隨著Wi-Fi／移動通信等無線射頻標準，不斷的提升并且邁向破GHz的超高頻信號化發(fā)展，對IC設計、PCB、連接器、纜線到測量儀器供應商，以及終端產(chǎn)品業(yè)者而言，都是邁向高頻化時代不得不面對的嚴酷考驗…

移動設備從內(nèi)而外 從有線到無線均朝高頻化發(fā)展

CPU研發(fā)趨勢已不強調(diào)頻率而轉(zhuǎn)向多核心發(fā)展，從PC到平板、智能手機等移動設備都可看出這樣的趨勢。由于云端運算應用、互聯(lián)網(wǎng)移動化、視網(wǎng)膜4K顯示畫質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)分析的潮流下，無論是x86架構(gòu)的桌機、筆記本、Ultrabook到變形平板，或者走ARM架構(gòu)的智能手機／平板等移動設備，仍不斷的從平臺架構(gòu)上做時脈／頻率的超高頻化。

802.11ac已成Wi-Fi主流，下階段將朝60GHz WiGig(802.11ad)邁進

從3G/3.5G到4G標準演進中，4G標準由LTE勝出。Source：ITU、3GPP

從內(nèi)部系統(tǒng)匯流排，對外外圍接口，以至于無線射頻如Wi-Fi 802.11ac/ad、WiHD 802.15ad與3G/4G LTE等全面提升。動輒數(shù)GHz甚至數(shù)十GHz的超高頻信號，無論是IC設計業(yè)者從上游選用PHY IP，傳輸接口／連接器與PCB材質(zhì)的選項，線路設計，到高頻測量信號工具儀器的選用等，都是極為嚴峻的考驗。

PCIe匯流排發(fā)展直追光纖

從2004年英特爾主導并力推的PCI Express串行匯流排v1.0出現(xiàn)，以提供x1～x16線路的彈性化設計，全雙工傳輸速率2.5～80Gbps，迅速的成為處理器與芯片組平臺芯片、橋接芯片，以及高階工作站、服務器附加卡的接口標準。

經(jīng)過不少世代演進，2011～12年PCI-E 3.0(Gen3)已成主流規(guī)格，單線道(lane)傳輸頻率已達8GT/s；而未來采16～24GT/s的PCI Express 4.0(Gen 4)規(guī)范已蓄勢待發(fā)，將于2014年底最遲2015年正式定案。

與PCIe系出同源的串行實體層高頻電路技術(shù)，也泛用于象是USB 3.0、Thunderbolt、SATA Express、NVM Express (SFF-8639)，以及源自移動設備如手機、平板所使用的Mobile PCIe。象是PCI SIG與SATA I/O組織合作，導入針對PC/NB使用的SATA Express (SFF-8482)與NVM Express (SFF-8639)接口規(guī)格。

前者能與既有SATA 6G兼容，且提供x2 Lane，傳輸帶寬擴大到2GB/s；后者則應用于高效能工作站／服務器，提供x4 Lane，傳輸帶寬拉高到4GB/s，并與既有的SATA 6G、SAS、SATA Express接頭兼容。

PCI SIG甚至提出OcuLink的外接接口，以銅軸／光纖纜線作為傳輸材質(zhì)，同樣提供PCIe 3.0 x4 Lane的界面規(guī)格，傳輸速率可達32Gbps(4GB/s)，可作為通訊機臺／網(wǎng)絡連接裝置等外接以太網(wǎng)絡接口的新選擇。

有線影音線材／連接頭的高頻化

2013年9月HDMI 2.0，輸出帶寬提高到18Gbps，支持雙屏幕、21:9超寬比例，以及3840x2160/4096x2160p60等4K格式項。支持HDMI 2.0的4K UHD電視與相關影音設備，預計2014年下半問世。

