带有SRR调制器和SPP互连的CMOS次太赫兹片上通信

本研究论文的标题为“带有SRR调制器和SPP互连的CMOS次太赫兹片上通信”，文章探讨了在片上集成的次太赫兹（sub-terahertz，sub-THz）通信系统中，使用互补金属氧化物半导体（CMOS）技术结合两种新型超材料器件：分裂环谐振器（Split Ring Resonator，SRR）调制器和表面等离子体波导（Surface Plasmon Polariton，SPP）互连。该研究突破了140GHz的操作频率，为未来的片上通信系统提供了低串扰和低辐射损耗的解决方案。 研究内容涵盖了在传输线（T-line）引入亚波长周期性凹槽结构，以建立表面波的传播，这是SPP互连的关键技术之一。这一结构的设计可以实现强局域化的表面波传播，从而大幅降低相邻SPPT线间的串扰。此外，通过将两个SRR单元进行反向堆叠，实现了基于SRR的调制器，该调制器展现出了作为磁性超材料的特性，实现了在次太赫兹频段上23dB的消光比，显著降低了辐射损耗。 在研究的介绍部分，作者强调了未来高性能计算机对于片上通信的高带宽需求，指出数据传输速率需要达到数十Gbps的量级，且由于该区域超宽带宽的利用，载波频率已被推进至太赫兹频段。虽然CMOS技术已在毫米波和太赫兹收发器构建块中得到报道，但能量效率、有限的信道带宽和热耗散限制等挑战将对提高能量效率带来严格限制。 在部分揭示的内容中，作者指出，相比于光学I/O链路的光子片上通信，太赫兹I/O链路的所有组件都可以在CMOS中实现。但研究也表明，多通道I/O收发器可以利用更大的带宽，这是CMOS技术在该频段应用的一个重要方向。 这项研究提出了两种基于CMOS的创新技术，即SRR调制器和SPP互连，它们在提高片上通信性能方面显示出巨大潜力。SRR调制器通过特殊的单元堆叠设计，形成了磁性超材料，有效降低了辐射损耗，并通过其高消光比为太赫兹通信提供了一种新的调制方案。而SPP互连利用周期性凹槽结构在T线上创建了强局域化表面波传播，显著减少了相邻互连之间的串扰，这对于构建高密度集成的片上通信系统至关重要。研究不仅为CMOS次太赫兹片上通信技术的未来发展提供了重要的理论和技术支持，而且对于推动未来高性能计算和通信系统的片上集成具有重要意义。