Einführung

Der Markt für photonische Designautomatisierung beschreibt Softwaretools und Automatisierungsmethoden zum Entwerfen, Simulieren, Optimieren und Verifizieren photonischer Geräte und Systeme wie Wellenleitern, Lasern, Modulatoren, Photodetektoren und integrierten photonischen Schaltkreisen. Angesichts der steigenden Anforderungen an Geschwindigkeit, Energieeffizienz, Miniaturisierung und Integration mit der Elektronik in den Bereichen Kommunikation, Computertechnik, Sensorik und Bildgebung wird PDA immer wichtiger. Der Markt ist ähnlich positioniert wie Electronic Design Automation (EDA), jedoch für Probleme im optischen/photonischen Bereich.

Der Markt für photonische Designautomatisierung soll von 1,39 Milliarden US-Dollar im Jahr 2022 auf 3,90 Milliarden US-Dollar im Jahr 2030 wachsen, bei einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 13,8 % im Zeitraum 2022–2030.

Schlüsselsegmente

Nach Komponente

Lösung und Service

Nach Bereitstellung

Vor Ort und in der Cloud

Nach Unternehmensgröße

KMU und Großunternehmen

Nach Anwendung

Akademische Forschung und industrielle Forschung und Fertigung

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Wachstumsstrategien

Integration und Erweiterung der Fähigkeiten

Einbettung physikbewusster Simulationen (thermisch, mechanisch, elektrisch) und Multiphysik-Solver.

Investitionen in inverses Design und optimierte KI/ML, um Zykluszeiten zu minimieren und Designs schneller zu iterieren.

Partnerschaften und Zusammenarbeit

Zusammenarbeit von Gießereien und Softwareanbietern zur Bereitstellung von Process Design Kits (PDKs), damit Designer Entwürfe vor der Herstellung simulieren und überprüfen können.

Universitäten, Forschungszentren und Industriekonsortien entwickeln gemeinsam gemeinsame Tools, Benchmarks und Bibliotheken.

Cloud- und Remote-Tools

Bereitstellung von Cloud-basierten PDA-Lösungen, sodass Unternehmen keine großen lokalen Rechenressourcen benötigen. Ermöglicht flexible, Remote- und kollaborative Arbeitsabläufe.

Geografische und vertikale Expansion

Eintritt in die Märkte im asiatisch-pazifischen Raum, wo Infrastrukturentwicklung, Telekommunikationsausbau und industrielle Automatisierung die Nachfrage beschleunigen.

Streben nach neuen vertikalen Märkten: Automobil (LiDAR), Edge-KI, optische Sensorik, Quantencomputing.

Zukünftige Trends

Smart EPDA (Electronic Photonic Design Automation): Softwarepakete, die sowohl Elektronik- als auch Photonik-Designprozesse umfassen, da die meisten Systeme derzeit beides integrieren. Dabei handelt es sich um automatisiertes Co-Design, Co-Simulation, Layout und Verifizierung, die Wechselwirkungen (Signal, Wärme, Leistung) zwischen photonischen und elektronischen Komponenten berücksichtigen.

Inverse Design- und Machine-Learning-Methoden: Einsatz von KI/ML zur Entwicklung von Gerätegeometrien, Materialien und Anordnungen unter Berücksichtigung der Leistung innerhalb der Fertigungsgrenzen. Ermöglicht schnellere Iteration und neue Designs.

Skalierbarkeit und Automatisierung der physischen Layoutgenerierung: Automatisierung der Platzierung, des Routings und des Layouts für hochskalierte PICs (photonische integrierte Schaltkreise) ohne Einbußen bei der Herstellbarkeit und mit minimalen Verlusten.

Standardisierung und Interoperabilität: Mehr standardisierte PDKs, gemeinsam genutzte Bibliotheken, Benchmarks und Tools, die über verschiedene Gießereien und Designplattformen hinweg interoperabel sind. Dies verringert den Aufwand für Designer, die zwischen Toolchains wechseln.

