科創(chuàng)太赫茲研究中心 編譯

加利福尼亞州斯科特谷的一家只有12名員工的小公司最近發(fā)布了一項(xiàng)新的技術(shù)--半導(dǎo)體時(shí)鐘,它能大幅度削減預(yù)算功率并且為太赫茲時(shí)鐘頻率的電路開辟了一片天地。

今年下半年，斯達(dá)普公司（Startup MultiGig Inc.）將發(fā)布這樣一批運(yùn)用旋轉(zhuǎn)傳播波振蕩器時(shí)鐘方案的模擬和復(fù)合信號(hào)產(chǎn)品。但是要取代現(xiàn)有的大部分?jǐn)?shù)字電路這一時(shí)鐘技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，公司還面臨著很多困難。

斯達(dá)普公司（Startup MultiGig Inc.）的首席經(jīng)理哈里斯巴思特說到，“這種技術(shù)比使用傳統(tǒng)的振蕩回路或者環(huán)形回路振蕩器和時(shí)鐘樹或者網(wǎng)的方法要優(yōu)越，它本質(zhì)上是發(fā)送了一個(gè)脈沖在像Mobius線圈一樣背對(duì)著自身擰起來的差速傳輸線上。這個(gè)環(huán)線制傳輸線在電路板上的金屬連接層運(yùn)行并且不需要任何苛刻的印制板工藝或處理步驟,所以生產(chǎn)成本增長能保持在最小值。

配對(duì)反向的變極器于回路以保持脈沖的強(qiáng)度系數(shù), 就像手紡織輪子。路線的長度決定周期。例如,對(duì)一個(gè)在180納米CMOS中6GHz旋轉(zhuǎn)波回路來說,這個(gè)回路的物理面積是0.35 mm²。

“它幾乎就像一個(gè)永恒運(yùn)動(dòng)的機(jī)器;你啟動(dòng)它,然后它保持著運(yùn)行。” 加利福尼亞州圣何塞市加特那數(shù)據(jù)咨詢中心的信號(hào)分析專家斯帝芬沃談到：“這種旋轉(zhuǎn)波工藝僅消耗了很小一部分傳統(tǒng)時(shí)鐘方案所需要的功率,因此它看起來就像是自給自足的。”

按照斯達(dá)普公司（Startup MultiGig Inc.）的說法,這項(xiàng)技術(shù)支持了減少驅(qū)動(dòng)微處理器的時(shí)鐘所需的動(dòng)態(tài)功率80%的可能(即為原來的1/5). Basit記錄了一個(gè)千兆赫級(jí)別, 1.2伏特,以130納米工藝制作的CPU僅在時(shí)鐘功能上就可以浪費(fèi)18瓦特。

在它第一次模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換上,MultiGig將會(huì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有4個(gè)部分的物理回路.回路的任何一點(diǎn)都可以設(shè)置開關(guān)來獲得4個(gè)支路任一條的使用權(quán)。

“我們已經(jīng)設(shè)置了多達(dá)512個(gè)狀態(tài)開關(guān)來中斷一個(gè)時(shí)鐘,并且它們非常精確。”巴斯特說,“所以我們知道可以開始認(rèn)真考慮將亞微微秒狀態(tài)和太赫茲頻率同步脈沖電路有力的應(yīng)用于高速數(shù)字和復(fù)合信號(hào)產(chǎn)品中,比如A/D和D/A轉(zhuǎn)換器。”據(jù)公司稱,這項(xiàng)技術(shù)能推進(jìn)下一代連續(xù)I/O和雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展,并且它已經(jīng)引起了美國政府對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)可能的應(yīng)用的興趣。

斯達(dá)普公司（Startup MultiGig Inc.）憑借和比如爵士半導(dǎo)體鑄造廠(紐坡特海灘市,加利福尼亞州)的合作已經(jīng)完成了CMOS,雙極的和硅絕緣體制板以及砷化鎵模擬設(shè)備上的測試電路。“這項(xiàng)技術(shù)的基本原理已經(jīng)很好的驗(yàn)證測試過。”巴斯特，這位曾在IBM研發(fā)中心, Bell實(shí)驗(yàn)室, Rockwell和美國國防部遠(yuǎn)景計(jì)劃處管理研究項(xiàng)目的專家進(jìn)一步談到。

重寫規(guī)則

“這項(xiàng)時(shí)鐘技術(shù)讓你重新思考怎樣設(shè)計(jì)很多電路,就像一部全新的規(guī)則手冊。”巴斯特補(bǔ)充到.然而新奇也意味著道路上的一個(gè)障礙。

“它是一項(xiàng)耀眼的技術(shù),” 加利福尼亞州圣何塞市加特那數(shù)據(jù)咨詢中心的信號(hào)分析專家斯帝芬沃說到,“并且它在時(shí)鐘市場能產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,在那Gartner每年擲出十億而且增加著,尤其當(dāng)像智能和與之類似的工具的上品增加到多樣化。問題是你怎樣實(shí)現(xiàn)它。”

“這迫使設(shè)計(jì)者嘗試不同的方法,并且他們對(duì)此的抗拒一直存在著。你將不得不逼工程師們把這個(gè)設(shè)計(jì)到他們的電路中。那很浪費(fèi)時(shí)間—在這項(xiàng)技術(shù)使用在數(shù)字硅體上至少兩年的時(shí)間。” 斯帝芬沃估計(jì)道.

例如,當(dāng)旋轉(zhuǎn)波振蕩器被認(rèn)為不比傳統(tǒng)時(shí)鐘在硅體領(lǐng)域應(yīng)用得廣泛甚至于可能更少些,那么在電路圖上它需要新的思考。“它就像在芯片外圍建立了一條新的跑道。” 斯帝芬沃繼續(xù)說到。

“在數(shù)字應(yīng)用中,大概每個(gè)頂部兩個(gè)金屬層的15%將被本公司的時(shí)鐘利用,但是較少的線路被用作功率配送。” 巴斯特說,“我們希望在大部分的數(shù)字應(yīng)用中,這些區(qū)域沒有影響。”