Almanya’daki bilim insanları, ultra hızlı sinyal işlemede kilit bir bileşen olan izle ve tut (track-and-hold) devresinde dünyanın en yüksek birleşik örnekleme hızına ve bant genişliğine ulaşan yeni bir silisyum-germanyum çip geliştirdi. Bu ilerleme; iletişim sistemleri, YZ ve bulut altyapısında verilerin işlenme biçimini iyileştirebilir.
PACE projesi kapsamında Paderborn Üniversitesi bünyesindeki Heinz Nixdorf Enstitüsü tarafından yürütülen bu çalışma, analog sinyalleri dijital verilere dönüştürmenin temel bir bileşeni olan track-and-hold devresinde şimdiye kadar gösterilen en yüksek örnekleme hızı ve bant genişliği kombinasyonunu sundu.
Basitçe ifade etmek gerekirse çip, son derece hızlı değişen sinyalleri yakalıyor ve bunları işlenmek üzere dijital forma dönüştürüyor. Söz konusu işlev, sistemlerin devasa miktardaki veriyi gerçek zamanlı olarak işlemesi gereken modern elektronikte kritik bir rol oynuyor.
Araştırma ekibi, sistemin karesel genlik modülasyonu kullanarak tek bir kanalda saniyede 500 gigabitten fazla veri işleyebildiğini bildirdi. Çok kanallı kurulumlarda ise veri hızı, uzun mesafeli iletişim ağları için önemli bir seviye olan saniyede 100 terabiti aşabilir.
Daha Hızlı Veri, Daha Düşük Enerji
Yeni tasarım, enerji tüketimini azaltırken daha hızlı anahtarlama hızlarına olanak tanıyan silisyum-germanyum teknolojisini kullanıyor. Bu kombinasyon; 5G ve 6G ağları, otonom araçlar ve yüksek hızlı sensörler gibi yeni nesil uygulamalar için büyük önem taşıyor.
Silisyum tabanlı analog-dijital dönüştürücüler zaten son derece yüksek hızlarda çalışıyor ancak bant genişliğini ve örnekleme hızını aynı anda artırmak teknik bir zorluk teşkil ediyordu. Araştırmacılar, toplam sistem performansını artırmak amacıyla her iki parametreyi de optimize etmeye odaklandı.
Projede yer alan araştırmacı Maxim Weizel, “Telsiz alıcı-vericiler (transceivers), analog ve dijital arasında bir nevi ‘elçidir’. Hem dijital veri gönderme hem de dışarıdan veri alma işlevlerini birleştirirler.” açıklamasını yaptı.
Daha yüksek bant genişliği, daha az sürede daha fazla verinin iletilmesini sağlıyor ve bu durum sunuculardaki, bulut sistemlerindeki ve veri merkezlerindeki performansı doğrudan etkiliyor. Örneğin, yüksek bant genişliğine sahip ağ kartları toplam sistem verimliliğini önemli ölçüde artırabilir.
Ölçüm Sınırlarını Daha da Zorlamak
Ekip, bu kadar yüksek frekanslarda performans ölçümü yaparken de zorluklarla karşılaştı. Küçük hatalar bile faz gürültüsüne veya sinyal bozulmasına yol açarak hassas testleri zorlaştırabiliyor.
Weizel, “Son derece yüksek frekanslarla çalıştık, bu da son derece yüksek hassasiyet gerektiriyor.” dedi ve ekledi: “En küçük hatalar bile bozucu yansımalara veya faz gürültüsü denilen durumlara neden oldu.”
Bunu aşmak için araştırmacılar, tasarımlarını doğrulamak amacıyla gelişmiş simülasyonlara ve yüksek performanslı hesaplama kaynaklarına güvendi. Çipin performansı, mevcut ölçüm sistemlerini sınırlarına kadar zorlayacak kadar güçlüydü.
Büyük veri setlerinin ve gerçek zamanlı iletişimin daha hızlı işlem gerektirdiğini belirten Weizel, “Özellikle YZ bağlamında, yüksek hız rekabet avantajı haline geliyor.” ifadelerini de kullandı.
Bu gelişme ayrıca, bilişim sınırlarını zorlamada gelişmiş yarı iletken malzemelerin artan rolünü vurguluyor. Silisyum-germanyum, silikonun üretilebilirliğini gelişmiş elektronik performansla birleştirerek onu yeni nesil çipler için cazip kılıyor. Daha hızlı veri işleme talebi arttıkça bu tür hibrit malzemeler, gelecekteki iletişim ve bilişim sistemlerini ölçeklendirmede merkezi bir rol oynayabilir.
Proje; RWTH Aachen Üniversite, Karlsruhe Institute of Technology ve DESY dahil olmak üzere birçok kurum arasındaki iş birliğini içeriyor.
Sonuçlar,“Electronic-Photonic Integrated Systems for Ultrafast Signal Processing” isimli açık erişimli kitapta belgelendi.
Kaynak: https://interestingengineering.com/energy/silicon-germanium-chip-500-gbps-world-record
