Imec przedstawia 7-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy typu slope o częstotliwości 175 GS/s z masywnym przeplotem czasowym

W tym tygodniu, podczas konferencji IEEE ISSCC 2026, firma imec – centrum badawczo-rozwojowe w dziedzinie zaawansowanych technologii półprzewodnikowych – zaprezentowała 7-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) o częstotliwości 175 GS/s. Łączy on w sobie rekordowo małą powierzchnię (250 x 250 µm²) i niskie zużycie energii podczas konwersji z jedną z najszybszych prędkości próbkowania, jakie kiedykolwiek odnotowano (2,2 pJ na próbkę). W ten sposób przetwornik ADC firmy imec spełnia szybko rosnące wymagania dotyczące przepustowości i przetwarzania w centrach danych opartych na sztucznej inteligencji i chmurze, bez typowego dla ultra wysokich częstotliwości próbkowania wzrostu powierzchni i zużycia energii.

W związku z rozwojem aplikacji opartych na sztucznej inteligencji i chmurze obliczeniowej, sieci komunikacji optycznej centrów danych wymagają ciągłych modernizacji, aby sprostać coraz wyższym wymaganiom w zakresie przepustowości i przetwarzania danych. Jednak wraz ze wzrostem częstotliwości próbkowania powyżej 100 GS/s, podstawowe komponenty – takie jak przewodowe przetworniki ADC, niezbędne w optycznych nadajnikach-odbiornikach – mają tendencję do powiększania się, co wymaga dłuższych połączeń i powoduje powstawanie zakłóceń oraz strat energii.

Podczas IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) w 2024 r. firma imec podjęła to wyzwanie, przedstawiając przełomowe rozwiązanie: architekturę przetworników analogowo-cyfrowych typu slope z masywnym przeplotem czasowym, co najmniej dwukrotnie mniejszą niż konwencjonalne konstrukcje i charakteryzującą się najnowocześniejszą wydajnością energetyczną. Opierając się na tym podejściu, imec robi teraz kolejny krok, wprowadzając rekordowo mały przetwornik ADC, który zapewnia precyzyjną konwersję sygnału i szerokie pasmo przy ultra wysokich częstotliwościach próbkowania.

Opatentowane techniki linearyzacji i przełączanych buforów wejściowych

– Nasz 7-bitowy przetwornik ADC o częstotliwości 175 GS/s – wdrożony w technologii 5 nm FinFET – łączy w sobie rekordowo małą powierzchnię rdzenia wynoszącą 250 x 250 µm2 i niską energię konwersji (2,2 pJ na próbkę) z prędkością próbkowania, która plasuje się wśród najszybszych kiedykolwiek odnotowanych. To sprawia, że jest to atrakcyjne rozwiązanie do skalowania cyfrowych połączeń przewodowych, gdzie liczy się każdy mikron kwadratowy i każdy miliwat – powiedział Peter Ossieur, dyrektor ds. portfolio w imec.

Umożliwiają to dwie opatentowane innowacje. Po pierwsze, nowatorskie podejście do linearyzacji – kształtowanie sygnału nachylenia – koryguje zniekształcenia. Po drugie, przełączane bufory wejściowe efektywnie zasilają 2048-kanałową matrycę ADC z przeplotem czasowym, minimalizując obciążenie elektryczne i umożliwiając ultraszybkie próbkowanie bez utraty integralności sygnału.

Dążenie do osiągnięcia i przekroczenia kamienia milowego 300 GS/s

Opierając się na przetworniku analogowo-cyfrowym zaprezentowanym podczas tegorocznej konferencji ISSCC, firma imec opracowuje obecnie kolejny projekt 3 nm i bada projekty 14 Ångstromów, w szczególności sposób, w jaki takie zaawansowane węzły mogą być wykorzystane w projektowaniu wysokowydajnych przewodowych przetworników danych.

– Imec ma wieloletnie doświadczenie w opracowywaniu szybkich układów scalonych do zastosowań komunikacyjnych. Jednym z naszych kluczowych obszarów badań są transceivery optyczne (i ich elementy składowe), które mogą nadążyć za szybko rosnącą prędkością transmisji danych w systemach przewodowych. W tym kontekście nasze przetworniki ADC stanowią kluczowy krok w kierunku nowej generacji kompaktowych, energooszczędnych przetworników do przyszłych zastosowań przewodowych, przekraczających ograniczenia wydajności architektury przetworników ADC opartych na SAR przy ultra wysokich prędkościach. Aby przyspieszyć te działania, serdecznie zapraszamy partnerów – w tym firmy bez własnych zakładów produkcyjnych, opracowujące elementy składowe łączności przewodowej – do udziału w naszych programach badawczych dotyczących przetworników ADC i DAC, z opcjami licencyjnymi umożliwiającymi dostęp do podstawowego portfolio własności intelektualnej imec – dodał Peter Ossieur.