フォトニクス設計ソリューション

光を生成、制御、検出する科学技術であるフォトニクスは、急速に電子設計の主流になりつつあります。特に、非常に大きな帯域幅が要求され、光集積回路（Photonic IC、以下PIC）でのみ実現可能な通信用ハードウェアの領域で顕著です。その他の主な適用範囲としては、データセンター、アンテナ、RFシステム、バイオフォトニクス、環境検知システムなどが挙げられます。

PIC設計の課題に対処するため、ケイデンスはエコシステムパートナー各社と連携し、電子/光設計統合自動化（electronic/photonic design automation、以下EPDA）環境を提供しています。

光集積回路（PIC）向けの効率的な設計フロー

Cadence^® Virtuoso^®カスタム設計プラットフォームをベースに構築されたEPDA環境では、モノリシック（従来の電子回路とフォトニクスの両方を搭載した単一のチップ）とハイブリッド（フォトニクス・チップ上に従来の電子回路チップを積層した3D-IC）のそれぞれのアプローチに対応し、以下の項目で回路図とレイアウト主導型の設計フローを提供します。

• Virtuoso Schematic Editorでの光回路図キャプチャ
• 専用PICシミュレーションエンジン、Lumerical INTERCONNECTによるVirtuoso Analog Design Environmentでの光回路シミュレーション
• Virtuoso Layout Suite XL環境でのフォトニクス・レイアウトの実装
  • シミュレーションで検証済みの回路図をそのまま使用した回路図主導のレイアウト
  • PhoeniX Softwareの高度な曲線形コアの統合により、PCellと高度なジェネレータに対応
  • デバイスと複合導波路パラメータの回路図へのバックアノテーションによって、レイアウトに忠実な光学的再シミュレーションを実現
• カスタムコンポーネント向けの光コンポーネントパラメータ抽出とモデル生成
• ハイブリッドシステム向けの電子/光コンポーネントの共用フロアプランニング

光集積回路（PIC）設計検討が高速化

PICの設計には、固有の課題が伴います。その曲線ベース、ポリゴンベースのレイアウトは通常、手作業で行われるため、手間と時間がかかります。既存のプロセスデザインキット（PDK）は、GDSレイアウトセル、仕様、プロセスルールの種類が限定され、かなり稚拙なものです。レイアウト対回路図比較（LVS）と設計ルールチェック（DRC）のツールは、まだ初歩的なものなので、エラーの確認は非常に困難です。また、広く使用されているSPICEレベルのサポートもないため、回路のモデリングも困難です。従って多くの場合、設計者は、システムを設計する際、手作業で回路図を2回描くことになり、コンポーネントの設計時にもレイアウトを2回描くことになります。

ケイデンス、Lumerical Solutions社、PhoeniX Software社が協業して開発されたEPDA環境は、これらの各課題に対処します。このフローでは、以下のことができます。

• Virtuoso Schematic Editorで光回路をキャプチャ
• Virtuoso Analog Design Environment上で、Lumerical社のINTERCONNECTエンジンを使い設計をシミュレーション
• PhoeniX Software社のフォトニクスブロック汎用ライブラリおよび導波路ジェネレータを使用し、Virtuoso Layout Suite XL環境でレイアウトを実装

SPICEと同様、Lumerical社のINTERCONNECTはタイム・ドメイン/周波数ドメインの専用ミックスシグナル回路シミュレーションエンジンであり、PICの領域では一般的なマルチモード・マルチチャンネル・コンポーネント内の光信号伝播に対応するよう拡張されています。Virtuoso Analog Design Environmentと緊密に統合されることにより、歩留まり解析を含む、迅速なPIC設計検討が可能になります。 

PICマスクレイアウト設計では、Virtuosoから直接PhoeniX Software社のOptoDesignerフォトニクスIC設計スイートを使用して、複雑な曲線形構造を含む導波路とコンポーネントをインタラクティブに、またはスクリプトを用いて作成できます。 

さらに、EPDA環境を利用することにより、フォトニックスPDKのコンパクトなモデルライブラリや、カスタムデバイス向けのシミュレーションモデルも作成できます。Lumerical社のTCADコンポーネントレベル・ソルバーであるFDTD Solutions、MODE Solutions、DEVICEにより、複数の物理モデルに対して光/電子/熱の各影響を考慮でき、Virtuoso物理レイアウトから受動部品、能動部品のモデルパラメータを抽出することが可能になります。 

詳しくは

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