Gelegenheiten

Gießereien mit PD-Kits und MPW (Multi Project Wafer) laufen mit integrierten PDA-Tools, um kleineren Akteuren und Forschern den Zugang zu ermöglichen.

Startups oder Tool-Anbieter, die sich auf inverses Design, KI/ML-optimiertes oder automatisiertes Layout konzentrieren.

Domänenübergreifende Integration: Toolchains, die Elektronik + Photonik oder Hybridgeräte (optische + mikroelektromechanische Systeme, MEMS) integrieren.

Vertikale Spezialisierung: z. B. LiDAR, Quantenkommunikation, biomedizinische Photonik, Edge-KI-Sensoren. Diese unterliegen in der Regel einzigartigen Einschränkungen und können von spezialisierten PDA-Tools profitieren.

Finanzierung durch Regierungen/Politik, insbesondere in Ländern, die ihre Abhängigkeit von Importen verringern und die Souveränität im Bereich Halbleiter/Photonik erlangen möchten.

Herausforderungen und Risiken

Designkomplexität photonischer Geräte, einschließlich der Verwaltung mehrerer Physik, enger Toleranzen und Herstellbarkeit.

Hohe Werkzeugkosten und hohe Lernkurve für Designer, insbesondere für Designer, die ausschließlich elektronisches Design verwenden.

Gießereivariabilität: verschiedene Herstellungsverfahren, Materialvariationen, Diskrepanz zwischen der Simulation durch die Werkzeuge und dem, was die Fertigung liefert.

Probleme mit geistigem Eigentum, Standardisierung und Interoperabilität zwischen Toolchains.

Wettbewerb : von traditionellen EDA-Unternehmen, die in die Photonik einsteigen, sowie von Open-Source- oder akademischen Tools.

Wichtige Akteure und aktuelle Entwicklungen

Ansys Inc

Ansys war in letzter Zeit äußerst beschäftigt, insbesondere mit der Qualifizierung und Skalierung von Photonik-Tools und der Förderung von Integration, Geschwindigkeit und Cloud-/HPC-Workflows.

Zertifizierung auf GlobalFoundries (GF Fotonix-Plattform): Im März 2025 wurden die Lumerical-Photonik-Solver (FDTD, MODE, CHARGE, HEAT) von Ansys für die Ausführung auf GF Fotonix zertifiziert. Dies ermöglicht es Designern, diese Solver mit höherer Zuverlässigkeit sowohl für passive als auch für aktive Photonik-Geräte in der Silizium-Photonik einzusetzen.

Geschwindigkeitssteigerungen durch die Partnerschaft zwischen Azure, Microsoft und TSMC: Ansys, eine Partnerschaft mit TSMC und Microsoft, konnte durch die Ausführung von Lumerical-FDTD-Simulationen auf Microsoft Azure-VMs mit NVIDIA-GPUs eine mehr als zehnfache Geschwindigkeitssteigerung erzielen. Dies ermöglicht Designern eine schnellere Iteration auf PICs (photonisch integrierten Schaltkreisen).

Verbesserungen bei Tools und Multiphysik-Workflows

Die Lumerical FDTD-Upgrades umfassen Multi-Node- und Multi-GPU-Fähigkeit, CAD-Interoperabilität und die Integration des KI-Assistenten „Engineering Copilot“ von Ansys.

LioniX International BV

LioniX ist eher im Bereich Hardware/Module/photonische Komponenten tätig, aber die Arbeit des Unternehmens überschneidet sich stark mit PDA, insbesondere bei der Entwicklung neuer Komponenten, PDKs, Laser und integrierter Systeme, die Designtools erfordern.

Neue CTO-Einstellungen: Im Januar 2024 stellte LioniX Ronald Dekker als CTO ein. Er verfügt über umfassende Kenntnisse in den Bereichen Materialien, Mikrofabrikation, integrierte Optik, Verpackung usw. und soll die Forschung, technische Aktivitäten und Systemintegrationsinitiativen leiten.

Partnerschaften und neue Komponenten

LioniX hat sich mit Sivers Photonics und Chilas BV zusammengetan, um einen CW-abstimmbaren Laser mit schmaler Linienbreite und O-Band (1310 nm) für optische Kommunikations- und Sensoranwendungen zu entwickeln.

