標準改朝換代 傳輸介面影音/充電規格大翻新
傳輸介面將引爆新一輪規格戰火。通用序列匯流排開發者論壇(USB-IF)於2013年下半年發布USB 3.1標準後，再計畫於2014年第三季公布USB Type-C連接器規格，並預定於2014年底推出USB電力傳輸(PD)2.0版本。這一連串新規格的發布，可望進一步強化USB資料傳輸速率、微型化接口及提供更高充電電力，讓USB在高速傳輸介面市場的地位更形穩固。
速率/充電/接口大升級 三大USB標準重裝登場
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| 圖1 威鋒電子產品中心副總經理許錦松表示，USB 3.1標準傳輸速率衝上10Gbit/s，成為通吃所有應用的最大利器。 |
2013年8月，最新版USB 3.1標準正式出爐，傳輸速率高達10Gbit/s。威鋒電子產品中心副總經理許錦松(圖1)表示，USB 3.1標準最大的特色即是其超高頻寬，可讓終端用戶透過擴充基座(Docking)，同時享受傳輸4K×2K解析度的影音內容和高達450MB/s的固態硬碟(SSD)傳輸速率等使用體驗。
接緊著，USB Type-C連接器亦將於今年下半年問世；許多晶片商、連接器和原始設備製造商(OEM)已齊聲按讚，並紛紛投入研發之下，使其已未演先轟動。
威鋒電子產品中心經理Terrance Shih(圖2)認為，USB Type-C連接器得天獨厚的小接口、正反皆可插拔及堅固耐用的特性，讓它未來能通吃個人電腦(PC)、智慧型手機及平板裝置市場，使USB介面能真正躍居高速傳輸介面的市場主流。
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| 圖2 威鋒電子產品中心經理Terrance Shih強調，USB Type-C連接器問世後，可望一統傳輸介面接口的規格。 |
現階段，包括祥碩、鈺創、瑞薩電子(Renesas Electronics)、微芯(Microchip)、賽普拉斯(Cypress)、羅姆(ROHM)等半導體廠商，皆已計畫於2014年底前陸續發布相關晶片，因此配備USB Type-C連接器的終端產品亦可望相繼出籠。
2.0版標準年底出爐 USB PD應用明年起飛
另外，今年下半年亦即將發布USB PD 2.0標準，相關晶片與終端產品開發商皆早已鴨子划水展開研發工作，可望於2015年引爆首波應用商機。
ROHM台灣設計中心技術部副所長林志昇(圖3)表示，過去個人電腦(PC)、行動裝置、消費性電子等電子產品必備的電源轉換器或充電器，經常在裝置毀損後被廢棄，不僅增加回收處理的成本，更容易引發環境汙染。USB PD標準出爐後，終端消費者將可使用通用的USB接口為任何電子產品供電，減少丟棄電源轉換器和充電器的數量，降低對環境的危害。
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| 圖3 ROHM台灣設計中心技術部副所長林志昇認為，USB PD能隨時隨地透過通用的USB纜線為各類型電子產品充電。 |
事實上，為降低廢棄電源轉換器和充電器對環境的危害，歐盟已於2011年頒布法令，2017年起將強制要求所有製造商銷售至歐盟的產品必須配備Micro USB充電功能。
因應上述市場趨勢，USB開發者論壇於2012年7月制定出USB PD 1.0標準，並於2013年3月公布1.3修訂版本；目前則正進行USB PD 2.0標準訂定，預計於2014年底前公布正式版本。USB PD 1.0與2.0版本最大差異在於，後者可支援USB Type-C連接器規格。
USB PD供電功率高達100瓦，充電速度較USB 2.0規格快三倍之多，能為消費性電子、行動裝置、PC、家電及汽車充電，甚至供應大樓電力。
瞄準USB PD市場商機，晶片、電源轉換器及擴充基座製造商無不加快研發腳步，希冀在USB PD標準塵埃落定後，快速推出解決方案，搶占市場先機。
林志昇預期，USB PD市場將於2015年快步起飛，特別是平板裝置、筆記型電腦、桌上型電腦、擴充基座及充電器將會率先導入，至2016年應用版圖將進一步擴張至印表機、外接硬碟等，未來數年更將跨足至電視、數位相機、家電、汽車領域。
林志昇認為，USB PD標準正式亮相後，將打破過去終端消費者的使用習慣，且傳統電源轉換器和充電器製造商將被迫轉型。
卡位8K影音市場 MHL/HDMI趕訂新標準
