Développement de procédés technologiques pour une intégration 3D monolithique de dispositifs nanoélectroniques sur CMOS

Résumé : Le transistor monoélectronique (SET) est un dispositif nanoélectronique très attractif à cause de son ultra-basse consommation d’énergie et sa forte densité d’intégration, mais il n’a pas les capacités suffisantes pour pouvoir remplacer complètement la technologie CMOS. Cependant, la combinaison de la technologie SET avec celle du CMOS est une voie intéressante puisqu’elle permet de profiter des forces de chacune, afin d’obtenir des circuits avec des fonctionnalités additionnelles et uniques. Cette thèse porte sur l’intégration 3D monolithique de nanodispositifs dans le back-end-of-line (BEOL) d’une puce CMOS. Cette approche permet d’obtenir des circuits hybrides et de donner une valeur ajoutée aux puces CMOS actuelles sans altérer le procédé de fabrication du niveau des transistors MOS. L’étude se base sur le procédé nanodamascène classique développé à l’UdeS qui a permis la fabrication de dispositifs nanoélectroniques sur un substrat de SiO2. Ce document présente les travaux réalisés sur l’optimisation du procédé de fabrication nanodamascène, afin de le rendre compatible avec le BEOL de circuits CMOS. Des procédés de gravure plasma adaptés à la fabrication de nanostructures métalliques et diélectriques sont ainsi développés. Le nouveau procédé nanodamascène inverse a permis de fabriquer des jonctions MIM et des SET métalliques sur une couche de SiO2. Les caractérisations électriques de MIM et de SET formés avec des jonctions TiN/Al2O3 ont permis de démontrer la présence de pièges dans les jonctions et la fonctionnalité d’un SET à basse température (1,5 K). Le transfert de ce procédé sur CMOS et le procédé d’interconnexions verticales sont aussi développés par la suite. Finalement, un circuit 3D composé d’un nanofil de titane connecté verticalement à un transistor MOS est réalisé et caractérisé avec succès. Les résultats obtenus lors de cette thèse permettent de valider la possibilité de co-intégrer verticalement des dispositifs nanoélectroniques avec une technologie CMOS, en utilisant un procédé de fabrication compatible.

Corporate Social Responsibility no sector bancário

Vivemos num mundo globalizado onde as exigências são diversas e constantemente presentes. É impossível analisar a área social, económica ou ambiental de forma isolada. A visão que relaciona o mundo empresarial com a sociedade e que lhe reconhece obrigações e responsabilidades para com a mesma não é nova e tem vindo a obter uma importância e visibilidade crescentes. O conceito corporate social responsibility (CSR) tem sido objecto de grande enfoque, sobretudo desde os anos cinquenta do século passado. Todavia, este conceito não tem permanecido inalterado com o passar do tempo. Desde a referida década até à actualidade verifica-se um desenvolvimento notório da definição de CSR, das suas vertentes, do binómio mundo empresarial e social e de alguns conceitos conexos como sejam corporate citizenship, business ethics e sustainability. Actualmente a maioria da doutrina que versa sobre o tema aceita, de forma pacífica, que o mundo empresarial não se pode fechar sobre si próprio pretendendo alcançar ganhos e visibilidade demitindo-se da responsabilidade para com a sociedade onde se encontra inserido. Compreende-se que a interligação entre a esfera económica, social e ambiental permite às empresas diversos benefícios, nomeadamente a viabilização de projectos a longo prazo, prestígio, notoriedade e a vantagem competitiva face às suas concorrentes. O objectivo do presente trabalho é demonstrar a evolução do conceito de CSR, nas suas várias vertentes, o impacto e os benefícios decorrentes das actuações empresarias compatíveis com este conceito e verificar, no que ao sector bancário respeita, se os clientes destas instituições conhecem os projectos sociais, pelas mesmas desenvolvidos e se a realização destes projectos possuem impacto na relação cliente/banco.

