意外地鲜为人知的芯片间无线通信技术

        前些天，笔者曾有机会与庆应义塾大学开发层叠芯片间无线通信技术的教授黑田忠广交谈。黑田的研究小组就利用片上线圈间磁场耦合的无线通信技术，发表了多项研究成果。在6月份举行的“2010 Symposium on VLSI Circuits”上，发表了可凭借与双输入NAND门（扇出数为4）的工作能量几乎同等的10fJ/bit这一以超低能量进行无线通信的技术，吸引了众多关注的目光。该技术的惊人之处在于，无线传输1bit时的能量与一个逻辑门当量的驱动能量相同。

　　黑田指出，利用线圈间磁场耦合的无线通信技术不仅可降低功耗，而且还可降低成本。比如，在用于DRAM芯片的层叠时，与竞争技术TSV（硅贯通孔）相比，“可将每枚芯片的成本降低5～10％”（黑田）。而且数据传输速度也很快，能够在相当于芯片厚度的20～30μm的距离下以数Gbit/秒/通道的速度通信。听到这里，笔者不禁脱口问道：“那为何目前未得到采用？”，“有什么缺点吗？”

　　对于这些问题，黑田解释说：“尽管技术上的问题已经基本解决，但其知名度很低，所以未得到采用”。知名度低这一点让人略感意外。因为黑田曾在半导体电路技术国际会议“International Solid-State Circuits Conference（ISSCC）”上十数次发布过磁场耦合技术。“如果以为在ISSCC上发表过就众人皆知，那就错了。实际上，在苹果、高通、德州仪器及意法半导体等众多公司作介绍时，多数负责人都不知道”（黑田）。

　　但即便是知道，或许有很多企业因对无线这一点感到担心而无法下决心采用。进行使用TSV的DRAM开发的尔必达内存执行董事兼首席技术官安达隆郎表示：“黑田先生的技术虽然是有希望的候选项，但目前还是认为以有线连接来得可靠。”虽说如此，但TSV技术似乎也不保险，因为其存在随微细化而来的阻碍高速化的容量成分增加的大问题。因此，“将来也许需要将TSV和无线结合起来使用”（安达）。

　　在这种情况下，黑田展开了将层叠芯片间无线通信技术应用于非接触存储卡的尝试。由于是以无线方式连接存储芯片与主机芯片，因此通信距离会延长至层叠芯片时的约100倍（1～2mm），但只要相应加大线圈，使线圈和通信距离的几何学尺寸比相同，便可通信。黑田已经完成可在0.5～1mm的距离下以2.5Gbit/秒的速度传输数据的通信技术开发，在2010 Symposium on VLSI Circuits上，黑田又发表了不仅是数据，甚至连电力也可通过线圈来传输的技术。除了非接触存储卡之外，该技术还有望像医疗器械及汽车那样，用于连接旋转体的内部和外部。

　　这种芯片间的无线通信技术，似将将对今后的产品设计带来巨大影响。这是因为，如果芯片间能够以无线方式连接，便可大大简化封装形式，从而使产品设计的自由度得到飞跃性提高。