《電子技術(shù)應(yīng)用》
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USB 3.0高速傳輸技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展應(yīng)用趨勢
摘要: 在USB3.0規(guī)格底定,號稱傳輸頻寬將一舉拉高至5GBit/sec規(guī)格目標越來越近,,觀察USB界面發(fā)展,,其實已經(jīng)有近10年未有重大升級手段,尤其是規(guī)格面的部份也是近來才有大幅變更,。
Abstract:
Key words :

  在USB 3.0規(guī)格底定,,號稱傳輸頻寬將一舉拉高至5GBit/sec規(guī)格目標越來越近,觀察USB界面發(fā)展,,其實已經(jīng)有近10年未有重大升級手段,,尤其是規(guī)格面的部份也是近來才有大幅變更,在推展USB 3.0應(yīng)用的趨勢下,,不只是終端產(chǎn)品制造商熱衷參與,,各主流芯片業(yè)者也積極參與競爭,競相推出旗下的解決方案,,芯片業(yè)者亦樂觀預(yù)期2010年底USB 3.0裝置有機會上看2000萬部,。。.

  以往USB界面在導入市場時,,通常都是由主流系統(tǒng)芯片業(yè)者主導成分居多,,例如Intel就是其中一個熱衷推展的業(yè)者,在USB持續(xù)成為主流界面后,,USB的重大改版一直遲遲未出現(xiàn),,直至USB第三版規(guī)格底定,USB界面的升級方向才被確認,。

  

  USB 3.0傳輸效能大升級,,使其認證取得難度大幅增加。USB-IF

  

  Light Peak是USB 3.0傳輸效能極致發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù),但目前相關(guān)標準未定,。(Intel)

  

  終端業(yè)者積極搶攻應(yīng)用市場

  在以前USB標準確認到市售產(chǎn)品推出認證產(chǎn)品的時間差,,一般都要花上15~20個月,而在USB 3.0標準確認到第一款產(chǎn)品問市,,已經(jīng)縮短到僅需要不到10個月時間,,顯見相關(guān)業(yè)者搶攻終端應(yīng)用的動作相當積極。

  此外,,根據(jù)USB界面標準過往的發(fā)展脈絡(luò)進行觀察,,以前大力推行的業(yè)者多半以產(chǎn)制系統(tǒng)芯片組的業(yè)者為多,周邊廠商的動作多半較為被動,,或是觀望態(tài)度,,但這次USB 3.0由于改版幅度相當大,尤其時把USB傳輸頻寬推升到5Gb/sec的水平,,讓終端應(yīng)用多了更多想象空間,,在預(yù)期消費者接受的速度可能會比以往的需求更為強烈,不只終端業(yè)者積極尋求可用的芯片解決方案,,同時也加速催生非系統(tǒng)芯片廠商的解決方案必須更早推出,,甚至搶先完成驗證,以利終端產(chǎn)品開發(fā)時程,。

  

  上游芯片業(yè)者對USB 3.0控制芯片 抱持積極樂觀看法

  控制芯片解決方案,,可以說是USB 3.0終端應(yīng)用的成敗關(guān)鍵,目前有Renesas Electronics,、Fresco,、TI等芯片業(yè)者,積極參與相關(guān)規(guī)格制定與解決方案開發(fā),,相關(guān)解決方案均集中在2010年相繼完成驗證,、量產(chǎn)與供貨,目前多數(shù)仍以小量方式推出的USB 3.0終端裝置,,在關(guān)鍵控制芯片量產(chǎn)成本合理化的過程,,也能逐漸展現(xiàn)界面升級后的性/價比優(yōu)勢,與現(xiàn)有的舊界面產(chǎn)品同場競爭,。

  除芯片業(yè)者表現(xiàn)相當積極,,搭上Microsoft操作系統(tǒng)Windows 7應(yīng)用熱潮,消費者對高速傳輸界面的需求日殷,,系統(tǒng)業(yè)者跟進的腳步也不遑多讓,。目前USB 3.0多半選擇搭載于高階筆電或是高階主機板為多,以目前動作較積極的Asus,,預(yù)期將在筆電、主機板全產(chǎn)品線積極導入USB 3.0界面設(shè)計,目前號稱已經(jīng)持續(xù)取得USB Implementers Forum SuperSpeed USB認證,,此外Gigibyte也預(yù)計將搭載USB 3.0界面的產(chǎn)品份額,,以500萬片/季的目標。

