科創太赫茲研究中心 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布了一項新的技術--半導體時鐘,它能大幅度削減預算功率并且為太赫茲時鐘頻率的電路開辟了一片天地。

今年下半年，斯達普公司（Startup MultiGig Inc.）將發布這樣一批運用旋轉傳播波振蕩器時鐘方案的模擬和復合信號產品。但是要取代現有的大部分數字電路這一時鐘技術方法，實現這個目標，公司還面臨著很多困難。

斯達普公司（Startup MultiGig Inc.）的首席經理哈里斯巴思特說到，“這種技術比使用傳統的振蕩回路或者環形回路振蕩器和時鐘樹或者網的方法要優越，它本質上是發送了一個脈沖在像Mobius線圈一樣背對著自身擰起來的差速傳輸線上。這個環線制傳輸線在電路板上的金屬連接層運行并且不需要任何苛刻的印制板工藝或處理步驟,所以生產成本增長能保持在最小值。

配對反向的變極器于回路以保持脈沖的強度系數, 就像手紡織輪子。路線的長度決定周期。例如,對一個在180納米CMOS中6GHz旋轉波回路來說,這個回路的物理面積是0.35 mm²。

“它幾乎就像一個永恒運動的機器;你啟動它,然后它保持著運行。” 加利福尼亞州圣何塞市加特那數據咨詢中心的信號分析專家斯帝芬沃談到：“這種旋轉波工藝僅消耗了很小一部分傳統時鐘方案所需要的功率,因此它看起來就像是自給自足的。”

按照斯達普公司（Startup MultiGig Inc.）的說法,這項技術支持了減少驅動微處理器的時鐘所需的動態功率80%的可能(即為原來的1/5). Basit記錄了一個千兆赫級別, 1.2伏特,以130納米工藝制作的CPU僅在時鐘功能上就可以浪費18瓦特。

在它第一次模擬到數字的轉換上,MultiGig將會實現一個具有4個部分的物理回路.回路的任何一點都可以設置開關來獲得4個支路任一條的使用權。

“我們已經設置了多達512個狀態開關來中斷一個時鐘,并且它們非常精確。”巴斯特說,“所以我們知道可以開始認真考慮將亞微微秒狀態和太赫茲頻率同步脈沖電路有力的應用于高速數字和復合信號產品中,比如A/D和D/A轉換器。”據公司稱,這項技術能推進下一代連續I/O和雷達系統的發展,并且它已經引起了美國政府對超級計算機可能的應用的興趣。

斯達普公司（Startup MultiGig Inc.）憑借和比如爵士半導體鑄造廠(紐坡特海灘市,加利福尼亞州)的合作已經完成了CMOS,雙極的和硅絕緣體制板以及砷化鎵模擬設備上的測試電路。“這項技術的基本原理已經很好的驗證測試過。”巴斯特，這位曾在IBM研發中心, Bell實驗室, Rockwell和美國國防部遠景計劃處管理研究項目的專家進一步談到。

重寫規則

“這項時鐘技術讓你重新思考怎樣設計很多電路,就像一部全新的規則手冊。”巴斯特補充到.然而新奇也意味著道路上的一個障礙。

“它是一項耀眼的技術,” 加利福尼亞州圣何塞市加特那數據咨詢中心的信號分析專家斯帝芬沃說到,“并且它在時鐘市場能產生深遠的影響,在那Gartner每年擲出十億而且增加著,尤其當像智能和與之類似的工具的上品增加到多樣化。問題是你怎樣實現它。”

“這迫使設計者嘗試不同的方法,并且他們對此的抗拒一直存在著。你將不得不逼工程師們把這個設計到他們的電路中。那很浪費時間—在這項技術使用在數字硅體上至少兩年的時間。” 斯帝芬沃估計道.

例如,當旋轉波振蕩器被認為不比傳統時鐘在硅體領域應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。” 斯帝芬沃繼續說到。

“在數字應用中,大概每個頂部兩個金屬層的15%將被本公司的時鐘利用,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字應用中,這些區域沒有影響。”