竞逐UHD传输商机 USB 3.0/Thunderbolt加速改版

传输速率上看10Gbit/s的第三代通用序列汇流排(USB 3.0)增强版晶片将于2014年上市。因应超高解析(UHD)影音内容快速发展，USB开发者论坛(USB-IF)已预定于今年7月正式公布USB 3.0增强版新标准，不仅传输率将较目前版本增加一倍，且可在单一缆线中实现影音和资料传输，以及充电功能，预估最快明年即可看到符合增强版规范的晶片问世。  

图1    USB-IF总裁暨首席营运官Jeff Ravencraft表示，至今通过USB 3.0认证的终端商品已快速增长至九百五十件。
USB-IF总裁暨首席营运官Jeff Ravencraft(图1)表示，着眼于UHD电视已势不可当，USB-IF正加快USB 3.0增强版标准的制定脚步，以迎合未来电视机、机上盒(STB)、个人电脑(PC)、智慧型手机、混合式硬碟、传统式硬碟等装置间传输UHD影像的需求。  

Ravencraft进一步指出，USB 3.0增强版标准底定后，USB-IF也将于2013年底前发表相容性测试标准(CTS)，推估至2014年第四季即可见到导入USB 3.0增强版晶片的终端产品面市，并于2015年显著成长，至2016年则将迈入市场成熟阶段。  

据了解，现阶段，瑞萨电子(Renesas Electronics)、威锋、赛普拉斯(Cypress)、钰创、微芯(Microchip)等晶片大厂皆已紧锣密鼓地研发USB 3.0增强版方案。  

面对高解析度多媒体介面(HDMI)已为消费性电子高速传输介面主流，Ravencraft认为，有别于HDMI仅能传输高画质影像，USB 3.0增强版可在单一缆线实现影像、音讯、资料传输及充电功能；且能透过改善编码能力提升资料传输效率，进而提高输入输出(I/O)电源效益，预期将成为消费性电子、行动装置及PC不可或缺的重要高速传输介面。  

卡位UHD商机　增强版IC开发加速

面对超高解析度影像串流应用快速兴起，晶片业者已快马加鞭展开增强版USB 3.0主机端(Host)、集线器(Hub)及周边方案开发，期以10Gbit/s的更高传输速率，满足笔记型电脑、桌上型显示器、智慧型手机及平板装置将UHD影像传输至大尺寸电视播放的需求。  

钰创SIP事业中心协理徐世民表示，大尺寸UHD电视同时将UHD影像传输至多台个人电脑和行动装置的应用需求将逐步涌现，然单一UHD影像串流每秒资料量已超过5Gbit/s，既有的USB 3.0规范将难以满足日后多重UHD影像串流应用，因而带动USB 3.0增强版需求增温。  

徐世民指出，相较于USB 3.0标准，USB 3.0增强版的传输速率倍增，也因此，晶片业者必须具备强大的高速串列介面设计能力，以克服传输速率达10Gbit/s类比实体层(PHY Layer)的开发技术挑战。目前钰创已突破相关技术桎梏，准备推出USB 3.0增强版的主机端和快闪记忆碟控制晶片。  

徐世民分析，以过去USB 3.0的发展历程观之，USB 3.0增强版标准于7月出炉后，市场上将以独立型(Standalone)的USB 3.0增强版主机端晶片为主；预计英特尔(Intel)、超微(AMD)两大中央处理器(CPU)大厂，将待市场更臻成熟后，推出搭载内建USB 3.0增强版的CPU平台方案，进一步推升该介面于市场普及的速度。  

值得注意的是，为防范增强版USB 3.0所造成的威胁，英特尔已加紧Thunderbolt晶片开发脚步，除缩短第二代Thunderbolt控制器Redwood Ridge的上市时间，还将第三代Thunderbolt晶片Falcon Ridge提早到今年第三季量产，以协助个人电脑和周边产品制造商及时于圣诞假期前推出产品，提高Thunderbolt整体市场渗透率。  


USB 3.0与Thunderbolt IC开发商将笔电视为首要战场。
新版USB 3.0来袭　Thunderbolt提前改版

图2    祥硕科技资深协理庄景涪表示，面对USB-IF来势汹汹，英特尔只好加速研发更高速的Thunderbolt晶片，以把持市占，并巩固市场地位。
祥硕科技资深协理庄景涪(图2)表示，由于USB-IF宣称即将于今年7月正式公布USB 3.0增强版新标准，并于明年第一季量产具备10Gbit/s传输速度的控制器晶片，因而刺激英特尔加速Thunderbolt控制器晶片世代更迭脚步，提前量产可支援20Gbit/s影像、数据双向传输速度的第三代Thunderbolt控制器，同时将其命名为Thunderbolt 2(表1)。 

事实上，英特尔今年原本将主打代号为Redwood Ridge的Thunderbolt晶片，其与代号为Cactus Ridge的既有Thunderbolt控制器相比，新增支援DisplayPort 1.2标准，在耗电、整体物料清单成本(BOM)及电路板面积上皆有改善，并与第四代英特尔Core处理器平台兼容。 


不过，英特尔为进一步拉开Thunderbolt与USB 3.0增强版的差距，将原订于2014年推出的Thunderbolt晶片Falcon Ridge量产时程提前至今年第三季，而Redwood Ridge在4月分的美国全国无线广播电视业者协会(NAB)大展推出后，仅局限于主机端(Host)应用，且将于9月以后功成身退，正式由Falcon Ridge接棒。 

