ADSL晶片組市場戰雲密佈

前言：

傳統的56K類比數據機已經沒法滿足這個資訊爆炸的時代，網際網路成為生活中不可或缺的一部份。寬頻時代的來臨，資料傳輸包括語音、視訊和數據等的傳輸。ADSL是最被看好的產品之一。ADSL利用現有的電話線，雙銅絞線來做傳輸，免去了再舖設線路的成本及時間。

傳統電話傳輸音頻，只用到0~4KHz的頻段。類比數據機同樣利用這一個頻段，所以連線上網時不能同時使用電話。ADSL是利用20KHz~1.1MHz這一段頻段來作網路服務，和傳統音頻並不重疊，所以並不需要撥接上線，隨時都在線上。另外，又將此一頻段分割成20KHz~130KHz和140KHz~1,1MHz兩部份，前一段用傳送上行的資料到局端，後一段則用以下載資料。這兩個頻段頻寬並不一樣大，下行比上行大，這也是稱為「非對稱」數位迴路的原因。主因是考量到使用者通常在上網時，下載數據資料等的機會比上傳為高。

圖一、ADSL利用20K~1.1MHz頻段來傳輸數據

資料來源：電子工程專輯　

「數位用戶迴路」(DSL)指的是用戶端僅需要在家中安裝一部DSL數據機，電信公司也需要在交換機房(CO)擺一部DSL接續多工器(DSLAM)。

ADSL數據機傳輸速度和距離有關，這是因為高頻的部份隨著距離的變長，訊號衰減較快。如果希望以6Mbps的下傳速度，必須距離機房2.7公里內，如果僅需要2Mbps的速度，那麼可以距離機房4.6公里遠內。

正如同PC裡面有CPU和南北橋晶片組構成了PC系統的核心，ADSL裡面也一樣有核心晶片組來運作。ADSL工作原理可分為數位類比的轉換、PHY層調解變及編解碼、網路通訊協定、和PC之間的介面來說明。　

表一、ADSL傳輸速度和距離的關係

資料來源：ITIS　

DMT和CAP調變方式 　

通訊是兩個端點的使用者透過通訊系統能準確的互通訊息，而在這互通訊息當中，雜訊的干擾將使得通訊品質的降低，會讓使用者得到不正確的訊息。調變的目的就是藉由對訊號作另一種方式的呈現，提高訊息對雜訊的容忍度，及更好的傳輸品質。

數位訊號通常以高電壓代表1，以低電壓代表0，單純的方形波易受到干擾而變形，必需以一個特定頻率的自然波形載波來承載。數位訊號放置於載波上的工作就是所謂的調變。在接收端收到類比波形再將載波和數位訊號分離出來的過程稱之為解調變。調變的方式會影響實際裝置的容易程度、雜訊的容忍度，以及所得到頻道的寬度等等，是影響通訊品質的關鍵因素。

ADSL的調變方式有CAP和DMT兩種，兩者共同基本技術是QAM調變。QAM相位及振幅調變又稱正交振幅調變，為M位元的調變技術，其中，M=8時稱作8-QAM，利用兩個振幅空間和四個正交相位，達到8位元調變。

80年代末期，xDSL的技術已經開始出現了，在當時，有QAM、CAP和DMT三種調變技術被廠商拿來運用。QAM是通訊業界早已廣泛採用的技術外，DMT和CAP是這些年才開發出來的新技術。93年Bellcore公司舉行了ADSL調變技術的評估，實際測試了QAM、CAP和DMT三種技術的表現，儘管未對外公佈結果，但實際上則是由DMT脫穎而出。ANSI(American National Standards Institute)決定採用DMT作為標準，其後歐洲的通訊標準組織ETRI也將DMT作為標準。　

表二、DMT和CAP調解變技術的比較

資料來源：寶來證券彙整　

兩種技術都佔用到25KHz和1.1MHz的頻帶，因此兩者互不相容。為了通訊順利，必須在CO和CPE同時採用專用設備，雖然以目前大部分使用CAP，但依趨勢來看，在ITU和ANSI採用DMT調變技術之後，DMT最終將成為勝利者。　

ANSI T1.413和G.992.x通訊協定 　

ANSI是美國主要標準制定機構，ITU國際電信聯盟中的CCITT是ITU中的一個小組，這要小組負責發展資料通訊標準。

93年ANSI選擇DMT技術之後，95年底通過了ANSI T1.413 issue 1 通訊協定，除了基本的性能規格，順向錯誤校正的編碼技術trellis coding和回波消除(echo cancellation)等技術規格，列為選項。

