Mit dem zunehmenden Einsatz photonischer Komponenten in Halbleitersystemen, etwa für optische Interconnects in Rechenzentren oder Co-Packaged Optics, stoßen klassische EDA-Verfahren an ihre Grenzen. Während elektronische Schaltungen über Spannungen, Ströme und Timing beschrieben werden, folgen optische Signale den Gesetzen der Wellenoptik. Effekte wie Interferenz, Polarisation, Modenkopplung oder Streuverluste an Wellenleitern müssen nun in denselben Designflow integriert werden, der bisher rein elektrische Verifikation leistete.

Das bedeutet in der Praxis, dass Simulationswerkzeuge sowohl elektrische als auch optische Domänen gleichzeitig abbilden müssen. Ein photonischer Schaltkreis besteht aus Wellenleitern, Ringresonatoren, Modulatoren und Detektoren, die untereinander über Licht statt über Leiterbahnen gekoppelt sind. Fertigungstoleranzen wirken sich hier besonders empfindlich aus: schon geringste Abweichungen in der Wellenleitergeometrie können Phasenverschiebungen verursachen, die die Funktion des gesamten Systems beeinträchtigen. Für die Verifikation reicht ein rein digitales Denkmodell also nicht mehr aus.

Co-Design von Elektronik und Photonik

Ein zentrales Thema ist deshalb der gemeinsame Entwurf von elektronischen und photonischen Teilsystemen, oft auch als elektro-optische Co-Integration bezeichnet. Da photonische und elektronische Komponenten häufig auf unterschiedlichen Wafern oder sogar unterschiedlichen Materialsystemen wie Silizium und Indiumphosphid gefertigt werden, müssen EDA-Werkzeuge auch die spätere Zusammenführung über Bonding- oder Interposer-Technologien mitdenken. Design-Rule-Checks müssen künftig nicht nur elektrische Kurzschlüsse erkennen, sondern auch optische Verlustpfade oder Streulichtquellen identifizieren.

Für die Halbleiterbranche bedeutet diese Entwicklung einen deutlichen Wandel in der Werkzeuglandschaft. Anbieter von EDA-Software müssen photonische Simulationskerne mit bestehenden Verifikationsflüssen verschmelzen, um Entwicklern eine durchgängige Analyse von der Systemarchitektur bis zur Fertigungsfreigabe zu ermöglichen. Angesichts des wachsenden Bedarfs an optischer Datenübertragung innerhalb von Chips und Modulen dürfte sich dieser Trend in den kommenden Jahren weiter verstärken.