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1 工作简介 移动互联网和云计算带来不断增长的大数据需求,而超大规模数据中心和高性能计算机依赖光互连硬件的支撑。应对光模块对于高带宽、小尺寸和高密度的要求,其核心光电收发芯片的发展趋势是低功耗和高集成度。硅基光电子在CMOS兼容工艺中集成高速电路、光路和光电器件,特别是基于新结构硅光子器件协同设计高速CMOS电路,可有效提升带宽密度和能耗效率。 中国科学院半导体研究所祁楠团队,联合武汉国家信息光电子创新中心肖希团队,设计并展示了一款高速硅光通信发射机芯片,通过平面键合形式将CMOS驱动与硅光调制器芯片集成,实现了PAM4调制下单波长50Gb/s的光信号输出。该项工作针对2:1双段式硅光行波调制器协同设计,创新的提出分布式限幅驱动和数字时钟门控的电光匹配技术;将PAM4多幅值调制从电子域转移到光子域,克服了CMOS电路电压摆幅低、模拟线性度差的难题。该芯片还集成25 GBaud/s PAM4 CDR,恢复数据并优化抖动性能。经测试,驱动芯片在25 Gb/s实现差分4VPP摆幅电压输出,均方根抖动小于1.4 ps;光电集成后,发射机实现50 Gb/s清晰光眼图输出,并充分消除因电光失配带来的PAM4眼图失真。 图1. 硅光集成发射机芯片照片。 图2. 芯片照片及实测50Gb/s PAM4光眼图。 该研究成果在2020年5月以“A 50-Gb/s PAM4 Si-Photonic Transmitter With Digital-Assisted Distributed Driver and Integrated CDR in 40-nm CMOS”为题发表在IEEE Journal of Solid-State Cirsuits (JSSC)上。论文第一作者为博士研究生廖启文,祁楠研究员为通讯作者。 2 主要作者简介 2016年于西安交通大学获得电子工程学士学位。主要研究方向为应用于硅光子、串行高速通信的高速收发集成电路设计。 2013年获清华大学工学博士,随后在美国俄勒冈州立大学、惠普实验室工作。2016年加入半导体所、半导体超晶格国家重点实验室,工作至今。近年来主要从事光纤通信高速集成电路、硅基光电集成芯片的研究。祁楠博士在OFC、JSSC等国际会议与期刊发表论文60余篇,获美国专利3项。 3 原文传递
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