Kioxia, ESSCIRC 2022에서 56-Gbps PAM4 신호를 송수신할 수 있는 트랜시버를 개발

Tokyo- 메모리 솔루션의 세계적 선도업체인 Kioxia Corporation은 9월 22일 ESSCIRC 2022(IEEE European Solid-State Circuits Conference 2022)에서 56-Gbps PAM4 신호를 송수신할 수 있는 트랜시버를 개발했다고 발표했습니다.

최근에는 데이터 센터와 같은 더 높은 전송 속도와 용량을 포함하는 네트워크 인프라를 위해 기존의 NRZ 대신 PAM4(다중 레벨 변조 방식 중 하나) 가 고속 통신이 채용되기 시작하고 있습니다. 그러나 PAM4를 사용하면 클럭 복구가 실패할 수 있으며 그 결과 잘못된 클럭 신호로 인해 수신기 성능이 심각하게 저하될 수 있습니다.

이러한 기술적 문제를 해결하기 위해 Kioxia는 클럭 오인식을 회피하는 기술을 개발했습니다. Kioxia는 MEC(모바일 에지 컴퓨팅) 서버용 고대역폭 대용량 메모리 모듈에 이 false-lock-aware 잠금 기술을 적용할 것입니다.

이 개발은 NEDO(New Energy and Industrial Technology Development Organization)에서 의뢰한 프로젝트를 기반으로 합니다.

그림 1 16nm-FinFET 기술을 사용한 트랜시버의 칩 현미경 사진.　©2022 IEEE^(*7)

최근 5G(5세대 모바일 통신 시스템), IoT 및 기타 기술의 광범위한 채택으로 인해 고속 데이터 통신에 대한 수요가 증가했습니다. 데이터 센터와 같은 네트워크 내 인프라의 전송 속도 및 용량 확장을 위해 기존 NRZ^(*2) 대신 다중 레벨 변조 방법 중 하나인 PAM4^(*1) 이 사용되기 시작했습니다. 클럭 신호의 속도는 종래의 CDR^(*4)회로에 대한 데이터 신호의 변조 속도^(*3)의 2배입니다. 그러나 현재 고속 CDR의 소비 전력을 줄이기 위해 클럭 속도가 변조 속도와 동일한 보 레이트 CDR 회로가 사용되고 있습니다. 불행히도, PAM4 수신기에서 전송 속도 CDR을 사용하면 때때로 클럭 복구가 실패하고 수신기의 성능이 심각하게 저하됩니다.

이 문제를 해결하기 위해 NEDO와 Kioxia는 함께 올바른 클럭 복구 기법을 개발했습니다. 먼저, 비교기^(*5)는 올바른 클럭 회수를 달성하기 위해 NRZ 모드에서 작동하며, 그 후 비교기는 PAM4 모드로 업데이트됩니다. 56-Gbps PAM4 트랜시버^(*6)는 16nm FinFET 기술을 사용하여 제조되며(그림 1), 개발된 기술은 제조된 트랜시버의 측정을 통해 검증됩니다.

Kioxia는 IEEE European Solid-State Circuits Conference 2022(ESSCIRC 2022)에서 이러한 개발을 발표했으며, 이 컨퍼런스는 9월 22일^(*7)이탈리아 밀라노에서 개최되었습니다.
 

종래의 전송 속도 CDR 회로에서, 클럭 신호는 PAM4 신호의 전체 전이로서 데이터 0 및 3 사이의 특정 전이를 오해한 결과로서 때때로 잘못된 잠금 지점에서 잠깁니다.(도 2).

그림 2 전송 속도 CDR 회로의 잘못된 잠금 문제 ©2022 IEEE^(*7)

NEDO와 Kioxia는 PAM4 신호가 입력되더라도 비교기^(*6)가 NRZ 모드에서 작동될 때 클럭 신호가 올바른 지점에서 잠긴다는 것을 발견했습니다. 따라서 NRZ 모드에서 비교기를 사용하면 잘못된 잠금 문제를 피할 수 있습니다. 비교기는 먼저 NRZ 모드에서 작동한 다음 이퀄라이저, 가변 이득 증폭기 및 비교기의 매개변수를 적응적으로 제어합니다. 다음으로, PAM4 입력 신호에서 클럭 신호가 성공적으로 복구됩니다. 그 후, 비교기를 PAM4 모드로 변경하고 이퀄라이저 및 비교기의 파라미터를 다시 최적화하고 클럭 신호를 적절히 조정합니다.(그림 3).

제조된 수신기를 측정할 때 56-Gbps PAM4 신호가 송신기에서 생성된 다음 외부 케이블을 통해 수신기에 입력됩니다. 제안된 false-lock-aware 잠금 기술을 사용하면 처음에는 클럭 신호가 잘못된 잠금 지점에서 잠긴 경우에도 PAM4 신호가 올바르게 수신됩니다(그림 4).

그림 3 제안된 false-lock-aware 잠금 기술

그림 4 false-lock-aware 기법에 대한 측정 결과 ©2022 IEEE ^(*7)

Kioxia는 데이지 체인 트랜시버^(*8)를 사용하는 고대역폭 대용량 메모리 모듈에 이 false-lock-aware 잠금 기술을 적용할 것입니다. NEDO의 프로젝트에서 40W 미만의 전력 소비, 5TB 이상의 메모리 용량 및 64GB/s 이상의 대역폭을 목표로 개발되고 있습니다.

5G MEC 서버^(*9)에서 빅데이터 분석을 위해 이러한 메모리 모듈을 사용함으로써IoT와 같은 산업의 디지털화를 기대할 수 있습니다.