• 光的天生：利用激光或发光二极管（LED）作为外部光源，或者将其安装在IC上，乃至与IC密集地集成；后面两种情形越来越多。
• 光的调制：用于切换或调制光载波上的数据流。其事理是利用波导核心中电载流子（电子和空穴）的密度来调制光的相位，或者利用电接管来调制光的振幅。
• 分割、耦合与交叉：光在路由过程中，常常须要分割出部分光功率以供监控，与IC耦合和解耦，或者两个波导交叉。
• 光的检测：采取对光强度敏感的光电二极管。• 波长滤波：滤除特定波长的光，或者利用单个光波导将多个波长加以合并。
• 耦合到芯片周围的系统：采取连接到光纤、电路板级波导或自由空间光学元件的光“探针焊盘”。
图1：支配在波分复用链路中PIC的组件
光子IC设计面临的寻衅
设计职员能够实际设计和仿真的功能远没有发挥硅光子技能的潜力。造成此差距的缘故原由是如下几个重大寻衅：1. PIC的物理版图。光子版图与电子版图大不相同。光子器件常常包含曲线形状以定义光滑的波导波折。为了避免传播损耗，此类波导须要知足最小波折半径哀求。光子电路版图常日是在一层上，而在单层上为繁芜电路布线是很困难的，常常须要交叉互连，否则可能无法完成。
设计职员常日希望全面掌控版图的每一个细节，但同时也期望更高程度的自动化。2. PIC的物理验证。光子设计常日须要一套分外的设计规则检讨（DRC），由于波导的曲线路径，这些检讨可能不随意马虎实现。一个很大寻衅是版图与事理图的比较（LVS）验证。若不实行全面的电磁仿真，要从PIC版图获知功能行为并不随意马虎。大略地检讨设计互连也是很困难的（图2）。
图2：（a）精确连接；（b）有物理打仗但角度不匹配，导致损耗和反射；（c）相邻波导纵然没有物理打仗，也可能短暂耦合；（d）波导可以交叉，但没有或只有很少的耦合。
3. 制造工艺的变革。硅光子的高折射率比拟度将光限定在亚微米波导芯中。但是，有效折射率取决于横截面的实际几何形状。关键尺寸在200nm上的纳米级变革对光行为有相称大的影响。制造工艺的可变性效应不仅是电路仿真高效性面临的寻衅，而且这种可变性也是硅光子学领域相对不成熟的缘故原由之一。
4. 硅光子设计的定制属性。当今用于硅光子的晶圆代工厂工艺设计套件常日包含20~50个基本单元，其成熟度尚不是非常高。在第一次迭代之后，大多数IC设计的基本单元是定制设计的，须要进行大量器件仿真（电磁、电光和热特性）。而且估量未来这种情形会持续下去。半导体工艺及器件仿真工具（TCAD）不仅是代工厂的领域，也是各设计团队的紧张事情。因此，器件TCAD必须与其他设计流程有效耦合。此外，设计职员常日希望全面掌控所有细节，而不是通盘利用自动化。
5. 繁芜光子电路与电子电路集成的协同设计。由于光子电路和电子电路性子大不相同，这给两种电路的版图组合提出了一些寻衅。电子电路的布线不得影响光行为，反之亦然。更大的寻衅是光子电路和电子电路的协同仿真，由于光波是超高频电磁波（300THz）。电路仿真常日利用仿真器来实行，其采取的形式体系与电子仿真所用的SPICE仿真器非常不同。
6. 从学术成果莅临盆级IC的设计流程升级。可靠的设计流程哀求将应对上述寻衅的光子功能集成到现有的生产环境中。版图、建模和功能测试不仅要纳入单一流程中，而且要集成到已有的利用设计职员熟知范例的电子设计环境中。
IPKISS.EDA设计框架办理方案
由于PIC设计职员须要全面掌控其设计框架以确保制造的IC与其设计完备同等，并且须要战胜光子电路寻衅，Luceda Photonics为此创建了IPKISS.eda设计框架（图3）。此框架建立在Tanner L-Edit版图编辑器之上，可与Tanner Calibre® One物理验证套件无缝衔接。L-Edit 丰富的版图功能与IPKISS参数化光子器件库和工艺开拓套件（PDK）相结合，使设计职员能够将光子器件拖放到其版图中并立即通过波导相连，并且可以全面操控横截面形状、波折和轨迹。通过仿真考量布线后效应，例如波导交叉引起的反射和衰减等。IPKISS.eda含有一个用于光学域的简化模型仿真器CAPHE，它可以处理大型光学电路，包括高度非线性的器件和反馈。器件模型以及版图与模型视图之间的紧密耦合会考虑电路的实际版图。设计流程支持DRC工具，以确保提交给晶圆代工厂的设计具有高质量。在IPKISS.eda中，设计职员可以通过Python脚本措辞风雅掌握设计流程的每一个方面。
