為了協助資料中心與無線應用加速資料傳輸和提高網路效率,芯科科技(Silicon Labs)推出兩款以乙太網路(Ethernet)為基礎的高整合時脈(clock)晶片系列,有助於簡化複雜的10/25/100G與無線時脈設計,並進一步協助打造高頻寬與高容量的基礎設施。

使用者對於網際網路的頻寬與速度要求日益提高——特別是視訊流量,正帶動時序產品市場成長。Silicon Labs時序產品行銷總監James Wilson引用思科(Cisco)的資料表示,2021年以前,全球預計將有46億的網際網路用戶以及271億連網裝置,而其中有82%的IP流量都來自視訊。

然而,目前的網路設計均著重於資料與語音,並非為視訊最佳化。因此,他預計在接下來的幾年,當業界過渡至更高速的資料中心與5G網路,將著重於打造以視訊為主的網路,並進一步帶動市場對於更高性能的時序產品需求。

20171108_Silabs_NT31P1 為了打造高效率的資料中心與無線應用,新一代高速網路需求正驅動高性能時序方案市場成長(來源:Silicon Labs)

James Wilson指出,時序產品就像是樂團中掌握樂曲節奏的鼓手一樣,為電子系統執行計時、同步與設定時間間隔等重要功能。因此,「時序產品的關鍵就在於超低抖動(jitter),才能實現最高的資料速率。因為抖動就像是時脈的雜訊,對於高速度、高性能的產品而言,抖動必須越低越好。」

為了產生高品質、高傳真度與低抖動的時脈訊號,Silicon Labs分別為無線領域與資料中心推出以乙太網路協議為基礎的高性能時脈系列。Si538x LTE + 乙太網路時脈是首款針對4.5G無線接取網路(RAN)而設計的時脈IC,利用DSPLL技術提供整合無線與乙太網路時脈於一的單晶片時脈方案,同時整合晶體參考而無需外部晶體元件與壓控振盪器(VCXO),因而能提供比競爭方案功耗更低55%、尺寸更小70%的最佳化時序方案。

James Wilson解釋,4.5G是邁向5G的第一步,營運商正積極擴增網路容量與覆蓋範圍,並部署各種網路應用,包括擴展都會區覆蓋範圍的小型蜂巢網路(Small Cell)、提升建築物內部訊號的分散式天線系統(DAS)、回程網路(backhaul)設備以及基頻單元(BBU)等,但在利用這些技術擴展覆蓋範圍與容量之際,也面對著新一代網路複雜度帶來的硬體設計挑戰。

例如,「從4G/LTE過渡至4.5G,低頻寬、點對點的前程網路(CPRI)將升級至基於乙太網路協議的eCPRI,並連接多個RRH至基頻單元,以支援更高容量的網路,讓更多用戶連接至DAS與Small Cell。」儘管網路變得更複雜,透過高整合的Si5381/82/86時脈IC可望為此4.5G和eCPRI無線應用簡化設計。

預計接下來將會看到更多的設計行動與網路部署,而針對最終在2019年即將實現的5G,James Wilson說Silicon Labs也作好了準備,新增同步功能的5G時脈元件正積極開發中。

此外,Silicon Labs並針對10/25/100G應用提供高整合的時脈解決方案。Si5332時脈元件利用MultiSynth小數型時脈合成技術,提供高度的頻率靈活性和230fs rms的抖動性能,涵蓋6/8/12個時脈輸出選項,可為大型資料中心交換器、伺服器、儲存、網路、Small Cell、寬頻、廣播視訊和工業應用等具有嚴苛抖動要求的應用實現時脈樹整合。

James Wilson表示,從10G過渡到25/40/100G乙太網路,資料中心設備製造商正升級至更高速率的交換機和接取埠,而這必須採用高性能、更低抖動的時脈序方案。Si5332任意頻率時脈產生器為下一代資料中心的高速串列互連提供強化的參考時脈,專門用於簡化時脈樹設計,且不影響性能或功耗。

新系列並支援最新的PCI Express 4.0標準,提供60%的抖動容限。相較於競爭方案,Si5332整合內部電源調節器而無需昂貴的外部低壓差(LDO)穩壓器,電源效率最佳化的MultiSynth架構可使功耗降低50-60%,而其230fs rms的抖動性能也優於競爭方案2-5倍。

Silicon Labs尤其看好台灣在其時脈產品市場的重要性。James Wilson表示,「隨著跨國公司將研發中心移至台灣,越來越多的資料中心硬體都在台灣設計。因此,在業界轉型至更高效率資料中心之際,台灣扮演為全球資料中心提供高性能硬體的重要角色,將驅動對於更多時脈方案的需求。此外,台灣有許多專精於無線技術的硬體設計公司,當然也是Si538x時脈系列的重要市場。」