Группа ученых из Института Хайнца Никсдорфа при Падерборнском университете в Германии создала кремний-германиевый чип, который достиг рекордного сочетания скорости дискретизации и пропускной способности в схеме типа track-and-hold. Это один из ключевых компонентов современных систем обработки сигналов, который отвечает за преобразование аналоговых сигналов в цифровые. Об этом пишет Interestingengineering.
Смотрите также Производство чипов стремительно дорожает – как это повлияет на пользователей
Как новый чип может изменить передачу данных?
Разработку создали в рамках проекта PACE. По словам исследователей, это самый высокий показатель комбинированной скорости выборки и пропускной способности, который когда-либо демонстрировали для подобных систем.
Проще говоря, чип способен "захватывать" чрезвычайно быстрые сигналы и мгновенно переводить их в цифровой формат для дальнейшей обработки. Именно такая функция лежит в основе современных телекоммуникационных систем, облачной инфраструктуры, серверов и систем искусственного интеллекта, где нужно работать с огромными потоками информации в реальном времени.
Команда сообщила, что система способна передавать более 500 гигабит данных в секунду в одном канале при использовании квадратурной амплитудной модуляции. В многоканальных конфигурациях скорость потенциально может превысить 100 терабит в секунду. Такой уровень производительности особенно важен для магистральных сетей связи и будущих центров обработки данных.
Одной из ключевых особенностей разработки стало использование кремний-германиевой технологии. Она позволяет увеличить скорость переключения транзисторов и одновременно уменьшить энергопотребление. Это критически важно для систем нового поколения – от сетей 5G и 6G до автономного транспорта, промышленных сенсоров и инфраструктуры искусственного интеллекта.
Исследователи отмечают, что современные аналого-цифровые преобразователи на базе кремния уже работают на очень высоких скоростях. Однако одновременное улучшение и скорости дискретизации, и пропускной способности длительное время оставалось сложной технической проблемой. Именно на оптимизации этих двух параметров и сосредоточилась команда.
"Трансиверы являются своеобразными "послами" между аналоговым и цифровым миром. Они выполняют две функции одновременно: передают цифровые данные и принимают информацию извне", – объяснил научный сотрудник проекта Максим Вайцель.
Высокая пропускная способность напрямую влияет на эффективность серверов, дата-центров и сетевого оборудования. Например, быстрые сетевые карты могут существенно повысить производительность облачных систем и ускорить работу сервисов искусственного интеллекта.
Отдельным вызовом для команды стали измерения на столь высоких частотах. Исследователи объясняют, что даже минимальные погрешности могут вызвать фазовые шумы или искажения сигнала.
"Мы работали с чрезвычайно высокими частотами, а это требует максимальной точности. Даже малейшие ошибки вызывали нежелательные отражения или так называемый фазовый шум", – отметил Вайцель.
Для проверки работы чипа команда использовала сложные симуляции и высокопроизводительные вычислительные системы. По словам авторов, производительность нового чипа оказалась настолько высокой, что приблизилась к пределам возможностей современного измерительного оборудования.
Вайцель также подчеркнул, что в эпоху искусственного интеллекта скорость становится стратегическим преимуществом. Большие языковые модели, обработка данных в реальном времени и облачные сервисы требуют все более быстрой инфраструктуры.
Как пишет Electronics for u, разработка также демонстрирует растущую роль растущей роли новых полупроводниковых материалов. Кремний-германий сочетает простоту производства кремния с улучшенными электронными характеристиками, что делает его перспективным для будущих поколений процессоров и телекоммуникационных систем.
В проекте также принимали участие исследователи из RWTH Aachen University, Karlsruhe Institute of Technology и немецкого научного центра DESY.