利用FTCO™和数字孪生技术加速面向制造的硅光集成电路仿真

摘要

硅光集成电路（PIC）的性能正日趋受到实际制造工艺的制约，例如侧壁倾角、关键尺寸偏移、膜层厚度不均、线边粗糙度等因素，而传统的FDTD仿真通常基于理想化的设计版图进行，无法捕捉这些工艺影响。为此，我们构建了一套完整的工艺技术协同优化（FTCO™）工作流，将GDS版图文件导入、三维工艺仿真、GPU加速FDTD仿真、实验设计（DOE）及基于AI的代理模型构建无缝集成。研究结果表明，当将制造工艺偏差纳入建模过程后，仿真结果与实验测试数据能够良好吻合。以一款方向耦合器（directional-coupler）的设计优化为例，其DOE涵盖4种不同工艺偏差的25种独特组合，所需3D FDTD模型网格规模高达6,500万个单元。在单台搭载NVIDIA A100 GPU的工作站上，全流程仿真在10小时内即可完成。所构建的数字孪生系统能够为非仿真领域专家提供直观、实时的工艺—性能洞察能力，这将在行业内带来革命性变革。