Minimizar o sobrecusto da redução da capacidade de interligação com recurso ao counter-trading

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de energia

STRUCTURAL ANALYSIS OF RIBOSOME BINDING ELEMENTS OF THE 3´ UTR IN TWO POSITIVE-STRAND PLANT RNA VIRUSES

Turnip crinkle virus (TCV) and Pea enation mosaic virus (PEMV) are two positive (+)-strand RNA viruses that are used to investigate the regulation of translation and replication due to their small size and simple genomes. Both viruses contain cap-independent translation elements (CITEs) within their 3´ untranslated regions (UTRs) that fold into tRNA-shaped structures (TSS) according to nuclear magnetic resonance and small angle x-ray scattering analysis (TCV) and computational prediction (PEMV). Specifically, the TCV TSS can directly associate with ribosomes and participates in RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) binding. The PEMV kissing-loop TSS (kl-TSS) can simultaneously bind to ribosomes and associate with the 5´ UTR of the viral genome. Mutational analysis and chemical structure probing methods provide great insight into the function and secondary structure of the two 3´ CITEs. However, lack of 3-D structural information has limited our understanding of their functional dynamics. Here, I report the folding dynamics for the TCV TSS using optical tweezers (OT), a single molecule technique. My study of the unfolding/folding pathways for the TCV TSS has provided an unexpected unfolding pathway, confirmed the presence of Ψ3 and hairpin elements, and suggested an interconnection between the hairpins and pseudoknots. In addition, this study has demonstrated the importance of the adjacent upstream adenylate-rich sequence for the formation of H4a/Ψ3 along with the contribution of magnesium to the stability of the TCV TSS. In my second project, I report on the structural analysis of the PEMV kl-TSS using NMR and SAXS. This study has re-confirmed the base-pair pattern for the PEMV kl-TSS and the proposed interaction of the PEMV kl-TSS with its interacting partner, hairpin 5H2. The molecular envelope of the kl-TSS built from SAXS analysis suggests the kl-TSS has two functional conformations, one of which has a different shape from the previously predicted tRNA-shaped form. Along with applying biophysical methods to study the structural folding dynamics of RNAs, I have also developed a technique that improves the production of large quantities of recombinant RNAs in vivo for NMR study. In this project, I report using the wild-type and mutant E.coli strains to produce cost-effective, site-specific labeled, recombinant RNAs. This technique was validated with four representative RNAs of different sizes and complexity to produce milligram amounts of RNAs. The benefit of using site-specific labeled RNAs made from E.coli was demonstrated with several NMR techniques.

Garbage collection optimization for non uniform memory access architectures

Cache-coherent non uniform memory access (ccNUMA) architecture is a standard design pattern for contemporary multicore processors, and future generations of architectures are likely to be NUMA. NUMA architectures create new challenges for managed runtime systems. Memory-intensive applications use the system’s distributed memory banks to allocate data, and the automatic memory manager collects garbage left in these memory banks. The garbage collector may need to access remote memory banks, which entails access latency overhead and potential bandwidth saturation for the interconnection between memory banks. This dissertation makes five significant contributions to garbage collection on NUMA systems, with a case study implementation using the Hotspot Java Virtual Machine. It empirically studies data locality for a Stop-The-World garbage collector when tracing connected objects in NUMA heaps. First, it identifies a locality richness which exists naturally in connected objects that contain a root object and its reachable set— ‘rooted sub-graphs’. Second, this dissertation leverages the locality characteristic of rooted sub-graphs to develop a new NUMA-aware garbage collection mechanism. A garbage collector thread processes a local root and its reachable set, which is likely to have a large number of objects in the same NUMA node. Third, a garbage collector thread steals references from sibling threads that run on the same NUMA node to improve data locality. This research evaluates the new NUMA-aware garbage collector using seven benchmarks of an established real-world DaCapo benchmark suite. In addition, evaluation involves a widely used SPECjbb benchmark and Neo4J graph database Java benchmark, as well as an artificial benchmark. The results of the NUMA-aware garbage collector on a multi-hop NUMA architecture show an average of 15% performance improvement. Furthermore, this performance gain is shown to be as a result of an improved NUMA memory access in a ccNUMA system. Fourth, the existing Hotspot JVM adaptive policy for configuring the number of garbage collection threads is shown to be suboptimal for current NUMA machines. The policy uses outdated assumptions and it generates a constant thread count. In fact, the Hotspot JVM still uses this policy in the production version. This research shows that the optimal number of garbage collection threads is application-specific and configuring the optimal number of garbage collection threads yields better collection throughput than the default policy. Fifth, this dissertation designs and implements a runtime technique, which involves heuristics from dynamic collection behavior to calculate an optimal number of garbage collector threads for each collection cycle. The results show an average of 21% improvements to the garbage collection performance for DaCapo benchmarks.

