基于四电平调制（PAM4）高速串行接口芯片是新一代400GbE数据中心、高性能计算和光通信网络的核心部件，其传输速率和功耗效率决定了整个互连网的数据吞吐能力和能量消耗，是学术界和产业界重点研究的领域。随着单通道数据速率从56 Gb/s向112 Gb/s的快速提升，PAM4调制高速串行接口面临的均衡能力不足、带宽受限、功耗预算紧张等挑战日益严峻，成为亟需突破的核心技术难题。
中国科学院微电子研究所高频高压中心的郑旭强、刘新宇研究员等在理论分析眼图张开与信道带宽关系的基础上，提出了基于部分码元延迟的前向反馈均衡器（FFE），实现了超越奈奎斯特频率的信道均衡，扩展了现存均衡技术的频域补偿范围。芯片实现中通过调整部分码元系数提供了均衡设计频域补偿范围的新自由度，通过采用线性度优化的FFE驱动器、带宽扩展的4:1合路器、动态锁存器等技术基于65nm CMOS工艺实现了112 Gb/s的超高速数据输出，在提供了一种新的均衡方案的同时，验证了在低阶工艺节点实现的超高速PAM4调制数据传输的可行性。测试结果表明新提出的部分码元延迟FFE可有效加快时域转换沿、优化眼图宽度和眼皮厚度，112 Gb/s的眼图张开在垂直和水平方向分别为60 mV和0.32 UI，功耗效率为2.17 pJ/bit，综合指标优于采用类似工艺实现的PAM4发射机。

图1. 50~112Gb/s PAM4调制发射机的结构框图与芯片照片。

图2. 50~112Gb/s PAM4调制发射机的测试环境与测试眼图。
相关研究成果于2020年5月13日以“A 50–112-Gb/s PAM-4 Transmitter With a Fractional-Spaced FFE in 65-nm CMOS”为题发表于《IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS》（ Vol. 55, no. 7, pp.1864-1876, July 2020），郑旭强研究员为第一作者、通讯作者，刘新宇研究员为共同通讯作者。
论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9085349