Optiwave Systems Inc

Optiwave konzentriert sich mehr auf optische System- und Netzwerksimulationstools als auf reine Geräte-/PIC-Layouttools, aber die jüngsten Verbesserungen stärken das Design und die Integration auf Systemebene, die Teil der gesamten PDA-Wertschöpfungskette sind.

OptiSystem 22.1 (April 2025): Wichtige Verbesserungen sind eine verbesserte PIC-Integration/Interoperabilität auf Systemebene (z. B. Importieren von S-Parameterdateien, dynamische Port-Erstellung), maschinenlernfähige Optimierungsdiagramm-Tools (z. B. mithilfe von Augen usw.), verbesserte Wellenleitermodellierung mit benutzerdefiniertem Brechungsindex und verbesserte Arbeitsabläufe.

Abschluss

Die Branche der Photonic Design Automation steht bis 2030 vor einem starken Wachstum. Da die Anforderungen an Computer-, Kommunikations-, Sensor- und Bildgebungstechnik die Möglichkeiten rein elektronischer Lösungen ständig übersteigen, wird die Photonik, wenn sie richtig eingesetzt wird, zum Dreh- und Angelpunkt.

PDA-Tools ermöglichen Innovationen im Bereich photonischer Geräte, machen sie skalierbar und realisierbar. Der Erfolg in diesem Bereich wird durch die Kombination von technologischem Fortschritt (inverses Design, Multiphysik-Simulation, Layout-Automatisierung) mit Benutzerfreundlichkeit und Ökosystem-Kompatibilität (Foundry-Support, Standardisierung, Cloud-Tools) vorangetrieben.

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

Was ist der Unterschied zwischen PDA und herkömmlichen EDA-Tools?

PDA befasst sich mit photonischen/optischen Geräten, die anderen physikalischen Gesetzen als elektronische Schaltkreise unterliegen (Lichtwellenausbreitung, Interferenz, optische Verluste, Wellenlängenabhängigkeit, thermische/optische Kopplung). EDA-Tools befassen sich mit Elektronen, Spannungen und Strömen. Da Systeme beides enthalten, müssen Tools das Co-Design von Elektronik und Photonik berücksichtigen.

Warum gewinnt PDA jetzt an Bedeutung?

Da ein wachsender Bedarf an höheren Datenraten, geringeren Latenzen und energieeffizienteren Kommunikationssystemen besteht (z. B. für 5G/6G, Rechenzentren, KI), ermöglichen ein größeres Interesse an Anwendungen wie LiDAR, Quantentechnologie, optischer Sensorik, kostengünstigere Foundry-Dienste für Siliziumphotonik und mehr Rechenleistung (Cloud/HPC) fortschrittlichere Simulationen.

Was sind einige der besten PDA-Anwendungen?

Telekommunikation (optische Transceiver, Modulatoren), Rechenzentren, Sensoren (LiDAR, Fernerkundung), biomedizinische Optik, Forschung und Wissenschaft, quantenphotonische Schaltkreise und neue Edge-/KI-Geräte.

Wie unterscheidet sich die Cloud-Bereitstellung von der On-Premise-Bereitstellung?

Die Cloud-Bereitstellung bietet Skalierbarkeit, einfachere Zusammenarbeit, Fernzugriff und möglicherweise niedrigere Anschaffungskosten. Große Unternehmen bevorzugen jedoch die Bereitstellung vor Ort aufgrund der Kontrolle, Sicherheit, vorhandenen Infrastruktur und manchmal auch der Leistung.

Was sollten Unternehmen bei der Auswahl eines PDA-Tools beachten?

Wichtige Funktionen sind: korrekte Multiphysik-Simulation; Unterstützung für inverses Design/Optimierung; Foundry-PDK-Unterstützung; geeignete Layout- und Routing-Automatisierung; Überprüfung der Herstellbarkeit; benutzerfreundliche Schnittstelle; Skalierbarkeit; gute Dokumentation/Unterstützung.