近年來，因為網際網路的快速發展，資料及多媒體資訊傳輸模式突破了以往的傳統窄頻語音技術，為了滿足日益增加的資料流量與日趨多元化的應用服務，都會網路的頻寬需求也逐漸增加，刺激了都會網路市場的蓬勃發展，並成為通訊產業中成長最快的市場。然而，由於網路業者面臨龐大的營運壓力，使得都會網路在技術發展上，仍存在著一些限制。

舉例說來，Ethernet及SONET兩大陣營的網路基礎建設業者都想要功能更強、速度更快、品質更好的新產品，以在都會網路市場中搶得商機；然而，他們現階段卻需要將大部分的重點放在降低資金和營運成本上，因此，他們也必須在對速度和效能的需求，以及成本的考量上取得平衡點。

整合式單晶片／模組解圍

在單一晶片或模組中整合多項功能的做法，正可解決都會網路市場中所遇到的問題。而Transponder就是最好的範例，可以說明這些整合的做法是如何節省都會網路及長途（Long haul）傳輸網路的成本、空間和效能。

整合式Transponder

因此，在都會網路市場中，「整合」不但是提升傳輸速率的方案，更是降低成本、電力消耗與產品尺寸的關鍵。現在市場中已有整合光學元件-雷射與光敏器（photodetector）以及多工和解多工處理器（mux/demux）的2.5和10 Gbps雙向Transponder。Transpoder具備最佳的抖動控制（Jitter Control）和Eye Margin等特點，能提供同級產品中最優質的效能，還可使各種內部元件與這些元件之間的連結達到最佳化，將訊號減損的情況降至最少。

Transponder是由多種元件所組成，用於傳輸的雷射、雷射驅動器和多工器，以及用於接收的APD或PIN接收器、跨阻抗放大器（Transimpedance Amplifier）和限制放大器（Limiting Amplifier），以及解多工處理器，這全部都包括在單一的套裝解決方案中。Transponder可執行光電轉換，並將10 Gigabit的序列訊號流轉換為較低速的並行介面，藉此簡化線路卡的設計。

都會網路成長潛力十足

都會網路市場的規模相當驚人，產業分析公司Pioneer Consulting針對都會網路市場，作出了下列評估：從2001到2005年，Gbps和10 Gbps兩款Ethernet連接埠的數量將從500萬成長至1億390萬。Pioneer也預測在2005年之前，Gigabit Ethernet設備的銷售額將成長十倍，從2001年的46億美金，增加到2005年的440億美金。而根據Communications Industry Research的資料指出，SONET設備（同時包含都會網路和長途網路系統）的銷售量也會從2001年的50億美金，增加到2003年的90億美金。

雙重10 GbE和SONET晶片

整合式子系統的研發最初是由個別的元件出發，逐漸演變為結合越來越多的IC、光學及訊號處理設備，而最後的目標則是結合兩款高度整合的模組組成線路卡。這項變革讓系統廠商得以專注於軟體和高階功能的研發，以塑造出產品的區隔性。

進一步的整合作業將可帶給系統設計者在上述發展快速的市場中搶得先機。由於目前市場上Transponder 的尺寸外型本身存在著空間限制的問題，讓設計者無法加入更多的晶片，設計者必須轉而在Transponder既有的晶片上加入更多功能。因此，對元件製造商來說，系統單晶片（System on a Chip；SoC）的專業技術是研發新一代Transponder所不可或缺的。

Transponder內的單晶片多工和解多工處理器（mux/demux），便是上述SoC進階整合工程的範例；此類晶片可同時支援10 Gigabit Ethernet（GbE）及10 Gbps SONET的資料傳輸速率，而這種可在同一裝置中支援兩種通訊協定的能力，不但使企業的區域網路（LAN）與系統業者的廣域網路（WAN）開始邁向整合之路，也同時加快了10 GbE和SONET在都會區的普及。

