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清大團隊開發「PAM-4傳收機」 晶片傳輸更快、功耗更低
【記者王良博／台北報導】晶片是AI時代下的重要技術，大廠及學研機構均大力研發，在國科會支持下，清大電機系副教授彭朋瑞領軍研究團體，開發出「四階脈衝振幅調變（Pulse Amplitude Modulation, PAM-4）傳收機」，讓晶片的傳輸速度更快，且功耗更低，是晶片的一大突破。
國科會今（13）日舉行學術成果記者會，介紹這項「四階脈衝振幅調變（PAM-4）傳收機」，這是在國科會「關鍵新興晶片設計研發計畫」支持下，由清大電機系副教授彭朋瑞、謝秉璇、電子工程研究所副教授劉怡君及國研院台灣半導體研究中心林銘偉博士組成研究團隊所開發。
彭朋瑞說明，傳統透過電子傳輸資料，是以銅導線為主要傳輸媒介，但面臨頻寬受限、高耗能與高延遲的瓶頸，而矽光⼦是⼀種將光整合進矽晶片，⽤光⼦取代電流傳遞訊號的技術，不僅大幅提升運算效能，更解決散熱痛點，是下世代高速資料中心與通訊發展的最關鍵技術。
彭朋瑞表示，在矽光子傳輸技術當中，傳統上使用插拔式（Pluggable）光模組，這是目前資料中心和網路通訊中廣泛使用的光電轉換元件，允許設備在運作狀態下直接插入或拆除，實現光纖與網路交換器間的連接，而另一種「共同封裝光學（CPO）」則是將光學晶片（傳輸光訊號）與電子晶片（例如邏輯晶片），直接封裝在同⼀個基板上，此一「四階脈衝振幅調變（PAM-4）傳收機」就是結合CPO模組，達到傳輸效率更佳且功耗更低的目標，單通道傳輸速率可達100Gb/s。
彭朋瑞指出，「四階脈衝振幅調變（PAM-4）傳收機」透過將傳送訊號，由傳統2種振幅提升至4種不同可能的振幅輸出，以提高訊號承載資訊量，進而有效提升資料傳輸速率，然而，為準確解調4種不同振幅訊號，接收端電路架構相對複雜，因此，團隊提出創新的PAM-4接收機設計，核心概念是善用低解析度類比數位轉換器，實現高速資料的取樣與解調。
他也提到，此技術能有效降低整體功率消耗，相較於國外各大高速晶片公司於100Gb/s傳輸率下，大多使用7奈米（nm）以下的製程，此技術可在28奈米（nm）的成熟製程，即能實現性能相當的傳收機電路，這是全球首創。林銘偉則補充，7奈米製程的晶片，價格約為28奈米的10倍，成本高出許多。
至於此項技術的應用，彭朋瑞說，此技術已取得6件美國發明專利及8件中華民國發明專利，並衍生多件產學合作計畫，其中，此一創新技術能幫助成熟製程晶片的應用提升，達到接近先進製程晶片的效能，且對先進製程晶片而言，也有助於電路設計的改進，達到更低功耗的效果。
