近年来，因为网际网路的快速发展，资料及多媒体资讯传输模式突破了以往的传统窄频语音技术，​​为了满足日益增加的资料流量与日趋多元化的应用服务，都会网路的频宽需求也逐渐增加，刺激了都会网路市场的蓬勃发展，并成为通讯产业中成长最快的市场。然而，由于网路业者面临庞大的营运压力，使得都会网路在技术发展上，仍存在着一些限制。

举例说来，Ethernet及SONET两大阵营的网路基础建设业者都想要功能更强、速度更快、品质更好的新产品，以在都会网路市场中抢得商机；然而，他们现阶段却需要将大部分的重点放在降低资金和营运成本上，因此，他们也必须在对速度和效能的需求，以及成本的考量上取得平衡点。

整合式单晶片／模组解围

在单一晶片或模组中整合多项功能的做法，正可解决都会网路市场中所遇到的问题。而Transponder就是最好的范例，可以说明这些整合的做法是如何节省都会网路及长途（Long haul）传输网路的成本、空间和效能。

整合式Transponder

因此，在都会网路市场中，「整合」不但是提升传输速率的方案，更是降低成本、电力消耗与产品尺寸的关键。现在市场中已有整合光学元件-雷射与光敏器（photodetector）以及多工和解多工处理器（mux/demux）的2.5和10 Gbps双向Transponder。 Transpoder具备最佳的抖动控制（Jitter Control）和Eye Margin等特点，能提供同级产品中最优质的效能，还可使各种内部元件与这些元件之间的连结达到最佳化，将讯号减损的情况降至最少。

Transponder是由多种元件所组成，用于传输的雷射、雷射驱动器和多工器，以及用于接收的APD或PIN接收器、跨阻抗放大器（Transimpedance Amplifier）和限制放大器（Limiting Amplifier），以及解多工处理器，这全部都包括在单一的套装解决方案中。 Transponder可执行光电转换，并将​​10 Gigabit的序列讯号流转换为较低速的并行介面，借此简化线路卡的设计。

都会网路成长潜力十足

都会网路市场的规模相当惊人，产业分析公司Pioneer Consulting针对都会网路市场，作出了下列评估：从2001到2005年，Gbps和10 Gbps两款Ethernet连接埠的数量将从500万成长至1亿390万。 Pioneer也预测在2005年之前，Gigabit Ethernet设备的销售额将成长十倍，从2001年的46亿美金，增加到2005年的440亿美金。而根据Communications Industry Research的资料指出，SONET设备（同时包含都会网路和长途网路系统）的销售量也会从2001年的50亿美金，增加到2003年的90亿美金。

双重10GbE和SONET晶片

整合式子系统的研发最初是由个别的元件出发，逐渐演变为结合越来越多的IC、光学及讯号处理设备，而最后的目标则是结合两款高度整合的模组组成线路卡。这项变革让系统厂商得以专注于软体和高阶功能的研发，以塑造出产品的区隔性。

进一步的整合作业将可带给系统设计者在上述发展快速的市场中抢得先机。由于目前市场上Transponder 的尺寸外型本身存在着空间限制的问题，让设计者无法加入更多的晶片，设计者必须转而在Transponder既有的晶片上加入更多功能。因此，对元件制造商来说，系统单晶片（System on a Chip；SoC）的专业技术是研发新一代Transponder所不可或缺的。

Transponder内的单晶片多工和解多工处理器（mux/demux），便是上述SoC进阶整合工程的范例；此类晶片可同时支援10 Gigabit Ethernet（GbE）及10 Gbps SONET的资料传输速率，而这种可在同一装置中支援两种通讯协定的能力，不但使企业的区域网路（LAN）与系统业者的广域网路（WAN）开始迈向整合之路，也同时加快了10 GbE和SONET在都会区的普及。

10 GbE/SONET Transponder在设计概念上并不复杂，因为Transponder并不能辨别通讯协定，而实际的资料传输速率又很类似。 10 GbE的资料传输速率是10.3125Gbps，而OC-192是9.95328Gbps。由于Transponder可同时支援两种速率，所以才能制造出同时支援SONET和Ethernet的10G线路卡。

整合型 FEC

另一项要整合到Transponder内的功能是前向式错误修正（Forward-Error Correction；FEC），也是许多系统业者所指定的功能，它是根据资讯理论所研发出的技术，可在Electrical Domain中针对接收到的光讯号内所包含的资讯进行后置处理，以改善其清晰度。正因如此，前向式错误修正功能为改善光讯号品质提供了非常有效的方式，而且这种方法是透过电子途径，而非成本较高或体积较大的光学元件，例如高能雷射和高感度光电二极管等。由于所产生的讯号较为清晰，前向式错误修正的功能可以增长传输链结，或减少对这些光学元件的需求，其减少的程度甚至可以将产品的价格降至完全不同的等级。不论是何种情况，都可使网路的成本下降。

目前，FEC仍需要一个单独的外部晶片，然而只有某些Transponder可以支援这种晶片；同样地，系统设计师必须取得两种元件，并同时供应其需求。将FEC整合入Transponder之后，电力损耗（例如热能）、空间、成本，以及种种问题便可减少。

而这些问题只需IC研发工程师在Transponder内设计FEC或双重通讯协定功能便可解决，不需动员整个系统设计小组。在今日快速成长的通讯市场环境下，先进的晶片技术已使这项构想不再是梦想，特别是CMOS电晶体内闸极长度（Gate Length）已可缩短，而且在过去这类元件需要特殊的IC材料和技术，才能提供所需的速度，现在此项IC技术已能提供10 Gbps元件所需的速度。

只保留必要的功能

当然，晶片设计师的工作仍有规则可循，其中一种方法就是去除掉不是绝对必要的晶片。例如，10 Gbps mux/demux晶片可能会将SONET讯号解多工处理为155 Mbps或是标准的622 Mbps，或将10 GbE讯号处理为2.5 Gbps，而不是3.125Gbps。除了客户已不再使用的功能要去除之外，设计人员也要尽一切可能去调整各项功能，例如调整晶片内相符的阻抗与其他的RF特性、校准电路的不同部件以达到最佳传输和热能效率，甚至在晶片各部位进行能源监控，以及建立丧失最少效能的连接介面等等。

一旦在近期内将FEC建置至mux/demux晶片后，设计师可再加入其他的功能，例如等化、讯息划分（framing）、时序及放大等。

这些子系统单晶片（Subsystem-on-chip）囊括了真正的系统单晶片专业与功能，也展现了进一步整合所带来的优势，未来这类整合更将仰赖光学和IC方面的专业，以期制造出真正能开创新局面的光学与电子元件。

挑战40 Gbps

长期来看，元件制造商真正的挑战还在于如何建立出能够让系统研发人员达到40 Gbps速度的整合式光电子（Optoelectronic）元件。

40 Gbps的超快速度将可大幅拓展半导体技术的领域，而元件开发人员可能需要使用多种材料和晶圆制造技术。此外，开发人员必须要在符合实际电源耗损的范围内，来管理传输速度；接着，还必须面对降低成本的问题。通常传输速度是目前四倍的新一代SONET，其成本不能超过上一代产品的2.5倍。

40 Gbps是一项崭新的技术，目前市场所提供的元件非常稀少。除了要在既定的成本架构下开发出这些元件外，研发40 Gbps的新一代子系统或整合产品厂商还必须因应上述对新增功能的需求，使解决方案能够在市场中真正享有独特的地位。 （作者为Agere Systems Transponder行销总监）