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통합 워크플로우를 통한 광집적회로(PIC) 설계 과제 해결

광집적회로(PIC)는 데이터 센터, 통신, 센싱, 차세대 컴퓨팅 플랫폼 등 다양한 분야에서 그 중요성이 급속히 커지고 있다. 파운드리 서비스를 활용한 PIC 제조에서는 개별 소자를 설계할 뿐만 아니라, 서로 연결된 여러 소자로 구성된 광회로의 특성을 설계하고 평가해야 한다. 또한, 제조된 PIC의 성능을 정확하게 평가할 수 있는 측정 장비도 필수적이다.

키사이트는 기존의 광학 측정 기기, 광원 및 테스트 시스템을 PIC 전용 시뮬레이션 및 설계 도구와 결합한 통합 설계 워크플로를 제공합니다.

RSoft 광학 소자 툴은 FDTD, BPM, FEM, PWE와 같은 정밀한 전자기·광학 분석 기법을 활용하여, 그레이팅 커플러, MMI, 변조기용 위상 변이기 등 핵심 PIC 소자에 대한 정밀한 시뮬레이션을 가능하게 합니다. 또한 이 툴은 파운드리 제출을 위한 GDS 파일 형식의 출력도 지원합니다. 또한, 시뮬레이션 결과와 GDS 파일을 PDK 파일로 내보내면 ADS Photonic Designer를 사용하여 완성된 PIC 소자의 시스템 및 회로 수준 분석은 물론 전체 레이아웃 설계까지 수행할 수 있습니다.

광학 집적회로(IC) 설계 흐름

RSoft 광학 소자 툴은 CAD, 다양한 솔버, 매개변수 스캐닝 및 최적화 툴을 갖춘 포괄적인 전자기·광학 시뮬레이션 환경을 제공합니다. 모든 수동형 툴은 기본 RSoft CAD 플랫폼을 공통으로 사용하므로, 사용자는 필요한 정확도와 시뮬레이션 시간에 따라 솔버를 자유롭게 전환할 수 있습니다.
 
설계 데이터는 파운드리 제출을 위해 GDS 파일 형식으로 내보낼 수 있으며, GDS 파일을 사용하거나 Python API를 통해 스크립트를 작성하여 구조를 생성할 수도 있습니다.

PIC 장치 설계를 위한 RSoft 도구

  • FullWAVE FDTD
    유한차분 시간영역 전파 분석 도구(그레이팅 커플러, 링 공진기 등), GPU 가속 지원
  • BeamPROP BPM
    빔 전파 방식을 기반으로 한 고속 전파 분석 도구 (스팟 크기 변환기, 편광 회전기)
  • ModePROP EME
    고유모드 전개(그레이팅 구조)를 기반으로 한 전파 분석 도구
  • FemSIM FEM
    유한 요소법을 기반으로 한 모드 해석기 (다양한 도파관 구조)
  • BandSOLVE PWE
    평면파 전개법을 기반으로 한 광결정 분석 도구 (광결정 도파관/광섬유)
  • GratingMOD CMT
    결합 모드 이론에 기반한 광섬유 및 도파관 그레이팅 설계 도구
  • LaserMOD
    2D 반도체 레이저 시뮬레이션 도구 (파브리-페로, DFB, VCSEL 레이저)

이러한 솔버를 다양한 유틸리티와 함께 사용하면 광 스위치 및 변조기와 같은 장치도 분석할 수 있습니다. 또한, Custom PDK Utility를 사용하면 RSoft 시뮬레이션 결과를 ADS Photonic Designer와 호환되는 PDK 형식으로 내보낼 수 있습니다.