英特尔已于日前将Falcon Ridge正名为Thunderbolt 2，而该控制器晶片传输速度系前一代方案两倍，可以20Gbit/s的速度不间断地双向传输数据及影像。现行Thunderbolt晶片受限于既有架构，虽有PCI Express及DisplayPort双通道，但该标准晶片仅能分别各以单一通道10Gbit/s的速度传输影像或数据，但Thunderbolt 2结合双通道频宽，已可支援4K解析度的影像档案及影像双向不间断的传输及播放。 

不仅如此，由于Thunderbolt 2的DisplayPort支援标准已升级至1.2版本，因此搭载Thunderbolt 2晶片的产品可实现单萤幕的4K影音串流，或是双萤幕的QHD(960×540)影片播放。 

第三代Ultrabook采纳　Thunderbolt晋身标配 

庄景涪指出，英特尔为让搭载Thunderbolt晶片的主机板、产品渗透率进一步提升，已于4月分将Falcon Ridge测试晶片给予各OEM，而目前各大OEM已紧锣密鼓改良Haswell平台与Thunderbolt晶片组合的主机板，欲以更精简化的晶片组合、更具成本效益的电路板材料带来更高的效能表现，并将于今年圣诞节假期推出搭载Thunderbolt 2介面的一系列产品。 

值得一提的是，英特尔于今年台北国际电脑展，除发表第四代Core处理器外，亦揭露第三代Ultrabook产品定义，期打造具备微软(Microsoft)作业系统Windows 8所需触控功能，且拥有一整天电池续航力的新产品。不仅如此，第三代Ultrabook将至少搭载一个USB 3.0以及一个Thunderbolt接口，显见未来Thunderbolt介面将成为Ultrabook标准配备。 

据英特尔统计，目前全球搭载Thunderbolt晶片的个人电脑(PC)及主机板已逾三十款、周边装置更超过八十种，且许多搭载Haswell处理器的产品亦将于未来搭载Thunderbolt 2，于今年下半年亮相。总体而言，全球已有超过两百二十家厂商正在开发Thunderbolt相关产品，预计今年市场渗透率将较去年有显著提升。 

迈向40Gbit/s　Thunderbolt开发加速

除计划将Thunderbolt纳入Ultrabook标准介面规格外，英特尔因应超高画质影音串流需求加温，亦与桥接器厂商紧锣密鼓展开下世代Thunderbolt方案开发，将支援双向双通道20Gbit/s的传输速度，并朝向双向单通道40Gbit/s发展方向迈进。 

庄景涪表示，英特尔正全力推升Thunderbolt的市场渗透率，目前搭配Haswell平台推出的Falcon Ridge控制器，已具备20Gbit/s双向传输影像及数据的速度。照目前技术研发的进度来看，至2015年左右，英特尔就会发布影音、数据双通道，每通道双向传输速度各20Gbit/s，代号为Alpine Ridge的Thunderbolt控制器晶片；而再下世代的晶片规格，则将具备单通道影音、数据双向传输，共40Gbit/s的传输速度。 

庄景涪指出，囿于铜缆传输材料限制，40Gbit/s的传输速度已达上限，而在目前的消费性电子传输应用需求下，40Gbit/s的传输速度已绰绰有余，若要再往50Gbit/s以上传输速度演进，则须搭配光纤网路，不过那已属于资料库或其他专业应用范畴，目前英特尔的首要之务仍为提高Thunderbolt于行动装置的渗透率，而达成这项任务的重要关键，即为Thunderbolt控制器晶片成本。 

据了解，英特尔原本欲与祥硕科技合作，以球栅阵列(BGA)封装方式整合原订于2014年发表的Falcon Ridge控制器与祥硕PCI Express转串列式先进附加技术桥接器(SATA Bridge)，以改善Thunderbolt控制器晶片耗电量及整体物料清单(BOM)成本，预计至少可有30%的降价幅度。不料USB 3.0来势汹汹，将于7月发布10Gbit/s的晶片规格，迫使英特尔须提前于今年第三季量产20Gbit/s的Falcon Ridge，以拉开两者竞争差距，而祥硕与英特尔的合作计划则延后至Alpine Ridge世代进行。 


高画质影音需求持续升温　图片来源：索尼
庄景涪指出，与英特尔讨论合作的过程中，双方认为采BGA封装的控制器晶片仍须经过半年的测试认证时间，恐将延后其上市时程，因此，英特尔与祥硕将透过矽智财(IP)整合、分享或授权的方式，于2015年以单晶片方式推出整合PCIe-SATA桥接器的Thunderbolt晶片版本。 

值得一提的是，英特尔除将Thunderbolt列为Ultrabook标配，并与桥接器厂商加强合作关系降低控制器成本外，未来制造Thunderbolt控制器的制程节点也将由5x奈米(nm)逐渐转换至28奈米，以改善耗电表现，同时使其更具有成本竞争力，加速渗透消费性电子及周边装置市场。 

显而易见，未来增强版USB 3.0与Thunderbolt的速度竞争将持续加温，但无论双方市占孰高孰低，都将带给消费者超过10Gbit/s以上的影音传输体验，并正式宣告高画质影音传输时代的到来。