Исследователи из Paderborn University представили кремний-германиевую интегральную схему нового поколения, способную обрабатывать данные со скоростью более 500 Гбит/с на один канал и свыше 100 Тбит/с в многоканальной конфигурации. Разработка стала продолжением работ над сверхбыстрыми системами выборки и хранения данных и может существенно повлиять на архитектуру будущих телекоммуникационных и вычислительных платформ.
Ключевым элементом технологии стал переход от традиционного кремния к кремний-германиевым (SiGe) структурам. Добавление германия повышает подвижность носителей заряда и снижает энергопотребление транзисторов, что особенно важно для высокочастотных схем, работающих в диапазонах 5G и перспективных сетей 6G. В отличие от классических кремниевых АЦП, где увеличение частоты выборки обычно ухудшает полосу пропускания, новая архитектура позволяет одновременно улучшить оба параметра.
В основе решения лежит сверхскоростной блок «выборка-хранение» — узел, который кратковременно фиксирует значение аналогового сигнала для его последующего преобразования в цифровую форму. Именно этот этап становится критическим при обработке сигналов на экстремально высоких частотах. Использование SiGe позволило минимизировать шумы и искажения при сохранении высокой точности.
Проект создавался в рамках программы PACE, ориентированной на разработку сверхширокополосных аналого-цифровых преобразователей. Для достижения рекордных скоростей инженеры применили квадратурную амплитудную модуляцию (QAM), используемую в современных высокоскоростных каналах связи. В одноканальном режиме система уже преодолевает рубеж 500 Гбит/с, а масштабирование на множество каналов открывает путь к производительности более 100 Тбит/с — уровню, востребованному в магистральных сетях связи, дата-центрах и инфраструктуре ИИ.
Фактически речь идет о попытке преодолеть фундаментальные ограничения традиционного кремния в области сверхбыстрой электроники. Если ранее кремний оставался безальтернативной платформой благодаря зрелости производства и низкой стоимости, то теперь кремний-германий начинает рассматриваться как промежуточный этап между обычной CMOS-логикой и более дорогими III-V полупроводниками вроде арсенида галлия или фосфида индия.
Параллельно развивается и оптическая инфраструктура. Японская Nippon Telegraph and Telephone (NTT) недавно представила многожильное оптоволокно MCF, в котором под одной оболочкой размещены сразу четыре независимых световода. Такая конструкция позволяет кратно увеличить пропускную способность каналов передачи данных и хорошо сочетается с развитием сверхскоростных электронных интерфейсов вроде новой SiGe-схемы.
Совокупность этих технологий показывает, что отрасль уже движется к инфраструктуре, где скорости передачи будут измеряться не десятками, а сотнями терабит в секунду.