Otimização dos sistemas biológicos e melhorias nos tratamentos da ETARI da Refinaria de Matosinhos

A Refinaria de Matosinhos é um dos complexos industriais da Galp Energia. A sua estação de tratamento de águas residuais industriais (ETARI) – designada internamente por Unidade 7000 – é composta por quatro tratamentos: o pré-tratamento, o tratamento físico-químico, o tratamento biológico e o pós-tratamento. Dada a interligação existente, é fundamental a otimização de cada um dos tratamentos. Este trabalho teve como objetivos a identificação dos problemas e/ou possibilidades de melhoria do pré-tratamento, tratamento físico-químico e pós-tratamento e principalmente a otimização do tratamento biológico da ETARI. No pré-tratamento verificou-se que a separação de óleos e lamas não era eficaz uma vez que se formam emulsões destas duas fases. Como solução, sugeriu-se a adição de agentes desemulsionantes, que se revelou economicamente inviável. Assim, sugeriu-se como alternativa o recurso a técnicas de tratamento da emulsão gerada, tais como a extração com solvente, centrifugação, ultrassons e micro-ondas. No tratamento físico-químico constatou-se que o controlo da unidade de saturação de ar na água era feito com base na análise visual dos operadores, o que pode conduzir a condições de operação afastadas das ótimas para este tratamento. Assim, sugeriu-se a realização de um estudo de otimização desta unidade com vista à determinação da razão ar/sólidos ótima para este efluente. Para além disto, constatou-se, ainda, que os consumos de coagulante aumentaram cerca de -- % no último ano, pelo que foi sugerido o estudo da viabilidade do processo de eletrocoagulação como substituto do sistema de coagulação existente. No pós-tratamento identificou-se o processo de lavagem dos filtros como sendo a etapa com possibilidade de ser otimizada. Através de um estudo preliminar concluiu-se que a lavagem contínua de um filtro por cada turno melhorava o desempenho dos mesmos. Constatou-se, ainda, que a introdução de ar comprimido na água de lavagem promove uma maior remoção de detritos do leito de areia, no entanto esta prática parece influenciar negativamente o desempenho dos filtros. No caso do tratamento biológico, identificaram-se problemas ao nível do tempo de retenção hidráulico do tratamento biológico II, que apresentou elevada variabilidade. Apesar de identificado concluiu-se que este problema era de difícil solução. Verificou-se, também, que o oxigénio dissolvido não era monitorizado, pelo que se sugeriu a instalação de uma sonda de oxigénio dissolvido numa zona de baixa turbulência do tanque de arejamento. Concluiu-se que o oxigénio era distribuído de forma homogénea por todo o tanque de arejamento e tentou-se identificar quais os fatores que influenciariam este parâmetro, no entanto, dada a elevada variabilidade do efluente e das condições de tratamento, tal não foi possível. Constatou-se, também, que o doseamento de fosfato para o tratamento biológico II era pouco eficiente já Otimização dos sistemas biológicos e melhorias nos tratamentos da ETARI da Refinaria de Matosinhos que em -- % dos dias se verificaram níveis baixos de fosfato no licor misto (< - mg/L). Foi, por isso, proposta a alteração do atual sistema de doseamento por gravidade para um sistema de bomba doseadora. Para além disso verificou-se que os consumos deste nutriente aumentaram significativamente no último ano (cerca de --%), situação que se constatou estar relacionada com um aumento da população microbiana para este período. Foi possível relacionar-se o aparecimento frequente de lamas à superfície dos decantadores secundários com incrementos repentinos de condutividade, pelo que se sugeriu o armazenamento do efluente nas bacias de tempestade, nestas situações. Verificou-se que a remoção de azoto era praticamente ineficaz uma vez que a conversão de azoto amoniacal em nitratos foi muito baixa. Assim, sugeriu-se o recurso à técnica de bio-augmentação ou a transformação do sistema de lamas ativadas num sistema bietápico. Por fim, constatou-se que a temperatura do efluente à entrada da ETARI apresenta valores bastante elevados para o tratamento biológico (aproximadamente de --º C) pelo que se sugeriu a instalação de uma sonda de temperatura no tanque de arejamento de modo a controlar de forma mais eficaz a temperatura do licor misto. Ainda no que diz respeito ao tratamento biológico, foi possível desenvolver-se um conjunto de ferramentas que visaram o funcionamento otimizado deste tratamento. Nesse sentido, foram apresentadas várias sugestões de melhoria: a utilização do índice volumétrico de lamas como indicador da qualidade das lamas em alternativa à percentagem de lamas; foi desenvolvido um conjunto de fluxogramas para a orientação dos operadores de exterior na resolução de problemas; foi criada uma “janela de operação” que pretende ser um guia de apoio à operação; foi ainda proposta a monitorização frequente da idade das lamas e da razão alimento/microrganismo.

