无线电需缩至20纳米以下吗？

2016年国际固态电路会议电子工程2：我们的无线电需要缩小到20纳米以下吗？

60 2017年冬季 IEEE固态电路杂志
2016年2月国际固态电路会议举办了一场晚间活动“我们的无线电是否需要缩小到20纳米以下？”，汇集了来自学术界和工业界的顶尖代表。该专题讨论会探讨了在深度微缩的金属氧化物半导体（CMOS）工艺节点中进行模拟和射频（RF）电路设计的重要问题。同时，讨论会也质疑了在低于20纳米的工艺节点中采用单芯片无线电的合理性，原因在于模拟和射频性能下降以及单位面积技术成本的增加。小组成员包括来自模拟器件公司的托尼·蒙塔尔沃、联发科的简·乔治、imec研究所的亚伦·田、三星的赵东源、隆德大学的彼得罗·安德烈亚尼以及哥伦比亚大学的彼得·金格特。

Cho认为，CMOS射频设计正变得越来越数字化，例如采用无源混频器、电流模式接收机、数字锁相环和逐次逼近寄存器型模数转换器等技术。尽管射频设计将利用20纳米以下的CMOS节点，需要新的架构来应对鳍式场效应晶体管（FinFET）的不稳定性。

西奥的演讲阐明了这些变化，包括改进的电压增益和匹配性能，但栅漏电容以及寄生源极、漏极和栅极电阻有所下降。他还提出了三维集成技术作为一种针对特定应用定制工艺的方法，并讨论了相关的成本问题。钱的演讲包含了基于FinFET设计的有趣定量数据，包括晶体管I‐V特性、跨导与漏极电流之比、跨导与漏导之比、失配测量，以及CMOS技术缩放经济效益的数据。

Montalvo的演讲主张向新的CMOS工艺节点缩放，并探讨了模拟器件公司目前在蜂窝基站中使用的架构和需求。为了在缩放的CMOS中管理开发成本，提高可重构性以同时支持多种标准、频段和频率至关重要，这一点非常关键。Andreani的演讲则带有更幽默的色彩。Andreani认为向20纳米以下工艺节点缩放是不可避免的。他简要评论说，此类工艺节点将促使设计人员重新思考模拟射频基带设计，而时域信号处理是一个强有力的候选方向。

Kinget讨论了最近开发的新型电路设计技术，这些技术能够在缩放的CMOS中实现模拟和射频设计。他强调了学术界在使用20纳米以下CMOS节点时面临的挑战，包括成本增加、技术获取困难以及学生近期倾向于追逐热门话题和趋势，而非模拟电路设计。

演讲者发言结束后，进行了热烈的观众问答环节。该专题讨论会受到观众的广泛好评，被誉为技术信息特别丰富。
—哈里什·克里希纳斯瓦米 —扬·克兰宁克斯 —金泰伍

2016年国际固态电路会议电子工程4：尤里卡！2000年代固态电路设计的最佳时刻

数字对象标识符 10.1109/MSSC.2016.2623097 出版日期：2017年1月23日
数字对象标识符 10.1109/MSSC.2016.2623118 出版日期：2017年1月23日

Eureka! 指的是突然理解先前难以理解的问题或概念的经历，就像古希腊阿基米德踏入浴缸时的故事那样。这样的“尤里卡！”时刻在集成电路设计过程中也会出现，但人们可能会怀疑这些产生的想法是否同样有效。它们对固态电路领域有影响吗？2016年2月2日，在国际固态电路会议（ISSCC）的晚间会议上，“尤里卡！最精彩的时刻”“2000年代固态电路设计的精彩时刻”研讨会上，来自电源转换、数字时钟生成、毫米波（mm‐wave）、无线、生物医学片上系统（SoC）和有线系统的领先专家们带来了精彩的演讲，讨论了技术上的重大突破。

2016年国际固态电路会议电子工程4：尤里卡！2000年代固态电路设计的最佳时刻
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IEEE固态电路杂志 2017年冬季 61

2000年代及相关“顿悟”时刻。本场会议由清华大学（北京，中国）的柳宇根和荷兰恩斯赫德特温特大学的埃里克·克莱姆佩林克组织。主持人是美国洛杉矶南加州大学的侯赛因·哈希米。panelists 包括：美国加利福尼亚大学伯克利分校的塞思·R·桑德斯；爱尔兰都柏林大学学院的 R. Bogdan Staszewski；美国加利福尼亚州帕萨迪纳加州理工学院的阿里·哈吉米里；荷兰恩斯赫德特温特大学的布兰姆·瑙塔；韩国大田韩国科学技术院的俞镐俊；以及美国俄勒冈州英特尔公司的布莱恩·卡斯珀。

强大的电源转换与管理

“世纪之交见证了个人计算平台从台式机到笔记本电脑再到智能手机的转变，以及后端云数据管理和处理的发展，” 桑德斯说。他描述了行业如何逐步从用于电源输送的模拟连续时间分立元件实现，发展到完全集成的电源管理解决方案。他概述了一些成功的负载线调节技术，包括可嵌入芯片一角的数字脉宽调制技术。一个重要的尤里卡！发现是，电容器的能量密度可能比电感器高出多达1000倍，例如采用深沟槽技术时。

