Imec propt 7-bit, 175 GS/s ADC in recordkleine footprint

Imec heeft een ADC ontwikkeld die een footprint van slechts 250 x 250 µm en lage conversie-energie combineert met een van de hoogste bemonsteringssnelheden ooit gemeld.

Door de onstuimige groei van AI- en cloudtoepassingen moeten optische communicatienetwerken van datacenters voortdurend worden geüpgraded om de steeds hogere doorvoercapaciteit en verwerkingsvereisten aan te kunnen. Maar bij bemonsteringsfrequenties boven de 100 GS/s ontkwam je er tot nu toe niet aan om onderliggende componenten, zoals bedrade ADC’s, die essentieel zijn in optische transceivers, meer ruimte te geven. Met als nadelige gevolgen: langere elektrische verbindingen en daarmee gepaard gaande parasitaire effecten en energieverlies.

42 GS/s

Imec kwam twee jaar geleden op ISSCC 2024 al met een oplossing voor ADC’s die overweg kunnen met de snel toenemende doorvoer- en verwerkingsvereisten van AI- en cloudgedreven datacenters zonder zonder de explosieve toename in oppervlakte en stroomverbruik die doorgaans gepaard gaat met ultrahoge bemonsteringssnelheden. De ontwikkelde ‘massively time-interleaved slope-ADC’-architectuur, die toentertijd bestond uit 768 slope-ADC’s, was al minstens twee keer zo compact als conventionele ontwerpen. De daadwerkelijke ADC, dus exclusief de periferie, van het in 16 nm FinFET-technologie geïmplementeerde prototype, had een oppervlakte van 0,07 mm2. Ook het stroomverbruik van 96 mW was gegeven de bemonsteringsfrequentie van 42 GS/s al zeer bemoedigend.

175 GS/s

Voortbouwend op die aanpak zet Imec nu de volgende stap met de introductie van een recordkleine ADC die zorgt voor nauwkeurige signaalconversie en een brede bandbreedte bij ultrahoge bemonsteringsfrequenties. De 7-bit, 175 GS/s ADC, geïmplementeerd in 5 nm FinFET-technologie, combineert een recordklein kerngebied van 250 x 250 µm² en een lage conversie-energie (2,2 pJ per sample) met een bemonsteringssnelheid die tot de snelste ooit behoort. “Dit maakt het een aantrekkelijke oplossing voor het opschalen van digitale intensieve bekabelde interconnecties, waar elke vierkante micron en milliwatt telt” zegt Peter Ossieur, portfolio director bij Imec.

Twee gepatenteerde innovaties maken dit mogelijk. Ten eerste corrigeert een nieuwe linearisatiebenadering voor vervormingen bij het vormen van het hellingssignaal bij de slope-ADC’s. Ten tweede voeden geschakelde ingangsbuffers op efficiënte wijze de 2.048-kanaals time-interleaved array van de ADC, waardoor de elektrische belasting tot een minimum wordt beperkt en ultrasnelle sampling mogelijk is zonder dat dit ten koste gaat van de signaalintegriteit.

Nog kleiner en sneller

Voortbouwend op de ADC die dit jaar op de ISSCC werd gepresenteerd, is Imec al bezig met een doorontwikkeling naar een 3 nm-ontwerp en onderzoekt het de mogelijkheden voor 14 Ångstrom-ontwerpen. Daarmee zou dan ook de grens van 300 GS/s kunnen worden geslecht.