OFC2026 - 矽光子設計模擬的範式轉移：GF 與 Cadence 聯手推動 Photonic-Native 緊湊模型 - GlobalFoundries / Cadence

前言：AI 算力競賽下的光通訊設計瓶頸

隨著 AI 與高效能運算 (HPC) 對數據傳輸頻寬的要求進入指數級增長，光通訊技術正從傳統的可插拔模組向共同封裝光學 (CPO) 與大規模集成矽光子 (SiPh) 演進 。然而，傳統電子設計自動化 (EDA) 工具在處理「光」的物理特性時面臨嚴峻挑戰。

在 OFC 2026 的現場，GlobalFoundries (GF) 與 Cadence 聯手發表了最新的「原生光學緊湊建模 (Photonic-Native Compact Modeling)」技術。這項研究的核心在於打破傳統「以電子為中心」的模擬框架，將光學物理特性直接植入 EDA 工作流，解決了矽光子系統在擴展至大規模集成時的精度與效率痛點 。

核心技術解析：從電子中心 (Electronics-Centric) 轉向原生光學 (Photonic-Native)

1. 傳統建模的侷限：模擬效率與精度失真

傳統的模擬方式是將光學訊號強行轉換為等效電學訊號 (V, I)，這種方式在處理雙向性 (Bidirectionality)、多模態 (Multi-mode) 與多通道 (Multi-channel) 系統時會產生巨大的運算開銷 。

• 收斂錯誤與不穩定： 強行電學轉換會導致數值不穩定，限制了系統的擴展性 。

  
  

• 無法處理回波與串擾： 傳統工具假設訊號是單向流動，無法精確捕捉光學電路中的反向反射 (Back reflections) 與通道間串擾 。

  
  

2. GF Fotonix™ 平台與原生建模框架

GF 的這項解決方案是架構在其 300mm 單片矽光子平台 (GF Fotonix™) 之上，該平台整合了 45nm class RFCMOS 技術與標準數位邏輯單元 。

新開發的 Photonic-Native 框架將波導散射原理直接整合進 Verilog-A 模型中 ：

• 單一埠口多維數據 (Optical Port Methodology)： 單一圖形化連接即可同時捕捉入射波與出射波，實現真正的雙向模擬 。

  
  

• 極高的模擬加速： 數據顯示，與傳統轉換法相比，原生建模方法在處理超過 10,000 個組件的大型電路時，能提供 2X 的模擬速度提升 。

  
  

• 模型簡化： 由於結構更精簡，模型文件數量減少了 40% 。

  
  

關鍵數據與硬體相關性 (Hardware Correlation)

技術的權威性取決於硬體驗證。GF 宣稱其光學元件庫已包含超過 80 種經過硬體驗證的 SiPh 元件 。

1. 關鍵元件的模擬精度

• 微環調變器 (MRM)： 模型能精確預測在不同偏置電壓與光學功率下的光電流 (Photocurrent) 趨勢，這對於驅動電路設計 (Driver Design) 的熱反饋迴路至關重要 。

  
  

• 頻寬預測： 在 -1V DC 偏置與 2Vpp 條件下，模型能精確對齊 ER (消光比)、IL (插入損耗) 與頻寬的權衡關係 。

  
  

2. 系統級驗證案例

驗證案例	技術重點	實測結果
Sagnac 基電路	驗證雙向性 (Bidirectionality)	成功捕捉單一導線內順時針與逆時針波的干涉物理特性 。
多波長 WDM 系統	驗證多通道擴展性	支援同時模擬所有通道，並精確捕捉微環調變器間的熱耦合與串擾 。
大規模串聯彎折	驗證反射感應效應 (ORL)	成功複製在 25μm 彎折半徑下產生的反射尖峰現象 。

產業鏈與市場影響：EDA 工具的戰略地位

GF 與 Cadence 的合作標誌著矽光子產業鏈的一個關鍵轉變：

1. Foundry 端 (GF)： 透過提供高度整合、硬體驗證的 PDK，GF 正在將其 Fotonix 平台定位為 1.6T 及以上光通訊產品的首選代工平台，特別是在 CPO 與 AI 主動電纜模組領域。

2. EDA 端 (Cadence)： 透過 Spectre Photonics 引擎的整合，Cadence 正在鞏固其在電光協同設計 (Electro-photonic co-design) 的領先地位，減少客戶在不同工具間切換的轉換損失 。

3. 終端用戶 (AI/HPC 廠商)： 虛擬原型製作 (Virtual Prototyping) 的加速能有效縮短設計週期 (TTM)，在光學回損 (ORL) 與調變串擾等問題進入流片階段前先行解決 。

   
   

Simple Tech Trend 觀點：SiPh 設計的自動化時代已到

「原生光學建模」並非只是為了速度，它是通往「自動化矽光子設計」的必經之路。

• 趨勢預判： 我們預計在未來 12-24 個月內，這種「原生光學」的模擬方式將成為產業標準。隨著矽光子晶片整合規模從數十個元件跳升至數千甚至數萬個元件，任何非原生的轉換方式都將因運算量過載而失效。

• 關鍵觀察點： GF 在 Roadmap 中提到的「自定義摻雜配方 (Customized doping recipes)」支援 ，這意味著 PDK 將賦予設計師更大的自由度，去優化特定應用下的 PN 結效能，這將是下一波矽光子效能突破的核心。

  
  

矽光子已不再僅是關於「光學元件」的優劣，而是關於「設計環境」的成熟度。GF 與 Cadence 在 OFC 2026 展示的這套流程，確實填補了矽光子物理特性與大規模電子自動化流程之間的最後一道鴻溝。