摘要
本文深入探讨了三家著名EDA供应商（Synopsys、Cadence和Siemens EDA）提供的光电芯片（PIC）设计解决方案。分析涵盖了设计各个阶段，包括原理图编辑、版图编辑、仿真和验证，突出了每个供应商的独特能力。强调了商业光电芯片EDA工具的成熟程度，以及它们在塑造硅基光电子未来的关键作用。
引言
硅基光电子技术在光学互连和传感领域显示出巨大潜力，提供了比传统电子芯片更好的性能。随着设计的复杂性不断增加，高级设计自动化变得尤为重要，正如电子设计自动化（EDA）的发展历程一样。领先的三大EDA供应商正在投资光电工具，以充分发挥其在多领域设计自动化方面的专业知识，推动光电芯片领域的进一步发展。虽然许多国内光电芯片设计人员选择从非美系的PDA小型公司中选择版图驱动工作流程，但随着商业应用的扩展，像光电协同设计和高性能计算集成这样的系统因素变得至关重要。因此，对具备多领域设计自动化专业知识的EDA的解决方案进行全面评估是非常必要的。
本文对三大EDA供应商的光电芯片自动化设计的支持进行了比较。Synopsys于2012年并购 RSoft之后进入市场，Cadence于2018年与Lumerical INTERCONNECT进行光电协同仿真流程之后进入，而SiemensEDA则拥有最悠久的光电芯片设计自动化工具研发历史，始于2011年。
Synopsys光电芯片设计自动化解决方案
Synopsys提供了集成的光电芯片设计环境，涵盖了从原理图概念到验证布局的全过程。其脚本驱动的波导自动布线是其独特之处，能够加速光电版图的过程。与原理图的双向协调以及参数化器件生成有助于实现快速的设计迭代。混合信号仿真结合了电子电路和光电链路分析，使用HSPICE、FineSim、CustomSim和光电链路专用的OptSim等引擎，实现了电路、电磁和系统层次的分析。与Sentaurus TCAD和RSoft FDTD/MODE求解器等工具的集成实现了对光子器件的预测性设计。OptoCompiler提供了先进的制造能力增强，包括光刻工艺检查、认证的DRC/LVS规则库和虚拟填充生成。随着光电应用的增长，Synopsys不断扩展其光电工具的支持。
Cadence光电芯片设计自动化解决方案
Cadence提供了端到端的光电芯片设计解决方案，充分发挥了混合信号验证、可靠性分析和制造驱动流程的优势。其独特之处在于SpectreRF模拟/射频电路模拟器，被认为是高频噪声、失真和电磁分析的"黄金标准"。
Virtuoso平台提供了流畅的版图编辑能力，用于连接光电器件。紧密的SpectreRF集成实现了对射频芯片的准确建模。SpectreRF的高级相位噪声分析（如PNoise）可以优化高频TIA线路在内的系统性能。
实时光电版图可视化允许交互式布线和自动化波导连接。Cadence与Ansys Lumerical INTERCONNECT合作，提供了在光电电路仿真方面的能力。
SiemensEDA光电芯片设计自动化解决方案
SiemensEDA展现出卓越的策略合作，与多家光电子链路仿真解决方案供应商合作，包括Ansys Lumerical INTERCONNECT、Optiwave OptiSpice和VPI Photonics的TransmissionMaker。这使得SiemensEDA平台拥有多样化的工具集，能够更好地应对光电芯片设计的多层面挑战。
SiemensEDA通过L-Edit Photonics提供专用的光电子版图能力，并通过Calibre平台进行验证。Calibre被公认为是行业物理可靠性的标准，它带来了独特的优势，极大地提高了光电子设计的制造可靠性。
一个显着的好处在于Calibre平台通过eqDRC和nmLVS等功能提供了认证的制造可靠性。这些功能使设计师能够在版图阶段检测和纠正光刻热点，增强了制造的稳健性。提前检测这些热点有助于防止昂贵和耗时的重工，确保从设计到制造的平稳过渡。Calibre平台的可靠性验证能力超越了光刻热点校正。它包括全面的面向产量设计（DFY）分析，使设计师能够为更高的制造产量优化布局。产量分析进一步提高了整个制造流程的质量，确保设计适用于大规模生产。此外，SiemensEDA通过Calibre平台的光刻工艺检查（OPC）进一步增强了制造流程的稳健性。OPC技术优化布局，以考虑制造过程中可能发生的光学效应，从而提高最终制造的设备的准确性。Calibre工具是全球最受认可的物理验证工具，全球的晶圆代工厂都认同Calibre的DRC/LVS检查结果。总的来说，这些功能增强了光子设计的制造稳健性，减少了制造缺陷的风险，提高了整体设计质量。SiemensEDA致力于提供可靠且流畅的设计到制造过程，与行业朝着从研发向商业生产环境的目标一致。
操作系统支持
在操作系统支持方面，Synopsys、Cadence和SiemensEDA各有特点。Synopsys和Cadence都基于Linux平台，而SiemensEDA在此基础上更进一步，实现了Linux和Windows两个操作系统的跨足。
综合评估
三家EDA供应商在光电芯片设计领域的支持各自有着独特的优势。Synopsys工具最丰富，从器件、链路到系统方面领先呈现内循环优化的设计环境，Cadence在模拟与射频电路仿真工具的绝对优势对其进行光电协同仿真占据优势，而SiemensEDA则在版图、物理验证以及开放接口对接多种工具的方面表现出色。随着技术的成熟，供应商之间的协作将有助于推动光电芯片技术的进一步发展。
未来展望
随着光电芯片技术商业化的加速，EDA工具的进展必须持续，以实现与成熟的电子设计流程相匹配的设计效率。一些关键领域的创新包括：
通过统一的数据模型和仿真来简化电子与光电协同设计
扩展供应商工具之间的互操作性，以防止设计环境孤立
通过增加可配置性和脚本编写来改进自动化和设计空间探索
通过与晶圆厂自研工具的合作来加强制造能力分析
支持多项目晶圆计划 (MPW)，以促进低成本的设计原型制作
推动行业标准的采用，以降低设计工具之间的切换成
应对这些挑战需要跨生态系统的合作，涵盖了组件开发者、研究团队、无晶圆设计公司、晶圆厂、封装伙伴和系统集成商等多个领域。这种长期合作的成果将在未来推动光电芯片实现与电芯片相似的规模经济效益和复杂性。但在光电技术的使用不断增长的过程中，对互操作性和模块化的近期进展有助于电子背景的工程团队更容易采用光电芯片设计自动化工具，扩大光电芯片的生态。
结论
Synopsys、Cadence和SiemenEDA在光电芯片设计自动化方面进行了大量投资。尽管能力仍在不断发展，但这些工具已经在相对手动的设计过程中取得了显着的生产率提升。随着硅基光电子技术向主流应用的推进，在许多应用领域中，设计自动化对于让复杂的光电芯片参与产品开发过程变得越来越重要，这涉及了更多的系统设计工程师和集成工程师。保持EDA开发者与广泛用户生态系统之间的密切沟通，将有助于引导工具的发展，以满足不断出现的光电集成和应用需求。
微信公众号 
bilibili 
微信视频号