高速多媒體串流傳輸儲存及系統互連應用環環相扣

多媒體影音視訊傳輸儲存應用諸如HDTV、IPTV、數位廣播、社群網路（Social Networking）等越來越普及，無論是在消費電子產品或PC領域、還是企業伺服器、資料庫和網路儲存設備、或是高速運算資料中心還是電信通訊網路配接設備，高速數位串流容量需求越來越高。加上雲端運算（Cluster computing）和高效能運算HPC（high-performance computing）等高速計算應用方興未艾，資料中心與企業網路的伺服器和網路頻寬基礎設備必須不斷升級因應，對於低延遲和處理高效能數據處理的要求也越來越殷切。

這些發展趨勢使得系統互連（System Interconnect）及網路虛擬整合（virtualization）的傳輸架構，越來越依賴高速數位串流I/O介面設計及其IC晶片解決方案的技術革新。像是外部連結10Gb乙太網路（10GbE）交換器單晶片設計、實體層和控制器技術和節能方案扮演關鍵角色，Rapid IO在無線基地台和工業用嵌入式設備的發展成熟度越來越高。此外內部晶片互連匯流HyperTransport標準也正不斷厚實發展實力，並提升高速傳輸運算設備內多核心處理器架構的的運作效能。針對多媒體視訊廣播（broadcast studio）的數位串流介面（SDI），IC設計廠商也提供各類類比和混合訊號晶片解決方案和高速混合訊號PHY層技術。高畫質數位影像傳輸介面HDMI和DisplayPort在消費電子和PC端的競爭越來越白熱化，隨著延長傳輸距離提升傳輸效率的晶片設計更是彈性應用數位家庭空間設計的關鍵。

在此發展趨勢下，相關IC設計廠商提出哪些解決方案與因應之道？全球與亞洲在有關的技術應用及產業合作關係又是為何？12月初本刊接受Globalpress邀請安排，參加亞洲媒體採訪團，與台灣、中國、日本、南韓等電子產業媒體代表，前進美國電子設計產業核心矽谷當地，進行為期8天的採訪，為讀者呈現包括VITESSE、SOLARFLARE、HyperTransport Consortium、Tundra以及Gennum等美國和加拿大等IC設計廠商，在多媒體數位高速傳輸介面晶片解決方案的最新發展內容。

VITESSE電信級10Gb乙太網路全面出擊

《圖一　VITESSE總裁兼執行長Christopher R. Gardner表示，今年VITESSE也將繼續推出16種主要應用於SMB的乙太網路交換器新一代晶片控制解決方案，進一步強化自身技術應用的市場差異性，擴大與Tier1客戶的合作關係。》

VITESSE總裁兼執行長Christopher R. Gardner表示，VITESSE長期在SONET以及Gb和10Gb乙太網路（10GbE）領域累積許多豐富經驗，並且具有高速混合訊號PHY層優勢技術。Christopher R. Gardner強調VITESSE現金流量穩定，出售5通道SAS和SATA儲存應用晶片設計部門之外，重組董事會和組建管理階層的作業程序也已完成。VITESSE將集中火力針對電信級網路和中小企業級（SMB）網路設備應用，在此領域VITESSE營收成長超過17％。今年VITESSE也將繼續推出16種主要應用於SMB的乙太網路交換器新一代晶片控制解決方案，進一步強化自身技術應用的市場差異性，擴大與Tier1客戶的合作關係。目前VITESSE總銷售量中30％來自亞洲，在海外擁有4個研發中心，其中軟體研發中心便設立在台灣新竹。

Christopher R. Gardner進一步指出，資料儲存中心和大型企業網路、以及SMB網路設備，是VITESSE產品前兩大市場應用區塊，全球市場規模約25億美元左右，其中VITESSE約佔20％左右，此外VITESSE市場目標也集中在包括光纖網路以及電信營運商的城域網（Metro）和接取網（Access）市場等。針對此4大市場應用，VITESSE推出一系列傳輸及伺服訊框器（Framers）、映射器（Mappers）和TSI交換器等處理器方案；乙太網路MACs、交換器和銅線網路實體層（copper PHYs）解決方案；以及光纖PHY、實體層媒介相關次層（PMD）和交叉節點（crosspoints）等訊號整合方案。