Da casta ao terroir

Pela importância atual – e crescente – que o vinho tem na economia portuguesa, pela margem existente para a apresentação de temas de reflexão que acrescentem valor ao posicionamento do setor, pela experiência pessoal e paixão pela área, decidi elaborar a minha dissertação numa temática enquadrável no setor do vinho, em particular no vinho Alvarinho proveniente do terroir que representa a Denominação de Origem Vinho Verde Sub-região de Monção e Melgaço. A estrutura deste estudo assenta em duas dimensões: a primeira, numa perspetiva local, assente na recente decisão de alargar a Denominação Origem Vinho Verde Alvarinho a todas as sub-regiões que integram a Região dos Vinhos Verdes, com efeitos em 2021. Pelo que se procurará mostrar a importância da relação desta casta com o seu terroir de origem e, perante esta interligação, qual o fator mais importante a utilizar na comunicação do vinho. A segunda prende-se com a dimensão internacional que se pretende para o Alvarinho no mercado dos grandes vinhos brancos mundiais, onde encontramos castas brancas de renome como a Chardonnay e a Riesling, face a esta exposição e à crescente aposta na casta a nível mundial, como agir perante a potencial ameaça que representa a entrada dos países do “Novo Mundo”. Posto isto, é neste contexto que se coloca a questão que está na génese desta dissertação: de que forma o terroir contribui como fator de diferenciação e de vantagem competitiva do Alvarinho produzido na Denominação de Origem Vinho Verde Sub-região Monção e Melgaço no mercado dos grandes vinhos brancos mundiais? Cuja resposta poderá em grande parte estar, no meu entendimento, na análise de um caso de sucesso, que nesta dissertação é representada pelo trabalho realizado em torno do Rieseling produzido no Vale de Mosel e que contribuiu para que este tivesse conquistado a sua reputação.

Criteria for graphic representation in musical scores: Visual elements in musical scores

