桂小琰教授团队在集成电路设计顶级期刊JSSC发表高速有线收发芯片重要研究成果
- 发布时间：
- 2026-01-16
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- 桂小琰教授团队在集成电路设计顶级期刊JSSC发表高速有线收发芯片重要研究成果
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近日，桂小琰教授团队在固态电路领域国际顶级期刊《IEEE Journal of Solid-State Circuits》（《IEEE固态电路学报》）上发表了题为"A Low-Latency 200-Gb/s PAM-4 Heterogeneous Transceiver for Retimed Pluggable Optics"的研究论文。该成果曾首发于集成电路设计领域 “芯片奥林匹克大会” 2025 ISSCC，该工作发表后受到了学术界与工业界的广泛关注，随后该研究成果长文投稿至JSSC详述其核心理论、设计方法与实验验证，目前已在线发表。这也是我校首个同时在ISSCC和JSSC上发表的工作。
JSSC论文页面
ISSCC报告封面
背景
宽带有线通信技术是支撑人工智能数据中心(AI-DC)的关键技术。电互连和光互连技术在AI-DC应用中呈现出高数据率、大带宽和光电融合的发展趋势，推动核心高速有线通信SerDes接口芯片迈向单通道200G的数据传输速率。在单通道100G的数据传输速率下，为了降低应用于数据中心的可插拔光收发器的总成本和功耗，业界开始使用线性驱动可插拔光模块（Linear-Drive Pluggable Optics, LPO），避免使用重定时器(Retimer)以及数字信号处理器（Digital Signal Processer, DSP），完全依赖交换机中专用集成电路（Application-Specific Integrated Circuit, ASIC）的DSP进行信号处理和信道均衡，因此，LPO在单通道100G的数据传输应用中在功耗方面具有极大的优势。然而，随着单通道传输数据速率翻倍，即使是极短距（Very Short Reach, VSR）传输通道的信道损耗也会增加约14dB，此时，仅靠ASIC中的DSP无法实现对应的信道损耗补偿，因而LPO方案在实现单通道200G的数据传输应用中受到了极大的挑战。而对于传统的重定时方案（Retimed Pluggable Optics, RPO），可插拔光模块中集成有DSP，能够应对具有约30dB插入损耗的VSR信道。但这会导致重定时方案具有极大的数据延迟，而这与AI训练和推理等应用场景所要求的极低延迟相违背。
主要内容及亮点
桂小琰教授团队针对上述两种解决方案的问题提出一种用于可插拔光模块的新型异质集成单通道200G收发机芯片组架构，该架构通过将SiGe工艺设计的超高速模拟复用器/解复用器芯片（Analog Multiplexer/Demultiplexer, AMUX/ADEMUX）以及基于CMOS工艺实现的高速SerDes收发芯片异质集成在光模块中，在光传输侧实现单通道200G数据传输速率，同时由于电传输侧依旧是单通道100G数据速率传输，因此电收发侧并不会受到信道损耗随数据速率翻倍而加剧的影响。除此之外，由于所提出的异质集成收发机采用的是混合信号架构而非DAC/ADC架构，因此该异质集成单通道200G RPO方案能够实现更低的数据延迟，同时与传统重定时解决方案相比具有相似的能效比。对于传统重定时方案而言，系统延时为65-70ps左右，系统能效比为11.5pJ/bit，其中ASIC SerDes为5pJ/bit，光模块中SerDes为3.5pJ/bit，光数字信号处理器（Optical Digital Signal Processor, ODSP）为3pJ/bit。而所提出的异质集成RPO方案，系统延时小于10ns，系统能效比为10.75pJ/bit，其中ASIC SerDes为4pJ/bit，光模块中SerDes为2pJ/bit（发射机为0.92pJ/bit，接收机为1.08pJ/bit），AMUX/ADEMUX为4.75pJ/bit（AMUX为2.4pJ/bit，ADEMUX为2.35pJ/bit）。
本成果也是全球首款面向单通道 200Gb/s PAM-4收发器的异质共封装SerDes解决方案，可实现10.75pJ/b的最优系统能效，以及小于10纳秒的最优系统延时。
本研究得到了国家自然科学基金面上项目(62174132)的资助。
论文信息：Ka'nan Wang*, Renjie Tang*, Shuyi Xiang, Haoran Yang, Yuyan Lv, Mengyuan Guo, Yu Su, Chenyao Cao, Yukun He, Zhouchi Duan and Xiaoyan Gui, "A Low-Latency 200-Gb/s PAM-4 Heterogeneous Transceiver for Retimed Pluggable Optics", Early Access, IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2026.