10G Sonet/SDH芯片突破带宽瓶颈

上网时间: 2000年10月01日? 作者:John H.Mayer? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:10G Sonet/SDH芯片?

领先的长途电话公司突然热衷于对下一代的OC-192设备进行大规模投资,这给10Gbit/s IC市场点着了一把火。此外,急剧增长的Internet流量,以及电子商务、声像娱乐及其它新推出的服务,对10Gbit/s市场起到了推波助澜的作用。

“过去三个月中,在10Gbit/s市场,我们已经从5%-10%的增长率,发展到现在的25%-30%或更高的增长率。”Vitesse Semiconductor公司通信产品分部市场经理Greg Borodaty表示。

制造工艺的不断提高,将使产品的性价比发生变化,10Gbit/s OC-192方案变成可与波分复用(WDM)方案相竞争的替代方案。

砷化镓(GaAs)IC是主流技术

Vitesse最近推出了VSC8173 16:1 复用以及VSC8174 1:16 解复用10Gbit/s 芯片组, 适用于OC-192 及 STM-6? 方案。该公司以前的产品都采用0.4微米GaAs工艺制造,而最新推出的产品则采用该公司新的H-GaAs-V 0.25微米工艺。“这种器件的功耗只有以前产品的一半,而性能则丝毫不差。”Borodaty说。与上一代芯片组相比,新工艺还将成本降低了50%。

Vitesse的VSC8173/74与前代产品VSC8171/72具有相同的价格,但增加了更多的功能。“在VSC8173中我们加进了FIFO,有助于设计者消除定时信号的偏移,这种偏移起源于驱动复用电路的CMOS器件。当CMOS器件工作在622Mbits/s时容易受潮,因而会产生温度和电压偏移。”Borodaty说。VSC8174增加了双时钟输出功能,设计者可将其中的一路时钟用于产生基准信号,另一路用于驱动CMOS器件的下行信号。

两款芯片都工作于标准的OC-192 9.953Gbits/s速率,最高速率可达10.66 Gbits/s,具有前向纠错功能。该芯片组可与Vitesse模拟前端IC、成帧器、激光驱动器以及包处理器相配合,构成完整的用户线电路。

Oki半导体公司同样也选择了GaAs工艺制造10Gbit/s芯片。据该公司GaAs及RF产品分部主任Moni Mathew称,砷化镓是制造高速网络芯片的理想材料。

Oki的GaAs 0.2微米专利工艺基于MESFET(金属半导体场效应管)技术,该工艺可将器件的功耗降至最低。基于该工艺的逻辑IC采用存储单元触发器,工作速率为传统6NOR门电路的两倍,且功耗更低。该工艺还具有与ECL兼容的信号接口,可简化多产品之间的连接问题。

为降低OC-192网络的成本,今年一月,Oki新推出了三款10Gbit/s系列芯片。包括一款16:1复用器IC,一款1:16解复用器IC,以及一款限幅放大器IC。

其中KGL4221复用芯片和KGL4222解复用芯片可通过同步并入16位并行数据流,将数据在低频之间进行转换。两款芯片均采用MESFET GaAs工艺制造。

KGL4217限幅放大器功耗仅为0.25W。该芯片采用基于GaAs的假晶高电子迁移率晶体管工艺制造。

硅锗材料――更低的成本和功耗

其它一些公司则倾向于选择SiGe(硅锗)或特殊的BiCMOS工艺,用于OC-192网络的接收器以及复用/解复用芯片。

SiGe的支持者声称,与GaAs相比,该技术具有低成本、低功耗的潜力,同时支持更高级别的功能集成。例如,Infineon Technologies(亿恒科技)在最新的OC-192/ STM-6? Sonet/SDH芯片组中采用了SiGe工艺。这种B7HF SiGe工艺基于该公司已有的B6HF双极工艺,器件穿越频率可超过75GHz。采用此技术,亿恒科技已经推出了一些低功耗器件。