Christopher R. Gardner表示，乙太網路連結應用正廣泛普及，包含無線寬頻回程界接（Backhaul）、多重伺服器、VoIP和影音多媒體視訊傳輸、資料中心整合、商業伺服應用、住家伺服器連結等，成長率在6～8％至34％之間，其中circuit-to-package伺服架構為主要帶動乙太網路、特別是電信級乙太網路設備應用成長的動力。電信級乙太網路正從T1/E1朝向Ethernet-LINE和Ethernet-LAN連接模式發展，住家伺服器也朝向VoIP/Video/Data over IP/Ethernet架構演進，這些提高傳輸容量的革新趨勢，均進一步驅動乙太網路伺服器營收和連接埠數量的明顯成長，也順應網路多媒體視訊高速串流傳輸的應用需求。

《圖二　資料儲存中心和大型企業網路、以及SMB網路設備，是VITESSE產品前兩大市場應用區塊，全球市場規模約25億美元左右，其中VITESSE約佔20％左右》

Christopher R. Gardner強調，電信級乙太網路可擴充性和可靠度高，不過從既有及其他新興傳輸技術導入電信級乙太網路架構，仍有一定挑戰。VITESSE所提供的第二代電信級乙太網路交換器單晶片解決方案SparX-II-16和SparX-II-24，可適應並升級Gigabit Ethernet交換機及網路架構的高頻寬傳輸要求，處理廣泛不同的電信應用和服務，亦可支援VoIP、IPTV、WLAN和三合一服務的交換機背板（backplane）應用。

至於在SMB乙太網路應用領域，Christopher R. Gardner指出無論是1Gb或是10Gb乙太網路（10GbE），節能是最關鍵的革新趨勢。當乙太網路連結不被使用時，VITESSE的交換器單晶片方案結合ATOM 65nm銅線網路實體層的電壓模式線路驅動器專利技術，內嵌ActiPHY和PerfectReach節能功能，可針對使用環境智慧地控制管理電源，I/O處理器可使乙太網路交換連結進入休眠狀態並關閉連接埠運作，此可節省近85％功耗。此外在大型企業和資料儲存中心的節能應用上，VITESSE也推出針對刀鋒伺服中心背板連結的實體層設計以及結合交叉節點和CDR的低功耗解決方案。

SOLARFLARE掌握10GBASE-T乙太網路規格發展先機

《圖三　SOLARFLARE行銷副總裁Bruce Tolley指出，在更為簡便的10GBASE-T收發器技術設計上，SOLARFLARE設計採用單一連接埠方式，可支援各種距離多媒體高速串流傳輸需求。》

總部位在美國加州Irvine的SOLARFLARE Communications，研發中心位於英國劍橋，並已在去年台北Computex期間宣佈設立台灣和香港辦事處。SOLARFLARE主要針對分散式（Divisional）資料儲存伺服器和企業網路基礎設備，提供高階標準級10Gb乙太網路晶片設計解決方案，因應Web2.0時代多媒體高速串流及SAN和LAN網路虛擬整合（virtualization）與網路連結的應用需求。SOLARFLARE行銷副總裁Bruce Tolley表示，SOLARFLARE委由台積電晶圓代工，在台灣就近設立生產測試據點，產品測試委由Ixia、Agilent和Tektronix進行量測。目前SOLARFLARE主要客戶包括Dell、DNI、SMC Networks等，瞄準開發客戶包括3Com、台灣明泰科技（Alpha）、Arista Networks、Cisco、Force10、HP Procurve、HP、Huawei、IBM等。SOLARFLARE並積極與Google接洽高效能網路與超級運算合作計劃。