是时候使用数字射频处理了

Staszewski 认为，是时候全面采用数字方式实现时钟生成和射频（RF）处理了。Staszewski 的尤里卡！时刻与为蓝牙和全球移动通信系统应用开发全数字锁相环（ADPLL）有关。这种 ADPLL 包含一个带有可数字切换电容阵列的模拟 LC振荡器，以调节谐振/振荡频率。一个关键的尤里卡！时刻是意识到数量级仅为 1aF 的极小电容并不可行，因为这相当于少于一个电子。相反，电容值的抖动式 sigma‐delta 调制被证明是有效的。使用反相器和触发器链实现具有 5–20 皮秒分辨率的时间到数字转换，并通过数字化校准消除时序误差，是关键的突破。

硅基毫米波现已登场

哈吉米里讨论了毫米波-硅技术的最新进展。他不仅回顾过去，还着眼于未来。他指出，如今芯片上的晶体管数量已经超过了地球上的总人口，并且与地球上的人不同，这些晶体管全部都能正常工作。这一说法引来了观众会心一笑。Hajimiri 强调，我们有无数种可能性来利用这支“一群小鼠”，而具有大量单元的相控阵便是其中之一。他简要回顾了分布式压控振荡器（VCO）、尝试在天线端进行数字化等创新技术，并举例说明我们目前已实现 60 GHz 12×12相控阵，同时也在探索光学相控阵。Hajimiri 鼓励听众创造性地思考能够制造什么，例如打印各种材料的任意结构。他表示，根据他的经验，成功未必源于顿悟时刻，而更可能是具有非线性步骤的演进过程。哈吉米里给听众留下了一个启示——“创新是一个混乱的过程，充满了无数的死胡同。继续前进，不要指望它是一条直线。”

智能收发器能否智胜干扰源？

诺塔描述了他是如何在意识到一个简单的CMOS反相器可以被视为一个没有内部节点的跨导器（即实现带宽近乎无限的电压‐电流转换）时，获得了关键的顿悟时刻。他追溯了自己的发明起源，展示了原始实验记录本的副本，其中包含一些最终被废弃的想法。例如，由于锁存不稳定问题。一天，在特文特的一个游泳池中，诺塔突然灵光一现——六晶体管“诺塔跨导器”（后来由皮耶罗·安德烈阿尼命名的术语）。该电路被用于爱立信早期版本的蓝牙收发器，并逐渐成为高线性度软件定义无线电接收机中的主要工作单元。

2016年国际固态电路会议电子工程3：调查说！

数字对象标识符 10.1109/MSSC.2016.2623119 出版日期：2017年1月23日

在2016年国际固态电路会议（ISSCC）期间，2月2日举行了一场晚间活动，在一天紧张的技术报告会后为与会者带来了轻松愉快的娱乐。“调查说！”这一活动模仿了美国游戏节目家庭对抗赛的形式。现场设有两支队伍（在观众协助下），竞相回答调查问题中最受欢迎的答案，而此次ISSCC特别之处在于，这些问题均与数据转换器相关。

这两个团队由世界知名的数据转换器专家组成，包括赵成焕（韩国科学技术院）、马尔科·科尔西（德州仪器）、迈克尔·弗林（密歇根大学）、哈尔梅·德格鲁特（imec研究所）、佛朗哥·马拉贝尔蒂（帕维亚大学）、大岛孝（日立公司）、David Robertson（模拟器件公司）和贝扎德·拉扎维（加州大学洛杉矶分校），并由克里斯·曼格尔茨多夫出色地主持了此次专题讨论。

生物医学SoC在你的体内焕发活力

由于家庭原因，尤（Yoo）很遗憾无法亲自出席，但幸运的是，杰拉尔德·尤（Jerald Yoo）能够代为发言。尤讨论了集成电路技术的发展如何为我们带来了计算、通信，以及现在的医疗保健应用。他谈到了体域通信，以及将传感器与手机连接的重要性。然而，通过天线进行的射频通信由于射频波在人体内的吸收问题，远非理想的解决方案。尤的尤里卡！顿悟时刻出现在他发现这一问题在较低的MHz频段表现要好得多。随后开发了一套系统，并计划在1990年代的ISSCC上进行演示。不幸的是，硬件失败了，后来发现这是由于当时常见的许多对讲机设备带来的干扰所致。这激发了跳频等减少干扰的技术发展和发明。尤还提到了织物上的芯片这一热门话题，指出其中仍存在诸多挑战。

I/O链路，要串行化！

卡斯珀讨论了串行输入/输出（I/O）收发器领域的开创性工作。尽管此前的预测远不乐观，但该领域的复合年均增长率实际上高达18%。卡斯珀表示，许多重新发明推动了这一巨大增长。他列出的一些顿悟时刻包括发射机预加重技术、符号‐符号最小均方自适应、时钟恢复创新以及自测试和自校准技术。他详细讨论了其中几项，并进行了论证。成功有三个关键要素：1）强有力的导师，2）广泛的技术视野，以及3）尝试新事物的自由。

会议主持人哈希米提出了问题，同时也对听众进行了投票调查——可能阿基米德会很高兴看到，大多数与会者选择了浴缸！那么，你的尤里卡！时刻出现在哪里？
—阿比拉·森古普塔 —吕宇根 —埃里克·克莱姆佩林克

“调查说！”晚间会议引发了观众成员的阵阵笑声。曼格尔施特罗夫作为“Survey Says!”的主持人，令观众眼前一亮。调查说！包含了关于数据转换器的问题。
—艾莉森·伯迪特