9/15/2025，光纖在線特邀編輯Helen
光纖在線訊，2025年9月11日至12日，Ansys在蘇州太湖之濱成功舉辦了年度全球仿真大會（中國站），主題為“賦能創(chuàng)新者，推動人類進(jìn)步（Empowering Innovators to Drive Human Advancement）”，匯聚行業(yè)智慧。Ansys仿真平臺廣泛應(yīng)用于全球各行業(yè)的工程仿真與產(chǎn)品開發(fā)。自2025年7月17日新思科技（Synopsys）完成對Ansys的收購后，雙方的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合有力推動了仿真與電子設(shè)計自動化（EDA）的深度融合。

9月11日大會第一天的盛況與光纖在線劉博的觀點，請訪問相關(guān)報道
這是工程師的盛會——Ansys 2025全球仿真大會第一天
  
      
      9月12日上午的技術(shù)分會場，涵蓋結(jié)構(gòu)、高頻/低頻電子設(shè)計、流體力學(xué)、數(shù)字化智能與安全等多個細(xì)分方向。其中，光子集成芯片領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，使得聚焦于芯片-封裝-系統(tǒng)（Chip-Package-System，簡稱CPS）領(lǐng)域的多物理場仿真專場備受關(guān)注。

      CPS多物理場協(xié)同仿真是基于芯片設(shè)計的系統(tǒng)工程，熱、電、光、力等多物理場緊密相關(guān)、相互耦合、相互作用。正如Ansys半導(dǎo)體產(chǎn)品技術(shù)總監(jiān)Teongming Cheah在開場演講中指出，電芯片、光芯片和光電集成芯片設(shè)計離不開對電遷移與電壓降（EMIR）、熱（Thermal）、應(yīng)力（Stress）、信號和電源完整性（SIPI）以及光學(xué)（Optics）這五大核心物理場的研究分析。由于復(fù)雜的耦合效應(yīng)，如應(yīng)力導(dǎo)致晶體管性能劣化、溫度影響金屬導(dǎo)電率等，這些物理場構(gòu)成了閉環(huán)的相互作用網(wǎng)絡(luò)。因此，只有通過芯片-封裝-系統(tǒng)協(xié)同仿真，才能確保芯片設(shè)計的可靠性、性能及良率。

      
      專題分會中，除了由Ansys資深項目經(jīng)理分享共封裝光學(xué)（CPO）下面臨的硅光子設(shè)計與3D異構(gòu)集成挑戰(zhàn)，還邀請了來自上海交通大學(xué)、中興微電子、NPX等機(jī)構(gòu)的一線學(xué)者與企業(yè)專家，就仿真實踐與創(chuàng)新案例進(jìn)行深入交流。

      上海交通大學(xué)周林杰教授團(tuán)隊展示了其在FMCW硅基集成激光器方面的最新研究成果。該團(tuán)隊采用鈮酸鋰-磷化銦-氮化硅多材料混合集成方案，實現(xiàn)了掃頻速率約35PHz/s、體素率達(dá)230MHz的高性能激光器，顯著提升了激光雷達(dá)探測速度。

      在多材料混合集成的FMCW激光器設(shè)計中，鈮酸鋰材料的高速電光調(diào)制特性實現(xiàn)了快速線性掃頻；基于半導(dǎo)體III-V族材料，通過增益啁啾技術(shù)設(shè)計出高功率、寬調(diào)諧范圍的有源增益芯片；氮化硅無源外腔反饋芯片由可調(diào)濾波器和部分反射器組成，與增益芯片共同構(gòu)建出窄線寬和低噪聲的外腔激光器。在實現(xiàn)該系統(tǒng)的過程中，團(tuán)隊廣泛使用了Ansys Lumerical系列工具進(jìn)行多物理場協(xié)同仿真，具體包括：
      
      優(yōu)化耦合器設(shè)計，提升耦合效率：在鈮酸鋰芯片的錐型耦合器設(shè)計中，通過 Lumerica/Mode 仿真，確定了最佳端面波導(dǎo)寬度，實現(xiàn)了與有源增益芯片模場寬度的良好匹配，耦合效率高達(dá) 73.5%。同樣，氮化硅芯片內(nèi)的兩級倒錐型波導(dǎo)模斑轉(zhuǎn)換器（SSC）經(jīng)過仿真優(yōu)化后，耦合效率可達(dá) 86%。