Bruce Tolley指出，HDTV、IPTV、數位廣播、社群網路（Social Networking）及各類多媒體數據視訊內容傳輸應用，以及金融財管等市場數據變動即時應用對於低延遲且數據處理高效能的需求，資料中心與企業網路的伺服器、中介軟體和既有網路頻寬基礎設備必須不斷升級因應，加上雲端運算（Cluster computing）、HPC（high-performance computing）等高速運算應用，在在使得以10Gb乙太網路為基礎的高速高容量網路串流傳輸及儲存應用越來越廣泛。這包括Web、刀鋒、叢集伺服器及交換器和大型儲存資料庫等設備供應商，以及電信營運商及設備商包括中國電信、NTTDoCoMO、Alcatel-Lucent、Nortel和Huawei等，需採用10GbE解決方案因應相關需求。

《圖四　採用SOLARFLARE 10GBASE-T規格的網路卡產品》

Bruce Tolley進一步說明指出，為滿足上述需求採用多核心處理器架構的伺服器，藉由CPU互連介面及PCIe與乙太網路I/O介面連結外部網路，進一步帶動高速串流儲存I/O介面升級，加上資料中心藉由網路虛擬整合提升多核心伺服器處理效能的應用，這時兼具實體層與I/O介面晶片控制設計優勢、強化網路連結低功耗功能的10Gb乙太網路解決方案，就變得非常關鍵。目前10Gb乙太網路規格相當複雜，包括10GBASE-SR、10GBASE-CX4、10GBASE-LR、Direct attached copper等，支援多媒體網路連接埠方式和傳輸距離功能不一，價格也較為昂貴。

Bruce Tolley指出，SOLARFLARE可同時提供10Gb乙太網路PHY與晶片控制器解決方案，包括低功耗微型封裝設計的10GBASE-T PHY，可從270mW到5.9W智慧調節功耗。另一方面，在更為簡便的10GBASE-T收發器技術設計上，SOLARFLARE設計採用單一連接埠方式，藉由Category 5E/6/6A/7轉接設計，可支援各種距離多媒體高速串流傳輸需求，且10G/1G/100Mbps三種速率能因應各種乙太網路傳輸環境。並且，10GBASE-T規格可進一步支援新興乙太網路光纖通道FCoE（Fibre Channel over Ethernet）標準，已經應用於台灣智邦旗下SMC Networks交換網路中的網路卡產品。

Bruce Tolley表示，採用10GBASE-T規格交換器和網路卡的網通設備廠商包括Dell和SMC Networks，後者應用於24個連接埠的乙太網路交換器產品。目前市場規模每月有600萬個採用10GBASE-T網路交換埠（switch ports）產品，每月有50萬組採用10GBASE-T（LAN on mother board）的伺服器裝置出貨。SOLARFLARE第二代10GBASE-T PHY產品已在12月3日問世，台灣達創科技（Delta Networks；DNI）以10GBASE-T規格為基礎的多重交換器及網路卡產品也將在今年上市。

HyperTransport Consortium深耕高效能運算與系統互連領域穩扎穩打

《圖五　HyperTransport Consortium總經理Mario Cavalli認為，如何降低資料傳輸回應的延遲性（Latency）、控制雲端運算拓樸效能的可預測性，具體實現雲端運算概念進一步運用開放的網際網路資源，是進一步落實高效能運算HPC概念的重要核心》

針對高效能晶片互連（High Performance Interconnect）技術及主要應用於大型伺服器領域所訂定的HyperTransport匯流協定及其技術推廣聯盟HyperTransport Consortium（HTC），正在深耕高效能運算（High Performance Computing；HPC）的技術革新與標準整合作業。由AMD倡議組建的HTC目前會員數已有70個，新加入廠商會員包括Siemens、Spansion、Numascale和 Samtec等，去年底採用HyperTransport互連協定的產品已超過6300萬組，應用在包括超級電腦、伺服器、邊界路由器（Edge Router）、SAN Network、核心路由器和國防應用等領域。HyperTransport互連規格也已深入各類高速串流嵌入式系統、網通伺服設備和PC傳輸介面互連匯流架構中。

HyperTransport Consortium總經理Mario Cavalli表示，伺服器領域高效能運算HPC的成長逐年明顯，特別是在部門式（Departmental）和分散式（Divisional）領域，市調機構IDC更預估年複合成長率可達45％和35％，網路虛擬整合（virtualization）設計及其衍生出的Consolidation特性，可進一步提升HPC處理效能，讓單一伺服器硬體平台處理更多數據資料，使其在資料中心或叢集伺服架構更具應用彈性，進一步降低基礎設備成本投入，這當然與近年來多核心處理器效能的技術革新密切相關。