98年又通過了ANSI T1.413 issue 2標準，加入了自動和人為的速率調整模式，除了全速ADSL服務外，可鎖定幾個較低傳輸速率，搭配較低廉的收費，用戶可憑本身的需求，選擇最適用的傳輸服務等級，在issue 2中亦增加了ATM聚焦傳輸(TC)層的選項。

表三、ANSI T1.413 issue1和issue 2比較

資料來源：寶來證券製　

儘管ADSL 標準制定出來，然而ADSL的推展並沒有想像中順利，最大問題在於用戶端(CPE)安裝數據機，電信公司技工必須移除負載線圈(load coils)等，並安裝分歧器(splitter)，以區隔音頻和數據信號，幫客戶安裝數據機及軟體，繁複的程序，造成了ADSL的開發障礙。

很多廠商開始嘗試發展無須分歧器的ADSL數據機，但多家廠商有各自的技術，由於電信公司、OEM廠商和通訊設備廠商對於統一的標準的迫切需要，99年6月ITU通過了數個標準，最主要的有G.992.1(G.dmt)全速的傳輸標準和取消了分歧器，最大下傳速率1.5Mbps的標準G.992.2(G.lite)傳輸標準。　

圖二、用戶端架設分歧器與不架設分歧器

資料來源：CONEXANT　

編碼與解碼 　

將要傳輸的資訊形式轉變成適合傳輸過程的形式，需要將數位資訊編碼。常見的編法方式大約可分為兩種：

1. 來源編碼(sourcing coding)：移動及靜止影像的標準編碼，不同的解析度有不同的影像品質，在傳輸影像資料時，需消耗很大的傳輸容量，對於影像資料，有時並不這麼在意精確性，透過編碼技術，來源編碼犧牲一些解析度，減少資料量，使得傳輸時間減短。
2. 頻道編碼(channel coding)：將額外的資訊加入資料數據當中，提供一種檢測或修正傳送錯誤的方法。例如之前提到的trellis coding等即是。　

ADSL晶片組主要有線性驅動IC(Line Driver)、編解碼器(CODEC)、傳輸接收器(Transceiver)、微控器(MCU)和週邊介面控制(UDI)五顆再加上記憶體部分。各家廠所謂的晶片組定義皆不太相同，有的只有不包括Line Driver，有的只專指CODEC和Transceiver兩顆。現今大部分廠商的晶片組皆是DMT調變的，以下所述也以DMT調變為主。　

圖三、 ADSL晶片組

資料來源：IT IS 寶來證券繪製　

Line Driver線型驅動：將訊號放大利於傳輸或接收，通常用高速差分放大器，驅動電壓高達15V，Bipolar製程，屬於ASSP型態。 　

CODEC：依序可分為PGA、LPF及ADC三部份，通常用CMOS Mixed-Mode的製程，亦是ASSP型態。由以下三部分組成：

PGA可程式增益放大器：提供-6dB至+38dB增益，通常分為兩級或更多，可適用於各種線路情況。在線路短、輸入信號大時需要進行衰減，而在線路長超過五公里信號大幅降低時又要有很高的增益。

LPF可程式低通濾波器：濾波器的截止頻率可設置為1.1MHz或552kHz，依使用G.992.1或著是G.992.2協定而調整。

ADC類比數位轉換器：接收濾波器的輸出轉換為數位信號。精度為12位至16位元或著更高。

前端設計上噪聲和線性度是其中兩個最大的難題，線性度不好會降低ADSL系統的整體數據傳輸率。噪聲帶來主要問題是通道性能的下降。　

後端數位處理結構 　

Transceiver：ADSL的PHY層，用來處理調解變及編解碼等工作。用DSP core將從AFE傳送過來的時域數位訊號透過快速富利葉轉換(FFT)轉變為頻域訊號，同時作頻率等化及時間等化的處理。解調變及將資料從256個子頻道中解多工為下一個工作、錯誤校正和資料細胞的結合成一段資料的工作。之後藉由UTOPIA介面和資料鏈節層連接。上傳的順序和下傳正好相反。

MCU：MCU主要用來控制Transceiver和UDI兩者，DMT將100kHz到1.1MHz之間的頻寬切割成256個獨立的子通道，每個子通道所佔用頻寬為4kHz，相當於有256個類比數據機在這條線路中工作。依據每一子通道品質的不同，MCU動態調整每一通道的傳輸位元率，確保ADSL可靠的通訊品質。

UDI：通用裝置介面，提供PCI控制器和介面或者是USB介面等週邊控制。

DRAM及FLASH等記憶體：DRAM做為資料運算的buffer，FLASH則作為相關協定、Code的儲存用。SRAM大都內建在MCU之中。

ADSL晶片組還必須搭配所附的軟體使用，這些軟體對資料鏈結層的主要工作如ATM驅動程式、IP路由及橋接、PPP、IP over ATM、MPOA、AAL SAR、PPP over ATM及SNMP等。　

