擇性地只收集樣品焦平面上的光，從而獲得比傳統光學顯微鏡更高的分辨率和更清晰的圖像。共聚焦顯微鏡能夠進行二維和三維成像，是光學顯微鏡技術中較為先進的一種。
測量顯微鏡：這是一種用途上的分類，指的是用于精確測量樣品尺寸、形狀、表面粗糙度等物理特性的顯微鏡。測量顯微鏡可以是光學顯微鏡，也可以是電子顯微鏡或其他類型的顯微鏡，關鍵在于它們配備了用于測量的工具和功能。共聚焦顯微鏡因其高精度的三維成像能力，常被用作一種高級的測量顯微鏡。
展開 SYNOPSYS 光學設計軟件課程六十二：日夜共焦鏡頭設計
課程六十二：日夜共焦鏡頭設計
目前市場主流的幾種夜視成像技術：
1.主動紅外成像；
2.微光夜視（被動）；
3.紅外熱成像儀—可全黑環境檢測到目標物體。
本文分享一款日夜共焦車載鏡頭，鏡頭指標如下：
1.波段：可見光+近紅外光0.85nm
2.視場角：2w=120°
3.F數：2.0
4.總長小于20mm
5.焦距：f=2.4mm
6.畸變小于20%
7.RMS光斑半徑小于6um
搜索前端宏文件：
評論留言聯系工作人員獲取代碼
根據搜索前端進行搜索初始結構的宏文件：
評論留言聯系工作人員獲取代碼
SPEC鏡頭數據列表
畸變
插入光闌
固定第一片透鏡曲率
進行優化并模擬退火
命令窗口輸入MRG插入真實玻璃
最終結果
SPEC鏡頭數據列表
畸變
RMS光斑半徑
以上為本文分享的一個日夜共焦的車載鏡頭。
展開 2026 R1 | Ansys光學與光子學仿真專題網絡研討會上線（共9場）
<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 OptoCompiler與Ansys Lumerical 集成實現了無縫 PIC 建模、精確的系統仿真以及高效的跨工具協作，以獲得高保真度結果。</p><p>在Ansys應用類系列網絡研討會中，光學系列專題也已上線，圍繞 Lumerical、Zemax、Speos 三大核心產品，全年9場在線技術分享，涵蓋 AI 驅動的高速電光仿真、硅光芯片、光機系統、成像與顯示應用等主題，歡迎大家報名參會！
展開 微觀特征輪廓尺寸測量：光學3D輪廓儀、共焦顯微鏡與臺階儀的應用
多種高精度測量儀器被用于微觀尺寸的測量，其中包括光學3D表面輪廓儀（白光干涉儀）、共聚焦顯微鏡和臺階儀。有效評估材料表面的微觀結構和形貌，從而指導生產過程、優化產品性能。
光學3D表面輪廓儀（白光干涉儀）
光學3D表面輪廓儀是一種利用白光干涉原理進行非接觸式測量的高精度儀器。它通過分析反射光的干涉模式來重建表面的三維形貌。
非接觸無損測量，超高縱向分辨率，測量從光滑到粗糙等各種精細器件表面。測量分析樣品表面形貌的關鍵參數和尺寸，典型結果包括：
表面形貌（粗糙度，平面度，平行度，臺階高度，錐角等等）；
幾何特征（關鍵孔徑尺寸，曲率半徑，特征區域的面積和體積，特征圖形的位置和數量等等）。
光學3D表面輪廓儀廣泛應用于對器件表面質量要求超高的光學加工、半導體制造與封裝、超精密加工、3C產業鏈等，同時在航空航天、國防工業以及科學研究等領域也存在普遍使用。它能以優于納米級的分辨率，測試各類表面并自動聚焦測量工件獲取2D，3D表面粗糙度、輪廓等一百余項參數。
共聚焦顯微鏡
共聚焦顯微鏡以共軛共焦技術為基礎研制而成的用于樣品表面3D微觀形貌檢測的精密光學儀器。
非接觸式無損檢測方式，復雜結構的大角度形貌測量能力，優異的橫向分辨率，低反射率表面的適應性強。
共聚焦顯微鏡廣泛應用于對器件表面質量要求非常高的光伏太陽能、半導體封裝、激光加工、光學膜材、3C產業鏈等高端制造業，同時在航空航天、國防工業以及科學研究等領域也存在普遍使用。
展開 
光學3D表面輪廓儀&共聚焦顯微鏡：引領半導體行業走向新質生產力時代
SuperViewW光學3D表面輪廓儀結合機械制造、計算機技術、圖像出處理技術，以非接觸的掃描方式，實現針對樣品表面的高重復精度的3D測量，獲取樣品表面質量的2D、3D數據。
儀器集合PSI高精度&VSI大范圍雙重優點的EPSI掃描算法，從0.1nm級別的超光滑表面到數十微米級別的粗糙表面，都能實現高精度測量。此外具有的同步分析與預編程分析功能，實現了分析過程的所見即所得，測量到分析的一鍵式操作，有效縮減操作步驟。
VT6000共聚焦顯微鏡以針孔共聚焦技術為原理，結合高穩定性結構設計和優異的3D重建算法，可對各種精密器件及材料表面進行微納米級粗糙度、微觀幾何輪廓等的測量。在半導體制造及封裝工藝檢測中，對大傾角產品有更好的成像效果。