而由Nokia、三星、晶鐌、索尼與東芝等大廠建立MHL(Mobile High Definition Link)接口聯(lián)盟，在手機與電視端各加一組MHL收發(fā)芯片，以既有的microUSB連接線，傳輸手機的HDMI信號到電視。目前MHL 2.0提供1080p HD/8聲道的影音內(nèi)容，支持HDCP、3D畫面并可藉由電視來為手機充電，未來MHL 3.0將支持到4K UHD的分辨率。

Display Port (DP)顯示埠接口是視訊電子標準協(xié)會(VESA)于2006年5月所發(fā)表的數(shù)碼式視訊接口標準。它無須任何授權(quán)金，具備多屏幕輸出能力，且傳輸帶寬比HDMI還高，也被廣泛納入各顯卡、集成型芯片組甚至被融入Thunderbolt匯流排規(guī)格的協(xié)定層內(nèi)。許多高階顯卡同時支持HDMI與DisplayPort兩種顯示規(guī)格，并提供適當?shù)霓D(zhuǎn)接頭。

而Intel于2011年發(fā)表DP+PCI Express+GP I/O三合一的ThunderBolt匯流排，雙向傳輸速率為10Gbps，使用miniDP Port的連接頭，銅軸或光纖(100公尺)兩種連接線方式，連接最多6個Thunderbolt外圍。

除蘋果MacBook Pro產(chǎn)品外，另外也有少數(shù)廠商筆記本、AIO一體機支持。2013年Q1 Intel宣布Thunderbolt 2.0，傳輸速度提升到雙向20Gbps并支持4K輸出，向下兼容Thunderbolt 1.0。相關產(chǎn)品預計2014底面市。

即將于2014年底亮相的USB 3.1，將追加A/V獨立帶寬、Type-C新型態(tài)連接頭與倍增為10Gbps的聯(lián)機速率，以低成本與既有外圍兼容性之姿，挑戰(zhàn)外圍速率霸主的Thunderbolt。

無線網(wǎng)絡與移動通信技術(shù)演進趨勢

于2014年1月正式定案的802.11ac規(guī)格，以較少干擾的5GHz(從4.9～6.0GHz)射頻頻段，OFDM正交分頻多工、QAM256載波調(diào)變以及波束成型(Beamforming)技術(shù)，傳輸速率達到1.3Gbps(3天線／3資料串流)～7Gbps(8天線／8資料串流／160MHz)，足可實時傳輸高清影音(Full HD)甚至4K(3840x2160)影音串流規(guī)格。

802.11ac也被跟2.4/5GHz 802.11n向下兼容能力，當網(wǎng)卡無法查找到5GHz頻段以802.11ac最高速連接時，會切回5GHz甚至2.4GHz以802.11n聯(lián)機模式進行無線傳輸。

至于60GHz超高頻無線技術(shù)，有2006年WirelessHD(后來更名為WiHD)以及2009年WiGig兩大聯(lián)盟的競逐。前者聯(lián)盟成員有博通、英特爾、樂金、NEC、松下、索尼、三星、東芝、SiBEAM與Philips，SiBEAM是唯一的射頻芯片供應商，后來被晶鐌(SiliconImage)所購并。WiHD以60GHz頻段、IEEE 802.15.3c規(guī)格為基礎，傳輸速率10～28Gbps。

WiGig聯(lián)盟成員有英特爾、超微、博通、思科、Qualcomm/Atheros、Marvell、聯(lián)發(fā)科、WiLocity、NEC、微軟、NOKIA、輝達、Panasonic、三星與東芝等，以IEEE 802.11ad規(guī)格為基礎，傳輸速率達7Gbps。

但WiGig已成功的與Wi-Fi聯(lián)盟的2.4GHz 802.11b/g/n、5GHz頻段的802.11ac集成，達到三頻(2.4/5/60GHz)多模共享的境界。Wilocity于2014年2月發(fā)布28納米制程的802.11ad WiGig芯片，于第3季起開始送樣。