A interdisciplinaridade entre a música e as artes visuais tem sido explorado por conceituados teóricos e filósofos, embora não exista muito na área da interpretação visual do grafismo de partituras musicais. Este estudo investiga como os grafismos na notação e símbolos musicais afectam o intérprete na sua transformação em som, com referência especial a partituras contemporâneas, que utilizam notação menos convencional para a criação de uma interpretação por sugestão. Outras relações entre o som e o visual são exploradas, incluindo a sinestesia, a temporalidade e a relação entre obra de arte e público. O objectivo desta dissertação é a de constituir um estudo inovativo sobre partituras musicais contemporâneas, simultaneamente do ponto de vista musical e visual. Finalmente, também vai mais longe, incluindo desenhos da própria autora inspirados e motivados pela música. Estes já não cumprem uma função de notação convencional para o músico, embora existe uma constante possibilidade de uma reinterpretação. ABSTRACT; The inter-disciplinarity between music and visual art has been explored by leading theorists and philosophers, though very little exists in the area of the visual interpretation of graphic musical scores. This study looks at how the graphics of musical notation and symbols affect the performer in transforming them into sound, with particular reference to contemporary scores that use non¬conventional notation to create an interpretation through suggestion. Other sound-visual relationships are explored, including synaesthesia, temporality and the interconnection between work of art and audience or public. This dissertation aims to be an innovative study of contemporary musical scores, from a musical as well as visual perspective. Finally, it takes a step further with drawings of my own, directly inspired and motivated by the music. These no longer fulfil a conventionally notational function for the musician, yet the potential for a re-interpretation is ever-present.

Procedimentos de informação portuária electrónica

A integração de sistemas é uma necessidade cada vez mais necessária face à exigência e competitividade dos negócios. Uma forma de respondermos a estes factos é através da tecnologia, acompanhando-a e aprofundando-a. O presente documento apresenta uma proposta de solução tecnológica a estes factos. O caso que iremos abordar trata-se da necessidade de renovar o sistema de gestão portuária a nível nacional, garantido uma continuidade de negócio, assim como a implementação de novas funcionalidades que permitam a esta plataforma ser totalmente independente e integrável com outros sistemas e/ou adaptável a outras organizações no futuro. SOA, Service Oriented Architecture, foi a filosofia adoptada para garantir a facilitação do tráfego marítimo através da harmonização de processos e procedimentos entre os vários portos, fundamentalmente no referente à interconexão e interoperabilidade, e a partilha e troca electrónica de informação processual entre os vários membros da comunidade marítima e portuária. ABSTRACT; System integration is a necessity progressively more required due to the business demand and competitiveness. It is possible to respond to the latter facts with technology, by following it and developing it. This study proposes a technological solution for the abovementioned facts. The case to be addressed is the need to renovate the port management system in a nationwide scale, assuring simultaneously the continuity of the business and the implementation of new functionalities that allow for this platform to be utterly independent and applicable to other systems and/or adaptable to other organizations in the future. SOA, Service Oriented Architecture, was the theory adopted to guarantee the simplification of the maritime traffic, by harmonizing the processes and the procedures among the several ports, especially concerning the interconnection and interoperability, and the electronic sharing and exchange of information referent to processes amongst the numerous members of the maritime and port community.

Avalição de desempenho de protocolos de autenticação para redes sem fio heterogêneas

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2016.

Círculos ao invés de linhas: em busca de valores e princípios estruturantes da gestão social: projeto juventude, participação e autonomia (Instituto Universidade Popular - UNIPOP)

The organizations are characterized as dynamic spaces, they are being revisited and redefined, because they constitute structural human spaces and new vain outlines won expression. As it begins, of the non consensus in its conception, it is explicit the complexity degree that is identified in the plurality and diversity, brought by the people that compose them, characterizing it as accomplishment space, of happiness and also of conflict, of relationships of power and organizational limits and from birth and burial of faiths, values, norms, symbols, knowledge and rituals, therefore, deeply human. In that way, to know the administration of the organization is preponderant condition for the format of the human relationships to be delineated in its living. Like this the work makes an option in knowing the social administration, this work tries to know and analyze the values and beginnings of the social administration; revealling characteristics and specificities of the organizational performance of UNIPOP that contribute to the formation of the conception of Social Administration, it tends as source of the information the managers of the institution; to identify the formative values of UNIPOP that contribute to the youths' partner-political action in the community, tends for reference the current students of the organization and last to evaluate values structurates and supporting that interconnection between the organizational Administration, formation youth's program, participation and autonomy and attendance, starting from the existences gained by the exits, of that program. This way, the research will be qualitative, looking for understanding starting from their documents, the existence of those values