在芯片制造的各個環節，顯微測量儀用于檢測半導體芯片和晶圓的尺寸和形狀，提供準確的尺寸測量，滿足半導體制造過程中對尺寸、形狀和表面質量更嚴格的要求，幫助制造商及時發現和糾正任何偏差；在表面質量的評估和缺陷檢測方面，顯微測量儀可以檢測微小的表面缺陷和污染，確保產品的表面質量達到標準要求，提高產品的可靠性和穩定性。
我們有理由相信，在新技術和新思維的推動下，顯微測量儀將使半導體行業邁向更加智能化、高效化和可持續化的未來。
展開 Ansys Lumerical | 光子 PDK 合作代工廠速覽
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光子集成電路優化
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如需獲取上述解決方案的 TSMC COUPE ? 參考流程， 請聯系臺積電。
深圳市摩爾芯創科技有限公司（MoorEDA Technology Limited）專注于為硅基光電子、電力電子、高科技半導體等行業提供先進的電子設計自動化（EDA）和計算機輔助工程（CAE）協同解決方案；提供從光學、光電子學、電磁場、結構、流體、多物理場耦合等全面的工業軟件應用解決方案和咨詢服務。
展開 Ansys Co-packaged optics 解決方案【8月22日直播】
<p class="ql-align-justify">Co-packaged Optics（CPO），即共封裝光學技術，是一種將光引擎與交換芯片共同封裝在同一插槽上的技術。這種技術的出現，標志著從傳統的集成電路（Integrated Circuits, ICs）向集成“光”路（Integrated Photonics）轉變。</p><p class="ql-align-justify">作為一種新型的光學封裝技術，CPO旨在將光學元件直接封裝在芯片內部，通過更短的光學路徑和更緊密的光學耦合實現更高效的光通信，同時也可以減少光學連接和對準的復雜性，從而實現更高密度的光電集成和更高性能的光通信系統。</p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/lR4GOtoy9vKVcN2F3fkeawAibkE522azFB7BqSb1TSB6P2pYc4Lyq8RcfrogZuQMToRKY8XCfCFdv6DfkibnjAIg/640?wx_fmt=png&from=appmsg" width="1134"></p><p class="ql-align-justify">因此，CPO技術的優勢在于它能夠實現低延遲、低功耗、高帶寬和小尺寸，這對于超大型和云數據中心尤其重要，因為它們需要處理和傳輸大量數據。當前AWS、微軟、Meta、谷歌等云計算巨頭，思科、博通、Marvell、IBM、英特爾、英偉達、AMD、臺積電、格芯、Ranovus等網絡設備龍頭及芯片龍頭，均前瞻性地布局CPO相關技術及產品，并推進CPO標準化工作。
展開 Lumerical案例 | 基于熱感知的WDM收發器光子電路仿真——Icepak集成
在這個例子中，Ansys Lumerical INTERCONNECT的光子集成電路(PIC)建模能力與Icepak強大的熱仿真能力相結合，用于仿真和設計波分復用(WDM)收發器，同時考慮封裝中其他區域（例如電子集成電路(EIC)、印刷電路板(PCB) 等）的發熱。
一、概述
本文以一個六通道WDM系統為例進行研究。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。然后可以生成光子（硅）層的溫度分布圖，并將其導出以用于光子電路仿真。
接下來，將溫度分布圖導入INTERCONNECT軟件。INTERCONNECT軟件針對晶圓上不同的光學元件位置運行多次仿真。基于掃描結果，分析眼圖和誤碼率（BER）等性能指標，以確定晶圓上光學元件的理想布局。
步驟 1：Icepak中進行熱仿真
Icepak在運行時計算封裝溫度，并導出硅晶片網格坐標和相應的溫度。
上圖展示了用于熱分析的PCB板設計示例。綠色層為硅片，棕色層為PCB板。PCB板與硅片之間采用球柵陣列（BGA）連接。透明框內為位于PCB板頂部的集成電路（EIC），EIC用作熱源以啟動PCB板的熱分析。在本例中，我們將EIC視為均勻熱源，用戶也可以加載EIC的功率分布圖以進行更復雜的熱分析。
本次熱仿真中，EIC加熱數據來自芯片熱模型（CTM），焦耳加熱數據則來自SIwave。
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