Mario Cavalli進一步表示，在網路多媒體高速串流傳輸應用需求越來越高的趨勢下，高效能運算HPC的概念也逐一正被落實，今年熱門話題之一的雲端運算（Cloud Computing）便被視為HPC的革命性應用。不過如何降低資料傳輸回應的延遲性（Latency）、控制雲端運算拓樸效能的可預測性，具體實現雲端運算概念進一步運用開放的網際網路資源，對於講究精準即時的科學研究或金融交易活動來說非常重要。這時具備開放性架構、可支援HPC應用的系統互連協定規格便非常關鍵。許多IC設計廠商便採用HyperTransport互連標準，例如Godson以HyperTransport規格為基礎，採用8核心可編程的多晶片架構、還有AMD的Opteron處理器架構、Altera針對低功耗多重處理器所設計的FPGA架構等。

《圖六　HyperTransport Consortium技術工作部門副總裁Brian Holden展示HyperTransport規格技術書》

在談及規格演進時，Mario Cavalli深入表示，目前HyperTransport協定已進入3.1版和HTX3規範，新協定共定義2.8GHz、3.0GHz和3.2GHz三種時脈速率，最高性能的3.2GHz版可提供6.4GTps的資料傳輸頻率，32bit內部處理器互連頻寬可高達51.2GBps，有助於提升伺服器系統多重處理器的運作效率，以及下一代支援HPC高效能運算產品。Mario Cavalli強調，HyperTransport協定是目前唯一可以32bit支援內部處理器互連的匯流標準。

此外在I/O Expansion部分，新一代HyperTransport HTX3也順勢推出，可向下相容HTX標準，傳輸頻寬為HTX的3倍，並新增電源管理功能。HTX3的Link-Splitting功能，可進一步擴充讓子系統以2.6GHz時脈高速連結2個CPU，其傳輸頻寬亦可達5.2GTps，能直接連結運算密集（Compute-Intensive）的子系統。這可進一步支援單一系統內多核心處理器內部高速傳輸應用。Mario Cavalli指出，HTX3可帶動HPC革新所需具備的設計需求，由於FPGA在規劃密集運算的設計架構中扮演關鍵角色，HTX3可為新一代FPGA技術鋪路，突破FPGA在頻寬設計的瓶頸，提升高頻寬、低延遲、多重處理和同步處理的設計效能與彈性。

Mario Cavalli認為，由於HyperTransport主要是針對晶片與晶片之間的高速互連匯流為主，HTX系列與PCIe並不會產生競爭取代關係，職能上也不盡相同，因此會相互共存互補。

Tundra持續鞏固Serial Rapid IO規格發展優勢

《圖七　Tundra產品線主要側重於PCI或PCI-X和PCIe介面及橋接解決方案以及Serial Rapid IO交換器》

加拿大IC設計公司Tundra Semiconductor行銷副總裁Tracy Richardson接受線上電話採訪時表示，在各類伺服器、嵌入式裝置以及電信設備系統互連（System Interconnect）規格標準應用中，PCIe介面已成為廣泛被使用的產業標準規格，Tundra持續深入耕耘PCI或PCI-X和PCIe介面及橋接解決方案。此外，隨著網路傳輸流量與日俱增，支援多重DSP或FPGA處理器數據資料交換的Rapid IO傳輸介面角色越來越吃重，Tundra會持續鞏固自身在Serial Rapid IO領域交換器技術的優勢地位，並強化Serial Rapid IO在系統互連應用的影響力。