SOC整合趨勢 　

現今整合成SOC是一種趨勢，主要著重在成本的考量，前端線性驅動IC屬於類比電路，CODEC是屬於Mixed-Mode，兩者要整合進CMOS製程為主的MCU、Transceiver等有其困難。所以前端線性驅動IC和CODEC的整合是一個方向，Transceiver、MCU和UDI等數位線路，同屬CMOS標準製程，整合成另一顆IC是另一個方向。目前是將MCU和UDI先整合成一塊IC，之後在將Transceiver和記憶體整合進來。筆記型電腦對於產品的需求是小型化和輕薄化，這是驅使晶片整合的另一股力量。

SOC通常面臨的另一個難題是產品以後的擴充性，如果需要在某方面功能有升級的可能時，SOC提供較少的彈性讓OEM廠商作選擇。ADSL技術尚未發展完全，有很多的地方都還有技術發展的空間，整合成SOC之後，反而限制了修改設計的空間。

垂直的晶片整合趨勢之外，水平方向的整合是另一個趨勢，傳統的類比V.90、HomePNA家庭網路的整合進來，及VoIP的支援都是一個發展的方向。　

ADSL晶片組市場戰雲密佈 　

同屬寬頻存取端的Cable modem晶片組目前只有少數幾家廠商，Broadcom一家獨大，而在ADSL晶片組市場卻有高達十五家以上的廠商在競爭，ADSL晶片組廠商的解決方面可以分成用戶端(CPE)、用戶端橋接或者路由、局端(CO)來三個方向設計。TI 在三者都有解決方案，產品線完整，以TI為主軸可以看出廠商努力的方向。　

CPE：

個人電腦PC專屬的數據機，一台PC配一個Modem，可採取PCI內接方式或者是USB外接方式。支援的通訊介面也都比較廣泛，內接於PCI，利用電腦裡的CPU來處理MCU所處理的工作，可以省卻購置MCU的成本。如IteX的Apollo系列就是採用這種Controllerless的架構。TI 的AP5內接PCI介面，AU5加上TNETD5160後可外接USB介面，售價約30~45美元。　

表四、TI在用戶端晶片組解決方案

資料來源：TI 寶來證券製　

CPE橋接或路由：

幾台PC共用一台ADSL路由或橋接器，這也是目前ADSL數據機走的比較明確的方向。CABLE 數據機和ADSL數據機同屬寬頻存取網路的解決方案，兩者是競爭的關係。CABLE迴路隨著使用者增加，每個人分到的頻寬減少。而ADSL不管使用者多少，皆維持固定的傳輸速度，通訊品質較有保障。目前趨勢是在家庭端用CABLE數據機市場，而在小型辦公室或者SOHO族，以ADSL橋接或路由器作解決方案。為了保留較大的彈性，橋接或路由的解決方案整合性不強。　

表五、TI在用戶端橋接或路由器解決方案

資料來源：TI 寶來證券製　

CO：

CO端的ADSL晶片組只有Line Driver、CODEC和Transceiver，後端可能接ATM多工器、SONET/SDH等ATM核心網路介面PHY、GigaEthernet高速網路等。Transceiver支援多埠(port)的連接，市場上Transceiver一般支援2~4埠，一些大廠如TI、Lucent、Coexaant等Transceiver 已經可以支援到8埠。目前售價約45美元。　

表六、TI在局端設備解決方案

資料來源：TI 寶來證券製　

TI對於ADSL晶片組的企圖心強烈，提供ADSL晶片組予西門子，該公司係歐洲最大ADSL市場德國電信的基礎建設暨局端設備主要供應商。南韓部分，TI將出貨ADSL晶片組予提供南韓電信設備的現代電子。全球最大市場的美國，TI晶片組已獲IBM採用，為美國最大區域電話公司SBC Communications在個人電腦等設備架設ADSL數據機，希望成為ADSL晶片組領導廠商。其他廠商概況如下所述：　

CONEXANT：為類比數據機最大供應商， AccessRunner系列中，有三種解決方案。CPE端有PCI和Ethernet/USB兩種典型解決方案，另外一種水平整合了HomePHA、V.90和Ethernet的PCI ADSL晶片組，加上了Ethernet和HomePNA的實體層。CONEXANT於局端設備CN9009為8-port非同步數位用戶迴路晶片組，將每個通訊埠的類比前端與線路驅動器整合在單一裝置中，可直接應用在局端DSL存取多工器的線路卡，以提供高速的網際網路存取服務。客戶有Accton、Mac、BeWAN、Digicom、Olitec及王安電腦等。　