10 GbE/SONET Transponder在設計概念上並不複雜，因為Transponder並不能辨別通訊協定，而實際的資料傳輸速率又很類似。10 GbE的資料傳輸速率是10.3125Gbps，而OC-192是9.95328Gbps。由於Transponder可同時支援兩種速率，所以才能製造出同時支援SONET和Ethernet的10G線路卡。

整合型 FEC

另一項要整合到Transponder內的功能是前向式錯誤修正（Forward-Error Correction；FEC），也是許多系統業者所指定的功能，它是根據資訊理論所研發出的技術，可在Electrical Domain中針對接收到的光訊號內所包含的資訊進行後置處理，以改善其清晰度。正因如此，前向式錯誤修正功能為改善光訊號品質提供了非常有效的方式，而且這種方法是透過電子途徑，而非成本較高或體積較大的光學元件，例如高能雷射和高感度光電二極管等。由於所產生的訊號較為清晰，前向式錯誤修正的功能可以增長傳輸鏈結，或減少對這些光學元件的需求，其減少的程度甚至可以將產品的價格降至完全不同的等級。不論是何種情況，都可使網路的成本下降。

目前，FEC仍需要一個單獨的外部晶片，然而只有某些Transponder可以支援這種晶片；同樣地，系統設計師必須取得兩種元件，並同時供應其需求。將FEC整合入Transponder之後，電力損耗（例如熱能）、空間、成本，以及種種問題便可減少。

而這些問題只需IC研發工程師在Transponder內設計FEC或雙重通訊協定功能便可解決，不需動員整個系統設計小組。在今日快速成長的通訊市場環境下，先進的晶片技術已使這項構想不再是夢想，特別是CMOS電晶體內閘極長度（Gate Length）已可縮短，而且在過去這類元件需要特殊的IC材料和技術，才能提供所需的速度，現在此項IC技術已能提供10 Gbps元件所需的速度。

只保留必要的功能

當然，晶片設計師的工作仍有規則可循，其中一種方法就是去除掉不是絕對必要的晶片。例如，10 Gbps mux/demux晶片可能會將SONET訊號解多工處理為155 Mbps或是標準的622 Mbps，或將10 GbE訊號處理為2.5 Gbps，而不是3.125Gbps。除了客戶已不再使用的功能要去除之外，設計人員也要盡一切可能去調整各項功能，例如調整晶片內相符的阻抗與其他的RF特性、校準電路的不同部件以達到最佳傳輸和熱能效率，甚至在晶片各部位進行能源監控，以及建立喪失最少效能的連接介面等等。

一旦在近期內將FEC建置至mux/demux晶片後，設計師可再加入其他的功能，例如等化、訊息劃分（framing）、時序及放大等。

這些子系統單晶片（Subsystem-on-chip）囊括了真正的系統單晶片專業與功能，也展現了進一步整合所帶來的優勢，未來這類整合更將仰賴光學和IC方面的專業，以期製造出真正能開創新局面的光學與電子元件。

挑戰40 Gbps

長期來看，元件製造商真正的挑戰還在於如何建立出能夠讓系統研發人員達到40 Gbps速度的整合式光電子（Optoelectronic）元件。

40 Gbps的超快速度將可大幅拓展半導體技術的領域，而元件開發人員可能需要使用多種材料和晶圓製造技術。此外，開發人員必須要在符合實際電源耗損的範圍內，來管理傳輸速度；接著，還必須面對降低成本的問題。通常傳輸速度是目前四倍的新一代SONET，其成本不能超過上一代產品的2.5倍。

40 Gbps是一項嶄新的技術，目前市場所提供的元件非常稀少。除了要在既定的成本架構下開發出這些元件外，研發40 Gbps的新一代子系統或整合產品廠商還必須因應上述對新增功能的需求，使解決方案能夠在市場中真正享有獨特的地位。（作者為Agere Systems Transponder行銷總監）