PythonでGDSII formatを扱う

2020/11/25注

gdspyの作者@heitzmannが現在新プロジェクトgdstkに注力しているため、筆者もgdstkに乗り換えた。gdspyに比べgdstkは爆速なので、よろしければ次の記事gdstkでPython最速のGDSII layout制作環境を作るを参照されたい。

はじめに

　GDSII（以下GDS）はICやMEMSのレイアウト用CADフォーマットとして知られている。筆者はMEMSやメタサーフェス製作のためにGDSを利用している。GDSはLayoutEditorやKLayoutなどのマスク用CADソフトで直接作成することもできるし（お金持ちはCadenceを使うw）、AutoCADやSolidworks等で扱えるdxfファイルから変換することもできるが、数式を用いて記述できるパターンに対してはプログラミング言語の適用が便利である。
　筆者も永らくJAXA三田先生のページを参考にPerlでGDSを描いてきたのだが、近年はCADのファイルサイズが肥大化し、Perlでは限界を感じることが多くなった¹。そのため、2019年以降はPythonでGDSを作成している。ここではPythonでGDSファイルを作成するためのノウハウを記述していこうと思う。

PythonでGDSIIを扱うためのライブラリの選定

PythonでGDSIIフォーマットを取り扱うためのライブラリはいくつか提案されているが、筆者のおススメはgdspyである。知られているライブラリを列挙すると、
- gdspy
- gdsCAD
- python-gdsii
等がある。このうち、執筆時点（2020年2月16日）でアップデートが頻繁に行われているのはgdspyであり、機能的にも充分に感じているので、本稿では主にこちらを取り挙げる。

Windows 10 上のAnaconda環境へのgdspyのインストール

ここではWindowsマシン上でとりあえずgdspyでgdsファイルを作成するまでの環境設定について述べる。
1. Anaconda 3 のインストール
https://www.python.jp/install/centos/anaconda/install.html
を見ながらインストールする。

1. Anaconda 3 のアップデート（適宜実行する）
   Windows -> cmd.exe　（コマンドプロンプト）から
   > conda update --all

2. gds用環境の設定
   conda環境とpip環境が混在しているとなんだかうまくいかないらしいので、念のためAnaconda 3 に、新しいenvironmentを作る。gdsiiなどの名前にしておく。
   3-1. gdspyに必要なモジュールをインストールしておく。
   numpy
   cython
   pip
   spyder

3. gdspyの導入
   下記URLにある
   https://qiita.com/mckeeeen/items/d4cbe4a16a102157f40c
   "Anaconda環境にpipでパッケージをインストールする"を実行し、gdspyをインストールする。

Windows -> cmd.exe　（コマンドプロンプト）から、下記を実行する。
(> の行がコマンド入力を示す)

>conda info -e
# conda environments:
#
base * C:\Users\k_iwa\Anaconda3

> source activate base <-ここの名前(base)は3.で導入したgdspy用environmentにする。

5.　gdspyのインストール

> pip install gdspy

C++コンパイラ環境（例えばBuild Tools for Visual Studio 2019）や、cythonなどのライブラリのインストールができていないと、gdspyのインストールができてもきちんと正常動作しない。ダメならpip uninstall gdspyでアンインストールしてからライブラリを整えてインストールしなおす。

6.　Anaconda 3からSpyderなどのPython IDE環境を利用してgdspyを利用する。ドキュメントはここ。
gdspy 1.5 (20, Dec, 2019)からだいぶ記法が変わった。今後詳述する。

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1. どうも600MBを超えるとPerlではエラーが出てGDSを出力できなかった。なぜかは結局よくわからなかった。 ↩