不僅是USB，高解析度多媒體介面(HDMI)、行動高畫質鏈結(MHL)、DisplayPort亦不約而同大幅拉升影音串流的解析度規格，未來將在傳輸介面市場互別苗頭。
全球主要電視及手機品牌商為鞏固市場地位，已展開配備8K×4K解析度規格的新產品研發，包括HDMI組織、MHL聯盟及視訊電子標準協會(VESA)等，皆預計於2015年初發布可支援8K×4K影音串流的新規格，將開啟高速傳輸介面新戰局。
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| 圖4 晶鐌資深產品行銷經理黃飇指出，該公司已計畫發布支援USB Type C連接器規格的晶片方案，以迎合未來市場需求。 |
晶鐌(Silicon Image)資深產品行銷經理黃?(圖4)表示，從電視品牌商的產品藍圖觀之，未來電視配備更高解析度螢幕已勢不可當，也因此，HDMI組織及MHL聯盟已計畫於新一代標準支援8K×4K影音串流。
身為HDMI組織及MHL聯盟的主要成員，晶鐌亦已緊鑼密鼓投入新一代HDMI和MHL標準晶片研發，以在新標準出爐後，隨即發布相對應的方案。
事實上，不少打進韓系和日系電視品牌廠供應鏈的台灣晶片業者，早已展開相關產品布局。益華國際(Cadence)台灣分公司技術服務部技術經理詹益治(圖5)證實，近期已有台灣晶片設計廠商開始關注新一代HDMI標準的最新動態，同時著手進行技術開發，以因應韓系或日系電視品牌商新世代產品的發展需求。
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| 圖5 益華國際台灣分公司技術服務部技術經理詹益治分析，瞄準電視螢幕解析度朝8K演進，HDMI晶片商早已加緊投入對應的產品開發。 |
不僅是晶鐌，Analogix亦規畫於2015年發布下一代SlimPort晶片，將內建視訊電子標準協會(VESA)發布的DSC(Display Stream Compression)，讓行動裝置可藉此壓縮技術透過光纖纜線(Optical Fiber)使其傳輸速率躍進至10.8Gbit/s，可傳輸30Hz、8K×4K解析度影像。
此外，VESA亦計畫於未來新版DisplayPort 1.3標準，利用HBR3(High Bit Rate 3)功能支援毋須經過壓縮的60Hz、8K×4K解析度影音串流。
另值得關注的是，為趕搭USB Type-C連接器和USB PD熱潮，MHL與SlimPort行動傳輸介面亦計畫支援此兩大USB新標準。
搶搭Type-C/PD新規 MHL/SlimPort再掀戰火
搶搭Type-C/PD新規 MHL/SlimPort再掀戰火
晶鐌與Analogix於日前紛紛公開宣布，2015年發布的新一代MHL和SlimPort確定將支援USB Type-C連接器及USB PD規格，相互較勁意味濃厚，準備大舉搶食行動裝置、電視及車載資通訊(Telematics)市場杯羹。
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| 圖6 Analogix行銷副總裁Andre Bouwer提到，SlimPort亦已逐步打進汽車供應鏈中，擴大整體新應用版圖。 |
Analogix行銷副總裁Andre Bouwer(圖6)表示，該公司預計於2015年發布最新一代SlimPort Pro產品，相較於前一代，頻寬從6.75Gbit/s大幅升級至8.1Gbit/s、10.8Gbit/s，支援的影音串流解析度規格亦將從4K×2K躍升8K×4K，且將支援USB最新Type-C連接器規範，以及充電功能從Quick Charge 2.2版快充，轉換為USB PD。
USB開發者論壇已於2013年發表新一代USB PD充電標準，相較於前一代USB-BC(Battery Charging)1.2版本，支援功率最高達100瓦，能為消費性電子、行動裝置及個人電腦(PC)充電，此外充電速度較USB 2.0規格快三倍之多。
事實上，MHL標準問世，已揭櫫單條行動傳輸介面纜線實現影音串流、充電及資料傳輸三大功能已是不可逆的趨勢。也因此，SlimPort陣營於2013年上半年推出的第一代產品，即可採用單條纜線達到1,080p影音串流、Quick Charge 1.1版快充及數據傳輸。
至於Analogix最新一代SlimPort Pro產品預定要支援USB PD充電標準，MHL陣營如何對應以及迎合日後更高充電電力的市場需求，亦備受各界關注。
