JSSC 2023第4期Clocking & PLLs5nm

A 0297-pJBit 504-GbsWire Inverter-Based Short-Reach Simultaneous Bi-Directional

5nm CMOS工艺下基于逆变器的短距离双向通信物理层，实现50.4Gb/s/线速率和0.297pJ/bit能效。

5nm CMOS, 750mV, 50.4Gb/s/wire, 0.297pJ/bit, 1.2mm片上通道

双向通信硅中介层能效优化芯片间互联CMOS物理层

▸创新点1：时钟前传的逆变器架构（电路创新） - 采用时钟前传技术结合逆变器架构，显著降低了信号传输延迟和功耗，在5nm CMOS工艺下实现0.297pJ/bit的超低能耗，适用于高频短距离通信场景。

▸创新点2：同时双向信号传输(SBD)（系统创新） - 通过创新的同时双向信号传输技术，在单根线缆上实现双向数据传输，带宽利用率提升100%（50.4Gb/s/wire），相比传统PAM4方案具有更优的能效比。

▸创新点3：硅中介层高密度互连优化（方法创新） - 针对硅中介层特性优化信号完整性和串扰抑制方案，在1.2mm片上通道实现750mV低电压驱动，为chiplet系统提供可靠的物理层解决方案。

▸创新点4：混合信号处理架构（电路创新） - 结合数字时钟恢复与模拟均衡技术，在保持逆变器简单结构的同时有效补偿通道损耗，支持25.2Gb/s/direction的高速数据传输。

Abstract

This article presents a clock-forwarded, inverter- based short-reach simultaneous bi-directional (ISR-SBD) physical layer (PHY) targeted for die-to-die communication over silicon interposers or similar high-density interconnect. Short-reach links of this type are increasingly important to support larger systems built with chiplets and multiple die and to facilitate the shift to medium- and long-range optical communication based on silicon photonics. This project explores the advan- tages of simu