Das Projekt EuRISCOSi Ultraschneller RISC-basierter Operationsknoten in bipolarer SiGe-Technologie

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Technische Hochschule Brandenburg

Das BMBF-geförderte Projekt EuRISCOSi soll unter anderem eine Standardzellen-Bibliothek für Taktfrequenzen bis 35GHz hervorbringen. Ziel ist der Entwurf von ultraschnellen ASICs für die Digitaltechnik. Technologische Basis sind SiGe-Transistoren mit Transitfrequenzen bis 500GHz.

Ziel des Projekts EuRISCOSi ist eine deutliche Beschleunigung technischer Abläufe in Systemen zur Informationserfassung, -verarbeitung, -speicherung und -übertragung. Dies soll durch die Entwicklung ultraschneller Operationsknoten erreicht werden, die gegenüber den aktuellen Chips in CMOS-Technologien bis zu zehnfach schnellere Arbeitsgeschwindigkeiten bewältigen.

Wissenschaftlich-technisches Ziel ist die Erarbeitung einer Entwicklungsplattform für Systemkomponenten, die mit Taktfrequenzen bis zu 35GHz eigenständig oder in der Peripherie eines Prozessorkerns arbeiten können und die weit über die Echtzeit-Fähigkeiten von bekannten Bausteinen in der meist verwendeten CMOS-Technik hinausgehen. Eine solche Entwicklungsplattform ermöglicht es, digitale Systeme für sehr hohe Taktfrequenzen zu entwerfen.

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Auf der diesjährigen Hannover Messe zeigte die Technische Hochschule Brandenburg (THB) den Prototyp eines speziellen Signalgenerators, der zur Synthese beliebiger Signalformen verwendbar ist. Er besteht im Wesentlichen aus einem PLL-stabilisierten Taktgenerator für den Frequenzbereich von 2 bis 10 GHz, einem RAM-Speicherblock, der mit eben diesen Taktfrequenzen abgerufen werden kann, und einem 8-Bit-DAC für die analoge Signalausgabe.

Der vorgestellte ASIC trägt die Bezeichnung RAMDAC und ist als prototypisches Beispiel im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts EuRISCOSi zu verstehen, in dem es unter anderem um den Entwurf einer praktikablen Standardzellen-Bibliothek für Taktfrequenzen bis 35GHz geht. Möglich wird dies durch den Einsatz der innovativen SiGe-Technologie SG13S der IHP GmbH aus Frankfurt/Oder.

Das Kürzel EuRISCOSi wurde aus dem Titel „Erweiterbarer ultraschneller RISC- basierter Operationsknoten mit bipolarer SiGe-Technologie“ abgeleitet. Dieser Titel soll aufzeigen, dass gegen Ende des Projekts Strukturen bis hin zu einfachen Prozessorarchitekturen mit reduzierten Befehlssätzen entwickelt werden sollen.

Gatter-Verzögerungszeiten von 6ps und Taktfrequenzen bis 35GHz

Ebenso wurde mit dem Titel zum Ausdruck gebracht, dass für die Schaltfunktionen bipolare Transistoren zum Einsatz kommen. Denn nur so lassen sich Gatter-Verzögerungszeiten herab bis zu 6ps und Taktfrequenzen bis zu 35GHz erreichen. Zur Veranschaulichung: Eine Signalverzögerung von 6ps entsteht bereits, wenn ein Signal über eine 1,2mm lange typische elektrische Leitung transportiert wird!

Schaltgeschwindigkeiten der genannten Größenordnung sind in den Marktüblichen CMOS-Techniken nicht mehr erreichbar. Deshalb wurde im vorgestellten Projekt auf die ECL/CML-Technik zurückgegriffen und eine Library mit dem Namen Common_ECL ins Leben gerufen. Die hierin verwendeten Transistoren in der SiGe-Technologie weisen Transitfrequenzen bis zu 500GHz auf.

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