Новый приёмный фронтенд: 108 Гбит/с на PAM-8

Разработана передовая система приёмного фронтенда, способная обрабатывать сигналы PAM-8 со скоростью 108 Гбит/с. Эта инновационная разработка, созданная командой исследователей из Университета Ханьян (Южная Корея), открывает новые горизонты в высокоскоростной передаче данных.

Для достижения скоростей передачи данных, превышающих 100 Гбит/с, критически важны высокоуровневые сигналы PAM-8. Для сохранения превосходного соотношения сигнал/шум необходимы исключительно линейные приёмники. Исследователи под руководством господина Сангвана Ли и доктора Джедука Хана представили многопутевую архитектуру, которая значительно улучшает баланс между линейностью и энергопотреблением.

Эта новая высоколинейная система приёмного фронтенда, реализованная на базе 28-нм CMOS-технологии и оснащённая двухтактным эквалайзером прямой передачи (FFE), демонстрирует впечатляющую скорость передачи данных 108 Гбит/с. Система работает в диапазоне входных напряжений 1.4 Vppd, потребляет всего 210.8 мВт и обладает эффективностью 1.95 пДж/бит. Результаты этого исследования были представлены на IEEE Asian Solid-State Circuits Conference (A-SSCC).

«В данном исследовании мы максимально повысили как энергоэффективность, так и возможности обработки сигналов за счёт двух уникальных архитектур для обработки сигналов 'PAM-8', которые являются ключевыми для высокоскоростных коммуникаций нового поколения», — пояснил господин Ли.

Первое улучшение было достигнуто благодаря многопутевой архитектуре. Сигнальный тракт был разделен на несколько путей, каждый из которых обрабатывает свою часть общего динамического диапазона. Это позволило сократить количество необходимых слайсеров или семплеров, снизив нагрузку на конечный каскад и обеспечив высокую эффективность: линейность удвоилась при увеличении энергопотребления всего на 20%.

Вторым ключевым элементом является раздельный путь FFE, предназначенный для эффективной компенсации затухания сигнала в канале. Высокоскоростные сигналы подвержены значительному ослаблению, поэтому компенсация с помощью FFE крайне важна. Однако в традиционных приёмниках FFE вынужден обрабатывать сигналы с большим размахом, что приводит к их сжатию. Предложенная структура полностью отделяет путь FFE от основного, позволяя ему вычислять коэффициент компенсации на основе небольшого, ослабленного сигнала. Такой подход предотвращает сжатие и обеспечивает успешную компенсацию затухания даже при работе с сигналами большого амплитуды.

Эта технология готова к немедленному применению в качестве основного компонента инфраструктуры высокоскоростных сетей следующего поколения. Основные области применения включают центры обработки данных и кластеры искусственного интеллекта (ИИ), где ускорение связи между серверами необходимо для обучения масштабных моделей ИИ и обработки огромных массивов данных. Кроме того, технология найдет применение в сетевом оборудовании для систем 800G и 1.6T Ethernet.

Кроме того, данное исследование может способствовать ускорению вычислительных процессов в суперкомпьютерах, используемых в передовых научных исследованиях и симуляциях. В ближайшие 5-10 лет эта разработка станет основой для развития таких перспективных направлений, как более мощный и повсеместный ИИ, метавселенные, AR/VR, а также для создания более энергоэффективных центров обработки данных.

«Эта технология станет основой для более быстрых и доступных комплексных ИИ-сервисов, таких как перевод в реальном времени, передовая медицинская диагностика и системы автономного вождения. Предоставляя необходимую пропускную способность для иммерсивных виртуальных и дополненных реальностей, она поможет сделать бесшовный виртуальный мир реальностью. Наконец, поскольку мировой спрос на данные продолжает стремительно расти, наш энергоэффективный подход поможет снизить энергопотребление центров обработки данных, способствуя устойчивому технологическому развитию», — заключил доктор Хан.