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案例研究

Rockley Photonics 透過 Amazon EC2 上的 Ansys Lumerical 提升驗證能力

「透過成熟和無近似的 FDTD 方法執行大規模物理模擬的能力，使我們在下線(tape-out)時獲得前所未有的信心」

──Yi Zhang，Rockley PIC 主管

挑戰

Rockley 順應光子電路日益複雜的趨勢。在設計與驗證過程中，仍需考量多種影響電路運作的重要效應，例如雜散光干擾，或是積體光路 (PIC) 中非均勻的溫度或應力場所造成的影響。 

截至目前，傳統工程知識仍提供工程師一種可行方法來產出電路佈局。隨著佈局日益複雜，此方法已不再實用，因此需要針對整個光子電路進行大規模物理模擬。當前裝置的製造與封裝成本日漸攀升，加上上市時程的要求日益緊迫，因此更需要投入心力以提升驗證效率。若設計錯誤未被發現，後果將非常嚴重。若錯誤進入晶圓階段，重新製造的成本將十分高昂。更重要的是，上市時間延遲可能對市占率與品牌聲譽造成難以估量的衝擊。

工程解決方案

Rockley 評估了多項 HPC 解決方案以加速大規模模擬，但最終決定採用由 Lumerical 的 FDTD 提供運算核心、建構於 Amazon Web Services (AWS) 上的 CPU 雲端解決方案。此決策是基於 Lumerical FDTD 的準確度與執行效能、對 HPC 運算的適用性，以及 Amazon 雲端解決方案的高性價比與靈活度所做出的選擇。

結果

Rockley 為裝置 A 與 B (分別見圖 1 和圖 2) 執行多次 2D 與 3D 單時域模擬，從而允許擷取高解析度光譜。由於設計規模龐大，模擬對 FDTD 來說相當具挑戰性，其中裝置 B 的佈局約為 6 平方毫米。將 EC2 用於模擬運行於最多 16 部採用最新 Xeon Platinum 處理器的伺服器上，並將每項作業分散至 576 個核心上執行。Rockley 探索了多種硬體配置，以選擇最適合業務與工程需求的最佳組合。在部分情況下，Rockley 採用即時定價機制(spot pricing)可比隨選價格(on-demand)方案節省高達 80–90%。