Belgialaisessa mikroelektroniikan tutkimuskeskus IMECissä on kehitetty uudenlainen AD-muunninarkkitehtuuri, joka voi osoittautua läpimurroksi datakeskusten optisissa linkeissä. Niissä tarvitaan yhä suurempaa nopeutta, mutta samalla nykyiset SAR-muuntimet uhkaavat kasvaa epäkäytännöllisen suuriksi.
Uusi arkkitehtuuri esiteltiin IEEE:n ISSCC- eli International Solid-State Circuits Conferencessa. Se mahdollistaa erittäin suuren energiatehokkuuden, erittäin pienen sirukoon ja poikkeukselliset muunnosnopeudet. Arkkitehtuuri vastaa erinomaisesti datakeskusten räjähdysmäisesti kasvaviin datankäsittelyvaatimuksiin.
Tekoälymallien kouluttaminen vaatii massiivista laskentatehoa, pakottaen datakeskukset investoimaan yhä tehokkaampiin optisiin verkkoihin nopeaa, luotettavaa viestintää varten palvelimien, tallennuslaitteiden ja verkkolaitteiden välillä. Koska datakeskusten optisen viestinnän verkkojen on toimittava yhä nopeammin, niissä käytettyjen komponenttien koko ja virrankulutus uhkaavat kasvaa.
Optisten lähetinvastaanottimien kriittinen komponentti on SAR-muunnin (successive approximation register), joka sisältää kymmeniä rinnakkaisia nopeita kanavia. Kun näytteenottotaajuuksia skaalataan pitkälle yli sataan giganäytteeseen sekunnissa, SAR-tyyppisen muuntimen koko kasvaa, mikä johtaa pitkiin liitäntälinjoihin. Tästä seuraa parasiittisten ilmiöiden kasvu ja lopulta isot energiahäviöt.
IMEC:n tutkijoiden kehittämä uusi AD-muunnosarkkitehtuuri voittaa nämä rajoitukset. Tutkimustyötä johtaneen Joris Van Driesschen mukaan innovaatio hyödyntää paradigmaa, että hitaat, mutta äärimmäisen pienet kanavat mahdollistavat tehokkaamman muunnoksen. - Järjestämällä (paljon) näitä kanavia kaksiulotteiseen matriisiin väliyhteyslinjojen pituus minimoidaan ja parasiittisten kautta hukkuvan virran määrä vähenee. Tuloksena korkeampi tehotehokkuus ja skaalautuvuus voidaan saavuttaa, samalla merkittävästi pienentäen ADC:n pinta-alaa, Van Driessche kehuu.
IMECissä on valmistettu tottakai protopiiri, joka todentaa lupaukset. 16 nanometrin prosessissa valmistettu muunnin yltää 42 miljardiin näytteeseen sekunnissa. - Jopa suhteellisen maltillisella nopeudella 42GS/s lähestymistapamme edut ovat selvät. Muunnin vie piillä tilaa vain 0,07mm². Tämä on alle, puolet perinteisten SAR-muuntmien vaatimasta piialasta. Lisäksi piirin tehonkulutus 96 milliwattia on tähän asti paras, Joris Van Driessche sanoo.
Uuden ADC-arkkitehtuurin edut vain kasvavat, kun siirrytään korkeampiin nopeuksiin, yli 150 GS/s ja sen yli. Tällä hetkellä IMECIssä on valmistumassa 5 nanometrin protopiiri, joka yltää yli 150 miljardin näytteeseen sekunnissa erittäin alhaisella virrankulutuksella. Tutkimusryhmä on lisäksi jo aloittanut 2nm toteutuksen tutkimisen. Tässä projektissa tavoitteena on yltää yli 250GS/s näytteistykseen.
