中国半导体十大研究进展候选推荐（2020-037）——基于部分码元延迟FFE的50-112Gb/s PAM-4发射机

1

工作简介

         ——基于部分码元延迟FFE的50-112Gb/s PAM-4发射机

基于四电平调制（PAM4）高速串行接口芯片是新一代400GbE数据中心、高性能计算和光通信网络的核心部件，其传输速率和功耗效率决定了整个互连网的数据吞吐能力和能量消耗，是学术界和产业界重点研究的领域。随着单通道数据速率从56 Gb/s向112 Gb/s的快速提升，PAM4调制高速串行接口面临的均衡能力不足、带宽受限、功耗预算紧张等挑战日益严峻，成为亟需突破的核心技术难题。

中国科学院微电子研究所高频高压中心的郑旭强、刘新宇研究员等在理论分析眼图张开与信道带宽关系的基础上，提出了基于部分码元延迟的前向反馈均衡器（FFE），实现了超越奈奎斯特频率的信道均衡，扩展了现存均衡技术的频域补偿范围。芯片实现中通过调整部分码元系数提供了均衡设计频域补偿范围的新自由度，通过采用线性度优化的FFE驱动器、带宽扩展的4:1合路器、动态锁存器等技术基于65nm CMOS工艺实现了112 Gb/s的超高速数据输出，在提供了一种新的均衡方案的同时，验证了在低阶工艺节点实现的超高速PAM4调制数据传输的可行性。测试结果表明新提出的部分码元延迟FFE可有效加快时域转换沿、优化眼图宽度和眼皮厚度，112 Gb/s的眼图张开在垂直和水平方向分别为60 mV和0.32 UI，功耗效率为2.17 pJ/bit，综合指标优于采用类似工艺实现的PAM4发射机。

图1. 50~112Gb/s PAM4调制发射机的结构框图与芯片照片。

图2. 50~112Gb/s PAM4调制发射机的测试环境与测试眼图。

相关研究成果于2020年5月13日以“A 50–112-Gb/s PAM-4 Transmitter With a Fractional-Spaced FFE in 65-nm CMOS”为题发表于《IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS》（ Vol. 55, no. 7, pp.1864-1876, July 2020），郑旭强研究员为第一作者、通讯作者，刘新宇研究员为共同通讯作者。

2

主要作者简介

第一作者、通讯作者郑旭强，中科院微电子研究所研究员，硕士生导师。

2018年从英国林肯大学计算机科学专业获博士学位，2010年至2015年在清华大学微纳电子系工作，2018年加入中科院微电子所高频高压中心。长期从事高速串行接口和高速模拟数字转化器的研究，当前核心工作集中在10~32 Gb/s NRZ调制高速串行接口的应用研究和56~112 Gb/s PAM4调制高速串行接口的样品研制。主持科技部重点研发计划、自然科学基金及横向研发等项目。近年来在 JSSC、TCAS-I、TCAS-II、CICC、ESSCIR等国际知名期刊和会议发表论文 20 余篇，授权专利 9 项。担任 JSSC、TCAS-I等期刊的评审工作。

通讯作者刘新宇，中科院微电子研究所研究员，博士生导师。

2000年从中国科学院微电子研究所微电子专业获博士学位。专注于微波功率芯片及超高速芯片研制，承担国家01/02/03专项、973项目（首席科学家）、中科院先导C专项、基础加强项目、国家自然基金重点项目等，突破1200-3300V高电流密度SiC功率器件核心工艺，协助中国中车实现首条6英寸SiC芯片线产品导入，代表性芯片应用于轨道交通等重点民生工程，获北京市科技发明二等奖；牵头超高速AD/DA芯片研制，实现部分型号在大唐移动等终端应用验证及批量供货。迄今在ACS AM&I，IEDM，JSSC等国际权威期刊和会议上发表论文60余篇，受理专利50余项。

3

原文传递

详情请点击论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9085349

《半导体学报》简介：

《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。2020年，JOS被EI收录。

“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：

《半导体学报》在创刊四十年之际，启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：[e-mail]，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。

JOSarXiv预发布平台简介：

半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。

JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！

半导体学报微信公众号

长按二维码关注获得更多信息