聯特利(IteX)：由台灣聯電、鴻海集團及美國Intel公司共同在矽谷投資成立，於今年8月19日在美國Nasdaq交易所順利上市，主要業務為設計及製造ADSL相關設備。IteX主要針對CPE端小型辦公室和SOHO族市場來設計，晶片組中不包含MCU， MCU的工作交由現今強大PC中的CPU來代勞，Controllerless的架構，只能用於PCI的插卡架構。

Alcatel：ADSL市場的領導者之一，全球市佔率52%，99年擁有超過70家的使用者，本身亦是數據機的出貨商，解決方案為DynaMite，產品為MTK-2014x系列。　

Analog Device：上一代產品MSP910晶片組是98年熱門產品，在全球CO和CPE端，擁有50 家的使用廠商，使得ADI在98年晶片組市場出貨量居於領導地位。第二代為MSP918晶片組，為上一代加強版，最新一代為MSP930。　

Globespan:擁有CAP調變技術，但在ANSI T1.413將DMT調變技術列為標準之後，也將DMT調變加進去，同時支援CAP及DMT調變。新推出一款升級軟體，除可將其G.lite晶片組TitaniumForte的速度上限，由1.5Mbps提高至4Mbps

Lucent：朗訊ADSL晶片組WildWire家族，最新CO端片組能在各種G.DMT、G.Lite、美國國家標準機構T1413 Issue 2-based連線組合中，同步處理8個ADSL傳輸電路。朗訊的晶片組能在每個電路小於1.4瓦特的超低電源中作業。朗訊表示，朗訊新式8電路晶片組的設計，與該公司先前推出的WildWire ADSL晶片組相容，WildWire ADSL晶片組主要供個人電腦及零售的單機數據機使用，客戶有Dell、Samsung、HO、Compaq等。

Virata：Virata以ATOM架構為核心，開發了一系列的雙處理器架構的MCU，技術的能力著重在整合各種介面及協定。並結合其軟體的開發能力提供能輕易上手的解決方案。雙處理器的核心為兩顆ARM7TDMI RISC core，一顆為協定處理器，負責實體層的管理。另一顆為網路處理器，負責layer 2/3的控制。　

Virata之CPU

資料來源：Virata 寶來證券彙整　

除了上述幾家大廠之外，還有Aware、PairGain、Orckit、Centillum等廠商，寬頻天王Broadcom也藉由收購IC設計公司Element 14，藉此搶進非對稱數位用戶迴路（ADSL）晶片組市場。ADSL晶片組朝向SOC的方向發展，這是各家晶片組廠商共同的目標，在OEM廠商選擇晶片組在於各家晶片組廠商、Time to Market、效能、成本因素等來作一個整體的考量。

台灣ADSL晶片組切入機會 　

台灣為全球電腦王國，PC的上、中、下游的零組件發展完備，就連PC上南北橋晶片組在世界上都佔有舉足輕重的地位，對於ADSL晶片組佔ADSL數據機成本的25%，是不是也有機會切入這塊領域呢?

從八位元APPLE電腦至今Pentium系列電腦，台灣主要以從事代工起家，開始時以系統組裝為主，切入了零組件，滑鼠、鍵盤、CRT等週邊設備，在台灣量大成本優勢的競爭力下，國際大廠紛紛委託台灣廠商來代工，使台灣成為最大PC製造王國，市場並不僅僅侷限於台灣市場，而是在全球市場，市場夠大，關鍵晶片組佔成本比重增加，這個誘因促使台灣IC設計業者來開發晶片組，以低價策略搶進市場。台灣的競爭優勢在標準產品上價格的競爭力。產業的發展也游下往上。

ADSL數據機在CPE端和CO端的收發要能夠匹配，各家廠商匹配程度不一，CO端和CPE 端的需要經過連通測試。各國電信局的標案CPE端廠商通常要找一個CO端廠商作搭配，像是我國中華電信的標案CPE端的合勤和CO端的Lucent、CPE端的亞旭和局端的Nokia等。和PC不同的是ADSL數據機的市場沒未拓展到零售商，出貨大都以電信局標案為主。

台灣在CPE端數據機出貨量也算大宗，量大的市場已經看到了，照PC發展模式，最關鍵的晶片組此時應有機會，CPE端的晶片組開發門檻較低，切入機會較大，但只發展CPE端的晶片組和世界上眾多ADSL晶片組廠商差別不大，以低價切入市場，在市場眾多廠商定位並沒有明顯差別的情況下，易於造成削價競爭局面，況且和局端的配合障礙是一大阻力，所以CO端的晶片組應和CPE端一同開發，在CO端和CPE端的晶片組解決方案都能掌控，再配合製造的優勢，才足以和世界眾多投入ADSL晶片組廠商競爭。