激光雷达 2.0：大规模集成光子器件的层次化曲线波导详细路由
新兴技术
2025-10-27 v2 光学
摘要
随着光子计算和互连创新的推进，集成光子器件（PIC）设计日益复杂。传统的手动物理设计流程日益笨拙。现有的 PIC 布局工具大多基于原理图，未能缓解手动波导规划和布局绘图的负担。先前的 PIC 自动路由研究大多仿照电子设计，侧重高层次规划，忽视光子特有的约束，如曲线波导、弯曲和端口对齐，导致其无法规模化，无法生成无驱动器（DRV）布局，凸显了需要专门的电子-光子设计自动化工具来简化 PIC 物理设计的必要性。本文提出了 LiDAR，即首个针对大规模设计的自动化 PIC 详细路由器。其特点包括基于网格的曲线感知 A* 引擎、自适应越位插入、拥堵感知的网线排序以及插入损耗优化。为实现更紧凑和复杂设计的路由，我们进一步将路由器扩展为分层路由，即 LiDAR 2.0。它引入了冗余弯曲消除、越位空间保持和路由顺序细化，以提高冲突抗性。我们还开发并开源了一个基于 YAML 的 PIC 中间表示和多样化的基准测试，包括 TeMPO、GWOR 和 Bennes，后者具有层次结构和高越位密度。各种基准测试的评估表明，LiDAR 2.0 一致产生无 DRV 布局，在宽敞案例中实现最高 16% 的插入损耗降低和 7.69 倍的加速，在紧凑案例中实现 9% 的插入损耗降低和 6.95 倍的加速。我们的代码已开源于 https://github.com/ScopeX-ASU/LiDAR。
引用
@article{arxiv.2505.17239,
title = {LiDAR 2.0: Hierarchical Curvy Waveguide Detailed Routing for Large-Scale Photonic Integrated Circuits},
author = {Hongjian Zhou and Haoyu Yang and Ziang Ying and Nicholas Gangi and Zhaoran and Huang and Haoxing Ren and Joaquin Matres and Jiaqi Gu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.17239},
year = {2025}
}
备注
14 pages. Accepted to IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems (TCAD), 2025