      權(quán)衡損耗與效率，優(yōu)化電光移相器：鈮酸鋰芯片電光移相器的仿真設(shè)計，重點在于平衡損耗與調(diào)制效率。通過系統(tǒng)仿真，優(yōu)化了鈮酸鋰波導(dǎo)與鋁電極之間的間隙距離，以實現(xiàn)低傳輸損耗和高效調(diào)制的最佳平衡。仿真結(jié)果顯示，當(dāng)間隙為 1.5um 時，模場重疊率接近零，吸收損耗可忽略不計。

      精準(zhǔn)調(diào)控?zé)峁庖葡嗥鳎?/b>氮化硅芯片中的熱光移相器通過放置在波導(dǎo)上的金屬加熱器工作，波導(dǎo)與加熱器的布局和功率對移相效果至關(guān)重要。在仿真過程中，精確調(diào)整金屬加熱器與波導(dǎo)的距離、加熱器尺寸及輸入功率，以實現(xiàn)快速穩(wěn)定的熱光調(diào)諧。經(jīng)過多次仿真迭代，確定了最佳加熱器參數(shù)組合，使熱光移相器在低功耗下實現(xiàn)高效波長調(diào)諧。仿真結(jié)果顯示，當(dāng)波導(dǎo)與加熱器間距減至1.7微米、下包層厚度降至4微米時，可獲得87%的最佳限制因子，確保波導(dǎo)高效傳輸。

      拓展濾波器波長范圍：兩級級聯(lián)微環(huán)游標(biāo)濾波器結(jié)構(gòu)能夠擴(kuò)展濾波器的波長范圍。通過使用 Lumerica/Interconnect 對微環(huán)尺寸和相位調(diào)節(jié)進(jìn)行仿真，研究其對濾波效果的影響。此外，利用 Lumerica/FDTD 工具，在硅和氮化硅雙層波導(dǎo)平臺上，對高 Q 值諧振微環(huán)和低損耗氮化硅波導(dǎo)進(jìn)行仿真，并通過熱調(diào)制改變氮化硅的有效折射率，使 MRR1 的諧振峰與不同 MRR2 的諧振峰對齊。

      光、電聯(lián)合仿真，提升測距性能：在FMCW測距應(yīng)用中，發(fā)射激光的調(diào)頻非線性會導(dǎo)致接收端拍頻頻譜展寬，增加測距模糊度。通過采用光電鎖相環(huán)實時校準(zhǔn)，將拍頻信號與參考信號混頻生成誤差信號，經(jīng)過低通環(huán)路濾波器反饋至驅(qū)動電壓，從而提高調(diào)頻線性度并抑制頻率噪聲。整個鎖相環(huán)設(shè)計需要進(jìn)行光、電聯(lián)合仿真。

      兼顧多方面因素的系統(tǒng)仿真：FMCW 測距技術(shù)利用光頻率梳技術(shù)（結(jié)合幅度調(diào)制和相位調(diào)制），生成 N 個不同波長的激光并實現(xiàn)并行輸出。這些激光經(jīng)過準(zhǔn)直器和光柵處理后發(fā)射到遠(yuǎn)端目標(biāo)，反射回來的多波長光信號通過環(huán)形器和 WDM 濾波器進(jìn)行波長分離，然后分別進(jìn)行拍頻處理以獲取距離信息。整個系統(tǒng)包括集成光電器件和空間光學(xué)元件，仿真過程需考慮不同尺寸的應(yīng)用環(huán)境。

      此次 Ansys 全球仿真大會（中國站）的多物理場仿真專場，為產(chǎn)學(xué)研各界提供了交流平臺，匯聚前沿技術(shù)與創(chuàng)新實踐，有力推動了光子集成芯片領(lǐng)域多物理場仿真技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，助力芯片設(shè)計行業(yè)邁向新高度，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展注入強(qiáng)大動力，有望在未來催生更多高性能、高可靠性的芯片產(chǎn)品，滿足不斷增長的市場需求。