另一方面，Analogix於2014年Computex中，率先宣布最新一代SlimPort Pro產品將支援USB最新Type-C連接器規格之後，晶鐌亦不干示弱，隨即強調MHL支援USB最新Type-C連接器規範是可行的，並於近期公開表態，MHL已有計畫推出支援USB Type-C連接器的標準，將於原始設備製造商規畫開發產品線時，正式發表此新標準。
黃?指出，不同於Analogix計畫於SlimPort Pro晶片整合Type-C連接器功能，該公司未來則計畫推出外掛式晶片，亦即於MHL控制晶片之外，提供外掛式晶片，讓客戶的終端裝置可配備MHL和Type-C連接器功能。
隨著新一代規格將支援USB Type-C連接器和USB PD規格，MHL及SlimPort陣營將持續進化充電功能，同時借重USB在行動和PC市場的廣大滲透率，進一步加速擴大市占。
在高速傳輸介面市場中，近期同樣備受產業界矚目的，是有機會加快光傳輸技術市場規模擴大的矽光子(Silicon Photonics)系統單晶片(SoC)(圖7)的發展動向。
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| 圖7 矽光子SoC結構圖 圖片來源：源傑 |
加速光傳輸技術普及 矽光子SoC勢不可當
光傳輸技術市場話題熱燒，然仍面臨光子元件組裝複雜度高、可靠度偏低等技術挑戰，以及生產良率偏低導致成本過高的發展難題。有鑑於此，矽光子SoC已被視為突破光傳輸技術關卡的解方，成為日後半導體商的產品研發重點。
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| 圖8 源傑行銷副處長余尚真談到，矽光子SoC已為所有光傳輸供應鏈商戮力研發的重點產品。 |
源傑行銷副處長余尚真(圖8)表示，矽光子SoC為混合矽(Hybrid Silicon)方案，其將整合光電晶片(Optical Electronic IC)與特定應用積體電路(ASIC)，有利於提供資料中心和網通設備製造商更低成本、更小尺寸及更低耗電量的光傳輸晶片方案；同時助力光子元件供應商克服元件組裝和產品穩定度的技術窒礙。
也因此，安華高(Avago)、Finisar、源傑、Reflex Photonics等光學通訊元件及子系統供應商無不加足馬力展開矽光子SoC技術研發，以加快實現大量商用化的目標。
余尚真指出，除資料中心和網通應用之外，光傳輸技術未來在消費性電子亦深具發展潛力，如電視面板鏈結(Panel Link)、HDMI 1.4a主動混合纜線(Active Hybrid Cable)、USB 3.1、Thunderbolt等高速傳輸介面，均將是矽光子SoC可用武之地。
其中，隨著電視螢幕的解析度愈來愈高，將致使傳統的電視面板鏈結–低電壓差動訊號傳輸(LVDS)傳輸速率捉襟見肘，對於傳輸速度高達10Gbit/s的光傳輸技術需求將更加殷切。
儘管矽光子SoC已是不可逆的趨勢，然現階段在混合矽技術桎梏難解套之下，生產良率未能提升導致成本居高不下，是無法達成經濟規模的最大原因。
余尚真預估，若以目前各晶片廠的技術進度觀之，預期至少7年後，矽光子SoC才有機會大量導入生產，而在此之前，光電引擎(Optical Electronic Engine)將會是過渡時期的產品，亦將會是各廠耕耘的主力方案。
事實上，光學通訊元件及子系統供應商已競相挾獨家技術推出光電引擎產品，如源傑已採用自家專利的光互連系統級封裝(Optical Interconnect SiP)技術，係結合半導體製程和光通訊生產技術的優勢，達到縮減光傳輸接口尺寸、降低耗電量、減少串擾(Crosstalk)與電磁干擾(EMI)目的，同時提高良率以降低成本，藉此帶動市場滲透率快步擴大。
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| 圖9 祥碩產品中心資深經理張欽俞認為，高速訊號應用正在蓬勃發展，帶動各類橋接器需求看漲。 |
在高速傳輸介面規格不斷改朝換代之下，高速訊號橋接器需求亦將跟著看漲，祥碩產品中心資深經理張欽俞(圖9)指出，無論是電路或印刷電路板(PCB)設計，高速訊號包括橋接器等產品在內，皆面臨嚴峻挑戰，其中電路設計將須克服在發射端、接收端、功耗等方面的技術窒礙；PCB設計則要解決阻抗匹配、串擾、天線效應等技術難題，而解決之道在於良好的產品規畫與設計布局。
著眼於PC、行動裝置及消費性電子多媒體功能更日益精進，USB、HDMI、MHL、DisplayPort高速傳輸介面的新一代標準亦加快推陳出新，以迎合終端市場對於更高資料傳輸速率、更大充電電力及更高解析度影音串流的期待。
