什麼是流程設計套件？

設計人員可利用代工廠的光子元件設計出各式各樣的光子積體電路（PIC），這些元件在代工廠的製程設計套件中，皆以技術與幾何形式呈現。 

PDK 可比作一組積木，其中庫中的每個光子元件都是一個獨立的積木。設計人員可以利用這些積木，為各種應用建構多種類型的光子電路。當設計人員在自己選擇的材料平台上使用預先定義且經過測試的光子元件時，通用技術有助於降低成本。

設計師也可以自行設計元件，但若要使用特定鑄造廠的客製化元件，則必須遵循該鑄造廠的製造規範。這些規範通常包括（但不限於）：

• 材料堆疊（層的類型與厚度）
  
• 光學元件之間的最小距離（例如波導之間的間隙）
• 最大蝕刻深度
• 金屬化與電氣探針（金屬的佈置方式、允許的金屬層）
• 特徵尺寸（波導、孔洞、有效區域等的尺寸）

光子 PDK 可實現電路與系統層級的模擬，這是 PIC 設計流程中的關鍵環節。模擬的準確性取決於晶圓代工廠作為製程設計套件（PDK）一部分所提供的緊湊模型庫（CML）之能力。晶圓代工廠的 CML 必須依據量測數據進行校準，並能準確建模已製程化內在光子元件與電路的行為。

在光子學領域中，PDK 的基本構成元件包括波導、相位移器、有源元件（半導體光放大器或 SOA 以及雷射器）以及旋轉器（偏振器）。這些元件類似於電子學中的基本元件，即導線／電阻、電感器、電容器和電晶體，如下圖所示。

要建模光子元件，必須考量材料與光學特性。在元件層級上，這些特性通常包括：

• 材料堆疊的折射率隨波長而變化的情況，以折射率的實部與虛部表示（亦稱為光學性能）
• 預先表徵組件或經驗證組件的數值 
• 用於預測表現的分析模型（當沒有實際數據時）

光子元件的材料與光學特性可透過 S 矩陣以模組化方式表示；S 矩陣描述元件各端口之間的訊號傳輸，範圍涵蓋從元件層級到電路／佈局層級，藉此模擬光子積體電路（PIC）。

這些建構模組以白盒和黑盒的形式呈現。黑盒以 幾何形狀表示， 通常為 帶有輸入與輸出端口的矩形，其中包含代表元件性能的線性與非線性模型（或來自預先特性化元件的數值）；之所以稱為黑盒，是因為設計者僅能看到輸入與輸出端口，而晶圓代工廠則掌握著用於製造的相關元件資訊。 當代工廠在組裝光罩（將所有 光子積體電路 佈局設計整合至晶圓中）進行製造時，會將這些資訊載入「白盒」元件中。「白盒」與「黑盒」機制能保護代工廠的智慧財產權，因為其製程流程（光罩、層數及材料）無法被設計者所見。

代工廠採用不同的材料平台，例如矽光子學、InP、LiNbO₃、聚合物及玻璃。每個材料平台和代工廠（迄今為止）都有其專屬的製程流程或製造工藝，這些流程會根據材料與光學特性，在物理層面上決定光子積體電路（PIC）的性能。

在設計 PIC 時，必須將流程設計套件整合至設計流程中。 新思科技’ OptSim 來自「光子解決方案」產品組合的此方案，既能支援以 PDK 為基礎的設計，也能進行客製化設計，並支援最廣泛的晶圓代工廠陣容，提供多專案晶圓 (MPW) 製程的存取權限。