亞太地區目前佔Tundra總營收的30％左右，位於印度的Hyderabad和加拿大的渥太華（Ottawa）是Tundra的兩大產品設計中心，分別專門負責PCIe和Serial Rapid IO的研發作業。Tracy Richardson進一步指出，Tundra目前以4大產品線應用領域為主要發展方向，整體產品線Tundra也提供客戶SLE設計服務。除了穩定既有的PC周邊、安全監控DVR裝置、印表機和儲存裝置應用、並與Fujitsu、HP、Intel、LSI和Xerox維持密切合作外，Tundra亦可提供PowerPC架構PCI介面以及控制記憶模組的Host橋接器（EHB）方案，市佔率僅次於Marvell。此外，有線及無線通訊基礎設備的PCIe傳輸介面也是主要發展領域，在中國市場中興（ZTE）、華為（Huawei）與北電（Nortel）便採用Tundra相關產品，Alcatel-Lucent、Ericsson、Cisco、Juniper亦是其主要客戶。Tracy Richardson亦強調在嵌入式運算和儲存設備的應用發展，持續擴展VME和PCI/PCI-X/PCIe的產品線，

《圖八　Tundra針對企業用儲存設備所開發的RapidIO交換器互連架構示意圖》

另一方面，作為主要推動Rapid IO規格的IC設計廠商，Tundra在經營Rapid IO應用於高頻寬無線通訊與基地台設施、視訊擷取互連及軍事航太領域的交換器已有領先優勢。Tracy Richardson表示，有別於PCIe主要應用於單一處理器的介面傳輸應用，Rapid IO是一種點對點對等（peer-to-peer）通訊技術，可應用於需要把多個DSP或FPGA整合、或是以多顆處理器運作的嵌入式系統、例如整合無線基地台3G、HSPA、TD-SCDMA、WiMAX或LTE等多種通訊規格、軍事雷達或工業嵌入式設備等，Rapid IO也可廣泛應用於視訊會議基礎設備及多媒體擷取裝置上。Tundra已發表新款應用於2G/3G基頻連接卡上的Rapid IO交換器解決方案，與Curtiss Wright、GE Fanuc、Mercury、Radisys和Raytheon等客戶合作關係已然確立。

在談及Rapid IO發展趨勢時，Tracy Richardson指出，TI和Freescale的DSP以及Freescale的多核心處理器均持續大力支援Rapid IO標準，Rapid IO產業聯盟目前已有8名新會員加入，包括Motorola、LSI、Nortel、Qualcomm等大廠，生態體系影響力的不斷擴張持續加深Rapid IO的應用價值。目前Tundra亦積極參與研發革新Rapid IO 1.3版本朝向2.0版發展的作業，預估4通道介面提供的傳輸容量可達10Gbps。Tundra持續推出的新一代serial Rapid IO交換器解決方案，可進一步擴充支援PCI橋接器和FPGA介面，有助於擴展serial Rapid IO在PCI系統互連設備的滲透率。

Gennum滲透高速數位傳輸介面DidplayPort應用影響力

《圖九　Gennum A/V連接部門行銷總監Vijay Sharma指出，針對HDMI、DVI、DisplayPort等消費電子產品多媒體視訊高速傳輸介面，以及多媒體視訊廣播（broadcast studio）的數位串流介面（SDI），Gennum提供各類類比和混合訊號晶片解決方案》

總部位於加拿大蒙特婁Burlington的IC設計廠商Gennum，在台灣台北和新竹、日、韓、加、美、德等地設有業務辦事處，研發中心位於英國倫敦、加拿大和墨西哥。Gennum A/V連接部門行銷總監Vijay Sharma指出，Gennum產品線主要分為三大類，首先Gennum支援有線長距離高效能數位連結傳輸，並針對HDMI、DVI、DisplayPort等消費電子產品多媒體視訊高速傳輸介面，以及多媒體視訊廣播（broadcast studio）的數位串流介面（SDI），提供各類類比和混合訊號晶片解決方案，特別是針對DisplayPort，Gennum自立開發了ActiveConnect技術。此外Vijay Sharma並指出，針對資料中心、伺服器和路由器等數據傳輸和系統互連（System Interconnect）應用，Gennum進一步強化嵌入式系統高速串列匯流和延伸連結外部裝置的橋接器設計，提供涵蓋包括PCIe介面控制、SATA物理層、Gb/10Gb乙太網路等高速串流介面接口的Snowbush IP方案。同時，Gennum也針對GPON、10GEPON等被動光纖通道元件，提供包括TIAs、ROSAs、雷射驅動器等模組設計解決方案。

