24、高速电子系统的新希望：RSFQ技术深度剖析

高速电子系统的新希望：RSFQ技术深度剖析

1. 引言

随着射频与数字领域的融合，电子行业亟需全新策略来推动创新应用的发展。部署100+ GHz的混合信号系统将引发电信和计算机领域的革命，以下几个领域将从中受益：
- 无线通信行业 ：数字通信对带宽的需求无止境，未来的数据转换器和数字信号处理器需大幅提升性能，以满足政府、企业和消费者的连接需求。
- 国防/政府市场 ：军事和政府追求“事半功倍”，促使多功能、动态可重构系统的部署。这些系统依赖灵活、超高速的数字技术，将取代、整合和扩展现有雷达、电子战等专用模拟系统的能力。
- 超级计算机业务 ：气象预测、自然资源非侵入式地球物理勘探、全球经济建模、密集数据挖掘等应用对计算能力的需求已超出了现代超级计算机和网络的能力。因此，需要更快的处理能力、超低延迟的内存和超高吞吐量的网络交换机。

传统三端半导体晶体管器件要实现小尺寸专用集成电路（ASIC）约100 Gb/s的吞吐量，截止频率fmax需接近1 THz，这已接近半导体物理特性的极限。而且，半导体材料和器件的创新速度大幅放缓，未来五年内器件速度几乎不会有提升。量子计算、DNA和分子计算等超前沿技术，最早要到本世纪中叶才可能实现范式转变。为维持电子行业的历史性能增长，必须找到并培育一种可扩展、能解决器件速度和互连延迟问题的全新集成电路技术，同时要考虑成本。基于低温超导体的快速单磁通量子（RSFQ）技术或许是答案。

RSFQ逻辑是一种集成电路技术，有望超越传统硅和III - V族化合物半导体的性能。亚微米RSFQ静态数字分频器集成电路已在大学实验室