LiDAR 2.0：用于大规模光子集成电路的分层曲线波导详细布线技术

《IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems》：LiDAR 2.0: Hierarchical Curvy Waveguide Detailed Routing for Large-Scale Photonic Integrated Circuits

　　

得益于光子计算和互连技术的创新，光子集成电路（PIC）的设计不断进步，复杂性也在增加。传统的手动物理设计流程变得越来越繁琐。现有的PIC布局工具大多基于原理图驱动，这并没有减轻手动波导规划和布局绘图的负担。以往在PIC自动布线方面的研究大多借鉴了电子设计的方法，侧重于高层次的规划，而忽略了光子特有的约束条件，如弯曲的波导、弯曲度和端口对齐等问题。因此，这些方法无法实现大规模应用，也无法生成无驱动电压（DRV）的布局，这凸显了开发专用电子-光子设计自动化（EPDA）工具的必要性，以简化PIC的物理设计过程。在这项工作中，我们提出了LiDAR，这是首个用于大规模设计的自动化PIC详细布线工具。它采用基于网格的、能够处理弯曲路径的算法，并具备自适应交叉点插入、基于拥塞情况的网路排序以及插入损耗优化等功能。为了支持更紧凑和更复杂的设计中的布线，我们进一步将LiDAR扩展为LiDAR 2.0版本，新增了冗余弯曲消除、交叉空间保护以及布线顺序优化等功能，以提高抗冲突能力。我们还开发了一个基于YAML的PIC中间表示格式（PIC IR）以及多种测试基准测试，包括TeMPO、GWOR和Bennes等，这些测试场景具有层次结构和较高的交叉密度。评估结果显示，LiDAR 2.0几乎可以生成无驱动电压的布局，在某些情况下插入损耗降低了16%，并且在某些紧凑场景下的布线速度比之前的方法快了9%。我们的代码已开源，链接为：https://github.com/ScopeX-ASU/LiDAR

近年来，光子集成电路（PIC）因其高速数据传输和低功耗的优势而受到了广泛关注。显著的进展包括为光神经网络（ONNs）[2]开发的光子张量核心（PTCs）[1]，以及为高带宽片上通信设计的光子网络芯片（NoCs）[3]。随着这些新兴应用的发展，PIC设计的复杂性迅速增加。如图1所示，每片芯片上的光子组件数量已接近1000个，并预计每2.5年左右翻一番[4]。这种增长凸显了开发先进电子-光子设计自动化（EPDA）工具链的迫切需求，以简化布局流程、提高生产效率并确保产品质量。图1。

现代PIC的规模和复杂性要求使用EPDA技术。