“GaAs技术尽管很先进,但仍然存在功耗大的问题,”亿恒科技的高速通信IC产品市场经理Holger Hoeltke表示。1:16的 10Gbit/s GaAs复用器芯片每路功耗达4.5W,Hoeltke说,而且随着电路密度的增加,功耗变成一个很大的问题。

该芯片组包括激光二极管驱动器(LDD)、复用器和解复用器、串行时钟和数据恢复器(CDR)、以及互阻抗放大器。

其中LDD采用单5V供电电压,功耗1.7W,适用于单传送线路或差分传送线路上50Ω电吸收模块或激光二极管驱动电路。复用器和解复用器芯片,符合光互联网论坛物理层小组的OIF 99.102推荐标准要求。FOA41001B1 10Gbit/s复用器带有低噪声LC VCO,满足Bellcore's OC-192规定的抖动指标,电路中还集成了一路假8位FIFO;FOA51001B1解复用器通过采用对数据高敏感性的CDR,允许设计者将互阻抗放大器直接连至FOA51001B1,从而可以省掉限幅放大器,以此来增加系统容限。两款器件都具有622 Mbits/s的差分LVDS接口,无需外部元件,采用单3.3V或5V电压供电。功耗约为1W。

该芯片组中的FOA31002A1系列CDR芯片用于数据再生及重定时、自动调整重定时时钟相位,并可调整输入信号阀值,功耗1~1.5W。因为具有较高的互阻抗,FOA1102A1互阻抗放大器在许多接收器应用中可省去一个后级放大器。该芯片数据传输速率为10.7 Gbits/s,功耗仅170mW。

通过与IBM长期合作,Advanced Micro Circuits 公司向市场推出了两款OC-192速率的SiGe芯片。这两款型号分别为S3091 和 S3092的芯片支持AMCC的Indus规格,这是一种新的CMOS Sonet格式,可将四路OC-48汇集成一路10-Gbit/s。

虽然通过采用CMOS工艺,成帧器成本可以降下来,但是芯片需要从一个16位6MHz的并行总线处接受或发送数据,以达到10Gbit/s的数据速率。S3091接收从Indus发来的数据并将其转化成速率为10-Gbit/s的串行数据流,然后发送至光纤;相应的,S3092接收器工作于电路的另一侧,它首先搜集OC-192数据流并将之转化成并行数据,然后通过串行总线将其传送到Indus。

凭着一贯采用标准CMOS的潜在优势,Lucent Technologies(朗讯科技)微电子部为OC-192 Sonet传输网开发出新的四层SiGe工艺。该技术允许设计者在光纤通信设备中将存储块、DSP内核及其它传统的基于CMOS的IP内核同高速SiGe接口结合起来。

对于Sonet应用,朗讯科技将该技术进行了调整以支持具有低抖动的快速交换网络。OEM用户还可使用朗讯科技用于COM-1 0.25微米CMOS设计的CAD系统、ASIC单元以及宏单元库。

朗讯科技的管理人员认为,SiGe与其它竞争技术的最大不同是,它是一种从主流CMOS工艺中分离出来的特殊双极工艺。

朗讯微电子部首席技术官员Mark Pinto表示:“我们已经在贝尔实验室进行了SiGe技术的前沿研究,并将其作为一种工艺模式进行了试验。其中采用了具有成本效益的基于CMOS的技术,应用该技术我们制造了用于通信设备的系统级芯片。”采用这种新工艺的首款产品将于今年晚些时候面世。

沿袭前代产品道路,集成多种功能

许多供应商认为,在今后几年中,10Gbit/s IC市场将走一条功能集成的道路,类似于前几年2.5Gbit/s OC-48市场那样。

“在供应商刚开始提供2.5Gbit/s的产品时,他们仅提供单个的复用及解复用芯片,而且所有的模拟功能都是独立的,”Borodaty说,“接着,他们将复用器与时钟乘法器(CMU)集成,解复用器与时钟恢复器集成。今天在10 Gbit/s市场上我们会看到同样的做法。”