RSoft 제품 유틸리티

  • 다중 물리 유틸리티
    열광학(TO) 및 전기광학(EO) 효과, 온도 변화에 따른 광탄성 효과, 그리고 전하 운반체에 의한 효과로 인해 발생하는 굴절률 변화를 계산합니다.
  • AWG Utility
    BeamPROP BPM을 활용한 AWG 소자 설계 도구
  • 토폴로지 최적화기
    토폴로지 최적화를 활용한 자동 소자 구조 설계
    전파 분석에는 FullWAVE FDTD가 사용됩니다
  • 사용자 정의 PDK 유틸리티
    RSoft로 계산된 결과를 ADS Photonic Designer와 같은 광학 회로 및 시스템 툴에서 읽을 수 있는 사용자 정의 PDK로 내보냅니다.

또한, MOST(다변수 최적화 및 스캐닝 도구) 를 사용할 수 있습니다:

  • MOST 스캐너 – 매개변수 스캔 및 스캔 플롯 생성
  • MOST 클러스터 – 더 빠른 시뮬레이션을 위한 병렬 계산
  • MOST Optimizer – 유전 알고리즘 등의 기법을 활용한 최적화
 
노트북에 표시된 RSoft FullWAVE FDTD 화면

RSoft 광학 소자 툴 및 ADS Photonic Designer 솔루션

파운드리 서비스를 이용한 PIC 소자 개발에서는 일반적으로 파운드리에서 제공하는 PDK를 사용하여 설계를 수행합니다. 그러나 다음과 같은 경우에는 파운드리 PDK만으로는 부족할 수 있습니다:

  • 파운드리 PDK에는 필수 구성 요소가 포함되어 있지 않습니다.
  • 설계 파장이나 구조적 조건이 변경될 경우, 성능을 평가하고 이를 반영해야 합니다.
  • 제공된 PDK에는 시뮬레이션에 사용할 광학적 특성 데이터가 포함되어 있지 않습니다.

RSoft Photonic Device Tools의 Custom PDK 유틸리티를 사용하면, 이러한 누락된 구성 요소를 PDK로 생성하여 ADS Photonic Designer와 같은 광학 회로 및 시스템 툴에서 파운드리 PDK와 함께 사용할 수 있으며, 이를 통해 PIC 소자의 완전한 시뮬레이션 및 레이아웃 생성이 가능해집니다.

Photonic Designer는 RF 시뮬레이션 플랫폼인 ADS(Advanced Design System)에 통합된 광학 회로 및 시스템 시뮬레이션/레이아웃 도구입니다. 이 도구를 통해 다음과 같은 기능을 사용할 수 있습니다:

  • 여러 개의 연결된 소자를 포함한 광 회로 특성 분석
  • 변조 신호를 이용한 아이 다이어그램 평가
  • 자동 레이아웃 생성
  • 파운드리 제출용 GDS 파일 출력

주요 기능

  • 회로도를 기반으로 한 설계 및 시뮬레이션
  • PDK를 활용한 PIC 소자 설계
  • DRC/LVS 기능
  • GDS II 출력
노트북 화면에 표시된 ADS Photonic Designer

Custom PDK Utility는 RSoft Photonic Device Tools에서 계산된 결과를 광학 S-매트릭스 데이터 및 등가 굴절률 데이터로 내보냅니다.

S-매트릭스 데이터는 각 입력 포트에 대한 출력 포트의 진폭 및 위상 특성을 파장 및 편광 조건별로 세분화한 것으로, Photonic Designer와 같은 시스템 툴에서 사용할 수 있습니다.

또한, 데이터에 갭 폭이나 굽힘 반경과 같은 구조적 매개변수 및 조건이 포함될 수 있으므로, 시스템 도구 내에서 매개변수를 조정함으로써, 개별 부품 도구만으로는 계산하기 어려운 여러 부품으로 구성된 복잡한 광학 회로를 설계하고 시뮬레이션할 수 있게 됩니다.

RSoft 맞춤형 PDK

  • 광학 S 행렬 데이터(진폭, 위상, 파장 및 편광 의존성)
  • 등가 굴절률 (Neff)
  • 구조적 매개변수(간격 폭, 굽힘 반경 등)
  • 레이아웃용 GDS 파일

사용 가능한 RSoft 도구

 
PDK 및 파운드리

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