至于移動通信標準部分，2005年英特爾與諾基亞合推WiMax (IEEE 802.16e)，從2007年起陸續(xù)在美國、澳洲、日韓、臺灣以及非洲新興國家布建；LTE (Long Term Evolution長期演進技術(shù))則是3GPP協(xié)會以UMTS/WCDMA、HSDPA/HSPA+所制定的過渡性規(guī)格。兩者均根基于OFDM調(diào)變技術(shù)，融入IP封包傳輸、可調(diào)整帶寬、連接適配性與多天線(MIMO)技術(shù)。

由于WiMax電波在室內(nèi)滲透率不佳，而LTE仗著規(guī)格確立、既有2G/3G設備機臺升級優(yōu)勢與眾多電信營運商的支持，2010年起陸續(xù)于大陸、香港、日本、韓國、美國等地開始商業(yè)化營運，2010年中Intel裁撤WiMAX部門，至此4G規(guī)格底定由LTE勝出。各地WiMAX營運商紛紛轉(zhuǎn)向LTE，或寄望藉由未來配備升級到TD-LTE的方式來因應。

4G移動設備須具備CDMA/LTE、GSM/UMTS/LTE、UMTS/LTE、GSM/WiMAX、WiMAX等各種工作模式，也需要能在700/900MHz、1.5～1.9GHz、2.1～2.6GHz、3.3～3.5GHz等全球頻譜下操作，并確保跟Wi-Fi、BT-FM、GPS、NFC與其它無線規(guī)格的連接性。

從IP、PCB到線材／裝置驗證的超高頻挑戰(zhàn)

目前在8/16/25Gbps超高頻SerDes實體層IP部分，象是Gennum公司已著手開發(fā)32Gbps SerDes串行解串器的實體層線路IP(Snowbush IP)，后來被瑞士商升特(Semtech)買下，成為其PCIe 3.0與高速網(wǎng)絡IP的推廣利器；臺灣創(chuàng)意電子(GUC)也掌握10/25Gbps SerDes PHY IP技術(shù)。

新思科技(Synopsys)提供DesignWare電路自動化設計軟件，可以進行16Gbps PHY的設計驗證作業(yè)。愛德萬測試(Advantest)開始提供半導體業(yè)界針對16Gbps高頻的數(shù)碼測量模塊。

在USB 3.0、SATA、PCIe 3.0、Thunderbolt、HDMI、DP等高頻信號，以至于預留未來PCIe 4.0、USB 3.1、Thunderbolt 2.0接口的測試驗證上，目前像安捷倫(Agilent)、太克(Tektronix)、美商國家儀器(NI)、羅德史瓦茲(R&S)等均提供串行信號產(chǎn)生器、錯誤碼分析儀等組合，來協(xié)助業(yè)者進行8/16/25/32Gbps與無線射頻測量方案，安捷倫更備妥60GHz 802.11ad/WiHD超高頻信號的測量與驗證解決方案。

無線射頻部分，艾法斯(AeroFlex)則推出符合3GPP Rel8~Rel11(LTE/LTE-A)規(guī)范的TM500、EAST500準基地臺測試系統(tǒng)。供OEM/ODM或?qū)嶒炇覚C構(gòu)做終端產(chǎn)品OTA (Over the Air)電磁測量。

在臺灣有耕興(Sporton)的新竹實驗室，提供包含WiMax、4G LTE、WiHD／802.11ad／WiGig之測試，臺灣檢驗科技(SGS)則提供4G LTE、WiFi 802.11a/b/g/n與ICT產(chǎn)品電磁兼容測試(EMC)。必維國際集團香港商立德國際(Bureau Veritas ADT；BV ADT)也提供全球WiMAX、LTE測試認證服務。

百佳泰(Allion)于2013年6月成為Wi-Fi CERTIFIED ac認證計畫的認證測試實驗室(ATL)，并提供HDMI、DP、MHL、USB-IF USB3/3.1、SATA、SAS等連接器、纜線等規(guī)格認證與電氣特性檢驗服務。