用於儲存與區域網路之160Gbps乙太網路光電元件技術---子計畫一：160Gbps乙太網路光電元件與系統(I)

Abstract

隨著世界網路通信量的加速增加，不論是網路服務的提供者或者是企業網路的管理或建 構者都在尋找高速的傳輸技術以滿足對頻寬的要求。在25 年的發展中，乙太網路 (Ethernet) 不斷的演變以滿足封包交換 (packet-switched) 網路的需求。在語音（voice, circuit-switched） 與資料（data, packet-switched）網路逐漸整合而成為單一網路架構之時，封包交換網路已被 認為是下一世代傳送所謂triple-play (voice, data and video) 的平台。因為乙太網路的低安裝 成本、已知的可靠性、和簡單的安裝與維修，乙太網路已經成為今日網際網路的標準。超過 90%的網際網路的通信資料是以乙太網路的標準傳輸的。多模光纖早已被大量的使用在局部 網路、儲存網路、和網路中心與交換機房以提供低價和短距的光傳輸系統。根據調查資料顯 示，在安裝多模光纖的建築物中，超過75%是安裝傳統的62.5 μm 多模光纖。而10Gb/s 的 乙太網路在此種光纖中，因為多模傳輸之色散現象引起之多模色散差 (differential mode delays, DMDs)，僅能傳輸不到100 公尺的距離。而90%的已安裝多模光纖是在300 公尺之內， 因此如何能將10Gb/s 乙太網路的信號傳輸到300 公尺成為影響此一標準被採用的重要指 標。我們認為要達成此一目標，最經濟也最具有研究價值的方法是使用electronic equalizer (EQ)，我們深信，以silicon 為基礎的處理平台，將是一最有效也最經濟的處理平台。如同諾 貝爾獎得主Arno Penzias 所言 「When you find yourself competing with silicon, don』t.」。由於 光目前無法提供較複雜的處理功能，也就是所謂的智慧 (intelligent)，因此當光信號因為 DMDs 而導致信號間的干擾時，如果想在光上作補償通常是一件較昂貴或是困難的事。但是 當光信號轉成電信號之後，由於電信號處理在最近幾年突飛猛進的發展，使得不論在類比信 號處理和數位信號處理上，都有著驚人的進展。更進一步來說，因為EQ 能與CDR (Clock and Data Recovery) IC 結合在一起，更讓此一功能幾乎在不增加成本之下，明顯的改善通信品質， 完成傳輸到300 公尺的目標。在完成第一階段的任務之後，我們將致力於下一世代的乙太網 路的開發。我們相信與100 Gb/s 比起來，40 Gb/s 將是一較合理的平台。我們相信，如果仍 然採用單純的on-off keying (OOK)，將需要非常高頻的 (40 GHz) 的驅動電路，高速封裝平 台、光發射器以及光接收器，由於目前CMOS 的技術尚未成熟到這麼高速的頻段，因此這 將對成本造成重大的衝擊而限制其被採用的範圍。因此利用多階調製模式 (multi-level modulation format) 以較低速的頻寬攜帶較多的位元（例如如果四階的調製，每一位階將攜 帶二個位元碼的信號）再加上功能強大的EQ，將是另一個較佳之取代方案。因此我們將採 用20 GHz 的元件與電路，以四階信號調製取代傳統之OOK，再加上20 GHz 之信號處理器 與驅動動器，我們相信這將是較合理且可行的方案。最後再以四路光路平行傳輸，以完成160 Gb/s。