Healthcare Network Modeling and Analysis

Part 20: Health and Care Networks

Integración de dispositivos electrónicos inteligentes en Smart Grid

El sector eléctrico está experimentando cambios importantes tanto a nivel de gestión como a nivel de mercado. Una de las claves que están acelerando este cambio es la penetración cada vez mayor de los Sistemas de Generación Distribuida (DER), que están dando un mayor protagonismo al usuario a la hora de plantear la gestión del sistema eléctrico. La complejidad del escenario que se prevé en un futuro próximo, exige que los equipos de la red tenga la capacidad de interactuar en un sistema mucho más dinámico que en el presente, donde la interfaz de conexión deberá estar dotada de la inteligencia necesaria y capacidad de comunicación para que todo el sistema pueda ser gestionado en su conjunto de manera eficaz. En la actualidad estamos siendo testigos de la transición desde el modelo de sistema eléctrico tradicional hacia un nuevo sistema, activo e inteligente, que se conoce como Smart Grid. En esta tesis se presenta el estudio de un Dispositivo Electrónico Inteligente (IED) orientado a aportar soluciones para las necesidades que la evolución del sistema eléctrico requiere, que sea capaz de integrase en el equipamiento actual y futuro de la red, aportando funcionalidades y por tanto valor añadido a estos sistemas. Para situar las necesidades de estos IED se ha llevado a cabo un amplio estudio de antecedentes, comenzando por analizar la evolución histórica de estos sistemas, las características de la interconexión eléctrica que han de controlar, las diversas funciones y soluciones que deben aportar, llegando finalmente a una revisión del estado del arte actual. Dentro de estos antecedentes, también se lleva a cabo una revisión normativa, a nivel internacional y nacional, necesaria para situarse desde el punto de vista de los distintos requerimientos que deben cumplir estos dispositivos. A continuación se exponen las especificaciones y consideraciones necesarias para su diseño, así como su arquitectura multifuncional. En este punto del trabajo, se proponen algunos enfoques originales en el diseño, relacionados con la arquitectura del IED y cómo deben sincronizarse los datos, dependiendo de la naturaleza de los eventos y las distintas funcionalidades. El desarrollo del sistema continua con el diseño de los diferentes subsistemas que lo componen, donde se presentan algunos algoritmos novedosos, como el enfoque del sistema anti-islanding con detección múltiple ponderada. Diseñada la arquitectura y funciones del IED, se expone el desarrollo de un prototipo basado en una plataforma hardware. Para ello se analizan los requisitos necesarios que debe tener, y se justifica la elección de una plataforma embebida de altas prestaciones que incluye un procesador y una FPGA. El prototipo desarrollado se somete a un protocolo de pruebas de Clase A, según las normas IEC 61000-4-30 e IEC 62586-2, para comprobar la monitorización de parámetros. También se presentan diversas pruebas en las que se han estimado los retardos implicados en los algoritmos relacionados con las protecciones. Finalmente se comenta un escenario de prueba real, dentro del contexto de un proyecto del Plan Nacional de Investigación, donde este prototipo ha sido integrado en un inversor dotándole de la inteligencia necesaria para un futuro contexto Smart Grid.

Behavioural alterations are independent of sickness behaviour in chronic experimental Chagas disease

The existence of the nervous form of Chagas disease is a matter of discussion since Carlos Chagas described neurological disorders, learning and behavioural alterations in Trypanosoma cruzi-infected individuals. In most patients, the clinical manifestations of the acute phase, including neurological abnormalities, resolve spontaneously without apparent consequence in the chronic phase of infection. However, chronic Chagas disease patients have behavioural changes such as psychomotor alterations, attention and memory deficits, and depression. In the present study, we tested whether or not behavioural alterations are reproducible in experimental models. We show that C57BL/6 mice chronically infected with the Colombian strain of T. cruzi (150 days post-infection) exhibit behavioural changes as (i) depression in the tail suspension and forced swim tests, (ii) anxiety analysed by elevated plus maze and open field test sand and (iii) motor coordination in the rotarod test. These alterations are neither associated with neuromuscular disorders assessed by the grip strength test nor with sickness behaviour analysed by temperature variation sand weight loss. Therefore, chronically T. cruzi-infected mice replicate behavioural alterations (depression and anxiety) detected in Chagas disease patients opening an opportunity to study the interconnection and the physiopathology of these two biological processes in an infectious scenario.