《圖十　Gennum所推出傳輸距離可達250英尺的HDMI光纖CATx網路線轉接盒解決方案，可支援1440p高解析度傳輸影像和12bit色深視訊品質》

Gennum類比和混合訊號部門資深產品經理Amit Thakar進一步深入指出，隨著高畫質解析度的不斷提升和顯示螢幕尺寸的不斷增加，高速傳輸與接收顯示數位影音視訊的應用需求正日益普及，傳輸速率越來越高的發展趨勢，使得以往將電氣信號以光電轉換，通過光纖進行傳輸的被動模式纜線（passive cables），易產生封包遺失和訊號抖動，小於5英尺的傳輸距離更無法進一步符合高速數位串列傳輸需求。因此目前支援外部連接式高畫質多媒體視訊傳輸介面的HDMI1.3版在各類消費電子裝置的應用、以及以PC市場為核心的DispalyPort 1.1版應用，其未來發展性高度可期。

不過無論是HDMI或是DisplayPort應用，都會面臨傳輸距離和傳輸速率最大值受到侷限的技術問題。Amit Thakar表示，Gennum所推出的ActiveConnect方案，便可突破被動纜線傳輸的既有侷限，其主動傳輸模式可將支援HDMI1.3和DispalyPort 1.1裝置的纜線傳輸距離拉長10倍以上，從15～20英尺延伸至350英尺，同時可提升2倍的資料傳輸速率。ActiveConnect晶片解決方案包括未來可支援DisplayPort 2.0、傳輸距離達100英尺的DisplayPort Cables，下一代傳輸速率可達21.6Gbps；以及可支援330英尺的HDMI同軸纜線方案，未來可支援1440p及16bit色深（Deep Color）高解析視訊畫質傳輸內容。此外還包括傳輸距離可達250英尺的HDMI光纖CATx網路線方案，以及傳輸距離可達100英尺的主動式HDMI纜線方案等。ActiveConnect技術可有效提升HDMI和DisplayPort的彈性化應用，擴展其在數位家庭與PC領域的設計空間，Gennum預計在今年1月推出針對DisplayPort纜線設應用設計的軟體開發工具，協助廠商強化在延伸器、插座蓋板和接線盒裝置的開發效率。

《圖十一　Gennum類比和混合訊號部門資深產品經理Amit Thakar表示，亞洲市場佔全球高速傳輸纜線製造商比例80～90％，台灣與中國更佔絕大部分比例，Gennum正積極擴展自身在亞洲HDMI和DisplayPort傳輸纜線晶片解決方案的影響力》

Amit Thakar指出，目前HDMI的出貨量已達5億組，藍光（Blu-ray）會是下一階段HDMI主要的新興應用，而DisplayPort介面應用的成長速度也正方興未艾，市場預期將會全面取代目前的DVI和VGA規格。根據市調機構In-stat預估到2012年，支援HDMI和DispalyPort裝置總出貨量可超過12億組。Amit Thakar強調，亞洲市場便佔全球消費電子和PC領域高速傳輸纜線製造商比例的80～90％，其中台灣與中國更佔絕大部分比例，Gennum正積極與包括CYP、HPC Taiwan、CMI、BAFO、Time Interconnect、IDK Tech和GoMax Electronics等ODMs廠商緊密合作，擴展自身在亞洲HDMI和DisplayPort傳輸纜線晶片解決方案的影響力。

結語

高速傳輸介面規格的技術革新，深刻影響著系統互連和網路虛擬整合架構。因地制宜的彈性設計，符合節能控制需求，提升高速運算和多核心晶片處理效能，擴大生態體系的影響力和成熟度，便是上述IC設計廠商念茲在茲的發展策略。這也是全球電子產業能否擺脫金融風暴撥雲見日的關鍵思維。下一期2008亞洲媒體採訪團前進矽谷特別報導，將繼續針對Tensilica、G2 Microsystems、Linear Technologies、SiTime以及QuickLogic，介紹最新相關技術應用的發展狀況。