硅锗芯片，创纪录

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随着人工智能、云计算和下一代网络推动电子系统以更少的延迟传输更多信息，德国帕德博恩大学海因茨·尼克斯多夫研究所的研究人员开发了一种硅锗芯片，该芯片创造了将极快信号转换为可用数字数据的世界纪录。

在计算机能够存储、传输或分析信息之前，必须先捕获承载信息的不断变化的电信号，以捕捉其可读的瞬间——随着数据传输速度加快，系统试图一次性发送更多数据，这一基本功能变得越来越困难。

在现代通信硬件中，这项工作依赖于能够短暂地保持这些信号静止足够长的电路，以便系统将它们转换成计算机、服务器和网络所要处理的 1 和 0。

那一刻，跟踪保持电路发挥了作用。它是硬件中一个虽小但至关重要的部件，使高速网络、云系统和人工智能基础设施能够跟上海量数据的流动。

为了使信号保持步骤足够快，以处理更大的数据流，帕德博恩大学的研究人员开发了一种硅锗芯片，该芯片在采样率和带宽方面创造了世界纪录，通过允许每个信号一次携带更多信息（一种称为正交幅度调制的方法），在单个通道中每秒处理超过 500 吉比特的数据。

简而言之，这款芯片旨在保持极高传输速度信号的可读性。500Gbps 的传输速度意味着一个通道每秒可以传输大约两到三部完整的 4K 电影的数据量，而实现如此高速传输的技术则允许每个信号同时承载多层信息。

该芯片利用了一种半导体组合，将硅的制造工艺成熟度与锗支持更快电子性能的能力相结合，使研究人员能够在不像传统设计那样大幅提高能耗的情况下提高速度。

对于帕德博恩团队来说，目标不仅仅是让电路运行得更快，而是让它在更宽的信号范围内运行得更快，从而解决硅基转换器长期以来面临的挑战，这些转换器已经在接近极限速度的情况下运行。

每次数据在计算机和外部世界之间传输时，该信号都必须通过能够发送数字信息、接收传入信号并保持双向畅通的硬件。

“收发器可以说是模拟信号和数字信号之间的‘使者’。它们兼具两种功能：既可以发送数字数据，也可以接收来自外部的数据，”参与该项目的研究员马克西姆·魏泽尔说道。

通过提高电路捕获信号的频率和一次处理信号量的能力，研究人员展示了能够支持更快的数据传输的硬件，这些数据传输可以通过服务器、云系统、数据中心、高速传感器、5G 和 6G 系统、自动驾驶汽车和远程通信网络进行。

将电路推到这些速度也使得芯片难以测试，因为使结果显著的极端频率几乎没有给测量设置留下任何误差空间。

“我们使用的频率极高，这就要求精度极高，”魏泽尔说。“即使是最小的误差也会导致干扰性反射，也就是所谓的相位噪声。”

为了检验设计，研究人员使用了先进的模拟和高性能计算资源，最终芯片的性能足以将现有的测量系统推向极限。

“尤其是在人工智能领域，高速发展成为一种竞争优势，”魏泽尔说。

尽管单通道结果超过了每秒 500 吉比特，但该团队表示，基于相同方法的多通道系统可以超过每秒 100 太比特，这一规模与通过多个通道传输大量数据的长距离网络和大型计算系统相关。

这项工作仍处于研究阶段，其目标是为下一代数据密集型系统构建信号处理硬件，届时人工智能、云计算和先进的通信网络将需要传输更大的信息流，而不会损失速度或清晰度。

*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。

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