Holistic Design In High-Speed Optical Interconnects

Integrated circuit scaling has enabled a huge growth in processing capability, which necessitates a corresponding increase in inter-chip communication bandwidth. As bandwidth requirements for chip-to-chip interconnection scale, deficiencies of electrical channels become more apparent. Optical links present a viable alternative due to their low frequency-dependent loss and higher bandwidth density in the form of wavelength division multiplexing. As integrated photonics and bonding technologies are maturing, commercialization of hybrid-integrated optical links are becoming a reality. Increasing silicon integration leads to better performance in optical links but necessitates a corresponding co-design strategy in both electronics and photonics. In this light, holistic design of high-speed optical links with an in-depth understanding of photonics and state-of-the-art electronics brings their performance to unprecedented levels. This thesis presents developments in high-speed optical links by co-designing and co-integrating the primary elements of an optical link: receiver, transmitter, and clocking.

In the first part of this thesis a 3D-integrated CMOS/Silicon-photonic receiver will be presented. The electronic chip features a novel design that employs a low-bandwidth TIA front-end, double-sampling and equalization through dynamic offset modulation. Measured results show -14.9dBm of sensitivity and energy efficiency of 170fJ/b at 25Gb/s. The same receiver front-end is also used to implement source-synchronous 4-channel WDM-based parallel optical receiver. Quadrature ILO-based clocking is employed for synchronization and a novel frequency-tracking method that exploits the dynamics of IL in a quadrature ring oscillator to increase the effective locking range. An adaptive body-biasing circuit is designed to maintain the per-bit-energy consumption constant across wide data-rates. The prototype measurements indicate a record-low power consumption of 153fJ/b at 32Gb/s. The receiver sensitivity is measured to be -8.8dBm at 32Gb/s.

Next, on the optical transmitter side, three new techniques will be presented. First one is a differential ring modulator that breaks the optical bandwidth/quality factor trade-off known to limit the speed of high-Q ring modulators. This structure maintains a constant energy in the ring to avoid pattern-dependent power droop. As a first proof of concept, a prototype has been fabricated and measured up to 10Gb/s. The second technique is thermal stabilization of micro-ring resonator modulators through direct measurement of temperature using a monolithic PTAT temperature sensor. The measured temperature is used in a feedback loop to adjust the thermal tuner of the ring. A prototype is fabricated and a closed-loop feedback system is demonstrated to operate at 20Gb/s in the presence of temperature fluctuations. The third technique is a switched-capacitor based pre-emphasis technique designed to extend the inherently low bandwidth of carrier injection micro-ring modulators. A measured prototype of the optical transmitter achieves energy efficiency of 342fJ/bit at 10Gb/s and the wavelength stabilization circuit based on the monolithic PTAT sensor consumes 0.29mW.

Lastly, a first-order frequency synthesizer that is suitable for high-speed on-chip clock generation will be discussed. The proposed design features an architecture combining an LC quadrature VCO, two sample-and-holds, a PI, digital coarse-tuning, and rotational frequency detection for fine-tuning. In addition to an electrical reference clock, as an extra feature, the prototype chip is capable of receiving a low jitter optical reference clock generated by a high-repetition-rate mode-locked laser. The output clock at 8GHz has an integrated RMS jitter of 490fs, peak-to-peak periodic jitter of 2.06ps, and total RMS jitter of 680fs. The reference spurs are measured to be –64.3dB below the carrier frequency. At 8GHz the system consumes 2.49mW from a 1V supply.