今天,OEM厂家在2.5Gbit/s市场上可以买到集成了复用、解复用、时钟乘法器和时钟恢复等所有功能的收发器芯片。“在今后12到18个月当中,我相信对于10Gbit/s收发器芯片我们也会看到类似的情况。”Borodaty说。

虽然有10G产品的追击,但在2.5 Gbit/s OC-48市场,集成的步伐没有丝毫慢下来的迹象。其中的例子之一是PMC-Sierra于上个月推出的PM5381 S/UNI-2488芯片。该芯片是首款包含了模拟时钟和数据恢复、时钟合成、串行化/去串行化、以及数字成帧功能的全CMOS芯片。

该芯片组取代了六种独立的芯片,包括时钟恢复、时钟合成、串行化/去串行化、Sonet/SDH成帧器、ATM单元处理器、Packet-over-Sonet 第三层流量信元/包接口以及串行背板端口等。“此外,S/UNI-2488是首款包含串行背板端口的OC-48芯片,可在收发器中提供双模式功能。”PMC副总裁Steve Pena表示。

“对于标准的交换机-交换机和路由器-路由器连接,S/UNI-2488可将串行光纤线输入至并行PL3系统背板接口。”Pena说。

“但对于多业务流量的应用场合,Sonet/SDH必须分开处理每路STM-1信道。这时串行背板端口可以将数据流重新汇聚成高速串行数据流,直接传送到外部交叉连接设备。这使得S/UNI-2488在功能上相当于一片串-并-串处理器。”他说。

此外,如果DWDM设备制造商将S/UNI-2488用于其WDM设备的串行背板端口,它可细分次波长,使在单条2.4Gbit/s λ波长上提供多业务成为可能。

在该芯片推出之前,PMC-Sierra于四月份还推出了CHESS(用于Sonet/SDH的通道化引擎)OC-48芯片组,它支持在同一硬件平台上完成IP路由集成、ATM/帧中继交换、Sonet/SDH数字交叉连接/分插复用以及DWDM传送等多种功能。

藉双速率Sonet/SDH细分功能,该芯片组可以帮助通信运营商优化现有的网络带宽、λ波长、设备外形尺寸等,提高他们在下一代设备中的服务水平。

下一代产品IC技术尚待分晓

通信IC厂家正在准备迎接下一轮挑战:40Gbit/s OC-768应用。有些厂家预言下一代技术将取得快速突破。

“10Gbit/s技术最早出现在1995年,然后花了五年时间,现在已看到有些量产,”Borodaty说,“但40G技术步伐似乎会更快。根据我们所了解的用户的兴趣来看,达到批量生产很可能只需要3年的时间。”第一款产品还处于实验室阶段,以这种速度来看,随着时间的推移哪一种IC工艺技术可以脱颖很快会见分晓。

Vitesse曾经有段时间独家掌握GaAs IC的制造技术,此外,他们还掌握了多种IC制造技术,包括CMOS、SiGe及其它技术等。但现在经过仔细地评估后,该公司计划针对于40Gbit/s产品,他们将转向磷化铟(InP)技术。该公司认为主要原因是,与其它技术相比,InP技术在晶体管导通时具有高的截止频率,以及低的阀值电压。此外,该技术还具有集成优势,仅需采用一道工序就可以将所有器件提升到包处理阶段。

Vitesse还计划将InP技术用于交互阻抗放大器、后级放大器、激光驱动器、复用/解复用芯片、时钟乘法器以及时钟恢复电路等。公司管理人员预测,采用InP技术的OC-768样品将于2000年较晚时候面世,批量生产则要到2002年底。

其它公司如朗讯科技和亿恒科技正在寻找如SiGe或一些专门派生或混合的工艺技术,用于下一代解决方案。


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