图3：IPKISS.eda PIC设计流程Luceda Photonics首席技能官Pieter Dumon表示：“光子IC设计职员加倍急迫希望能够一次设计便得胜利，就像电子IC设计职员那样。因此，我们把可信赖的IPKISS光子IC设计工具集成到L-Edit中，使得光子IC设计职员能将专业PIC知识结合到可靠的电子设计流程中，从而提高其设计良率。我们选择与Tanner团队互助的缘故原由是L-Edit功能与PIC设计契合得非常好，并且他们的激情亲切支持能为他们的工具带来创新的办理方案。
”L-Edit支持由Si2管理的OpenAccess数据库标准，该组织流传宣传：“OpenAccess数据库是环球利用最广泛的IC设计开放参考数据库，支持标准API。其开拓宗旨是在EDA公司、半导体设计职员和制造商之间创造真正的互操作性。它的利用已提高了全行业的设计流程效率。”L-Edit与IPKISS.eda的集成是利用OpenAccess插件实现的，它将IPKISS工具转换为OpenAccess工具。通过该插件，IPKISS.eda框架可以从OpenAccess数据库产生参数化单元（P-Cell）的实例。设计职员在L-Edit中通过OpenAccess API透明地实例化IPKISS P-Cell，从而在L-Edit和IPKISS.eda中的单元与参数之间形成一对一映射。该框架还对OpenAccess数据库中的组合层进行编码，以便其能被L-Edit读取。
此插件采取Si2 oaScript，其在Python脚本措辞与OpenAccess数据库之间供应一个接口。IPKISS.eda框架包括自定义L-Edit宏，其供应光子专用功能以设计光子电路，例如布线和绘制波导等。这些宏直策应用L-Edit用户可编程接口（UPI）和OpenAccess数据库。UPI供应一组强大的工具用以自动化、定制和扩展L-Edit命令及功能。这些自定义宏利用Python写成，以是该框架在L-Edit中嵌入了一个Python阐明器。案例解释理解该办理方案的概要步骤最好的方法是通过一个案例解释：设计一个2 x 2光学纵横交流器（图4），它能扩展为一个完全的N x N交叉连接矩阵。有4个光栅耦合器，用于将光旗子暗记连接到光纤，以及连接用于电子转换旗子暗记和接地旗子暗记的焊盘。
图4：2 x 2交叉连接开关架构设计的紧张布局块是1 x 2热光Mach-Zehnder干涉仪（MZI）开关（图5）。1 x 2分光器将光旗子暗记分离到MZI的两条臂中。臂中的加热器由电旗子暗记操控。两臂中的旗子暗记耦合到2 x 2组合器中以便馈入下一级。
图5：热光MZI开关为了设计此交流器，设计职员可实行下列步骤：1. 利用L-Edit，设计职员从库中拖放MZI开关的实例，然后设置器件参数，以便布局该交流器。库中还包含预定义波导、光纤耦合器、滤波器、光子晶体、I/O元件和容器，可实现扇出和光端接等功能。
2. 利用L-Edit All Angle Wire工具，设计职员用飞线连接端口。
3. 然后，设计职员通过自动布线或手动布线来产生掌握形状和波折的波导。IPKISS.eda卖力精准对齐光纤端口，且匹配精度达到纳米水平。
4. 在L-Edit中，设计职员调度波导路径并剖析或引入交叉。光子电路常日是在单个布线层中实现，因此版图中关于电路拓扑的即时视觉反馈（例如不须要的交叉）可以减少设计韶光和潜在缺点。如须要，设计职员可手动从库中插入交叉元件，并将其连接到对应的开关。IPKISS.eda随后天生新的波导。
5. 然后，设计职员增加焊盘，并利用L-Edit Orthogonal Wire工具连接焊盘。
6. 利用L-Edit与Tanner Calibre One nmDRC™，设计职员可以轻松地根据晶圆代工厂供应的规则验证电路有无DRC违规，并与结果输出的浏览器和版图进行交互。不过，IPKISS.eda中嵌入的规则属性可避免许多曲线形状布线所造成的常见DRC违规。
7. 关于功能验证，设计职员可以利用IPKISS.eda中的CAPHE光学电路仿真器来验证器件的参数变动、交叉的连接或插入如何影响功能行为。CAPHE仿真器可在频域或时域中构建并仿真光学电路。实行布线后仿真时，版图编辑器和光学仿真器之间须要频繁互动，而CAPHE已与IPKISS有紧密的集成。设计职员可以灵巧利用这种集成。例如，设计职员可以构建版图以利用电路仿真完成自身设计。比方说，环的半径可以利用电路仿真来打算，使之与某一光谐振匹配。由于这种集成，参数化元件可以具有很高的智能，并且可以从L-Edit直接访问这种智能。如须要，IPKISS.eda可以深入物理域并启动各个单元的电磁仿真，从而构建器件模型。