  

  速度提升相對也讓設(shè)計難度增加

  USB 3.0將傳輸效能理論極限推升到5GBit/sec,,引發(fā)的技術(shù)瓶頸相當多,,尤其是信號的傳輸要求必須以更高標準檢視每個細節(jié),設(shè)計人員甚至必須確認每一個環(huán)節(jié)訊號都能維持相同質(zhì)量與位準,,短期內(nèi)必須以大量額外的元件進行輔助設(shè)計,,這可能讓初期USB 3.0相關(guān)應(yīng)用裝置的成本壓不下來,甚至造成產(chǎn)品必須經(jīng)過不斷驗證的額外成本,,必須持續(xù)透過經(jīng)驗與設(shè)計技術(shù)累積,,開發(fā)出更具效益的設(shè)計方式。

  但USB 3.0的高速表現(xiàn)其實實踐規(guī)格的技術(shù)挑戰(zhàn)相當多,,除了主控芯片的設(shè)計復雜度多了數(shù)倍外,,硬件設(shè)計需要考量的問題更多,例如,,USB 3.0的連接器要求會更高許多,,再來就是驅(qū)動器、實體元件,、Bridge橋接器,、Hub集線器、ESD保護元件等,,這些元件的質(zhì)量與是否針對USB 3.0高頻寬應(yīng)用進行對應(yīng)最佳化設(shè)計,,將會影響終端產(chǎn)品甚至是系統(tǒng)主機板、主機的開發(fā)難度,。

  

  訊號質(zhì)量是USB 3.0的決勝點

  5GBit/sec的理論極限,,看似不容易達成,在USB 3.0的終端應(yīng)用中,,由于使用者的應(yīng)用環(huán)境,、搭配方式相對實驗室更為復雜,因此就更容易出現(xiàn)兼容或效能低下問題,,此時,,針對USB 3.0裝置的驗證標準與是否有USB Implementers Forum SuperSpeed USB認證,就成為產(chǎn)品營銷進入市場的關(guān)鍵,。

  基本上USB 3.0要能順暢應(yīng)用其優(yōu)點,,就必須在傳輸?shù)男盘柋M可能維持最佳狀態(tài)與降低可能的衰減問題,新界面的市場導入,,也會重新對于技術(shù)標準的基礎(chǔ)元件,、線材,、連接器等元件更為重視,尤其在質(zhì)量,、元件特性與其相關(guān)的標準設(shè)計方案等,,象是若連接器在阻抗無法達到要求,極可能造成信號在連接器部分形成衰減,,甚至是連接縣本身的材質(zhì)問題,,讓傳輸時的信號質(zhì)量無法維持。

  即便是可能在外部出現(xiàn)的干擾或連接器的材質(zhì)限制,,影響了USB 3.0的傳輸信號質(zhì)量,,遇到這種問題也可以藉由外部的驅(qū)動器進一步修正傳輸信號,同時提升信號質(zhì)量,,或在主控芯片中已內(nèi)建信號放大與位準提升的相關(guān)設(shè)計,,簡化外部元件的使用數(shù)量、同時改善USB 3.0可能的信號衰減問題,。

  以主機板為例,,有無USB 3.0界面技術(shù)整合,BOM物料清單成本可能會增加15~20美元,,因為可能在控制器,、驅(qū)動器、ESD元件方面的料件增加成本,,筆記型計算機的導入成本也是差不了多少,,但這些額外的成本未來都可能因主控芯片的整合技術(shù)越來越成熟,導入新的USB 3.0解決方案獲得成本進一步壓縮,,降低產(chǎn)品導入的成本沖擊,。

  

  Light Peak提供USB界面更多想象

  雖然USB 3.0的傳輸效能已有10~15倍大幅提升,但后繼技術(shù)目標,,也是終端產(chǎn)品,、系統(tǒng)業(yè)者與主控芯片業(yè)者積極關(guān)注的目標,目前以Light Peak塑料光纖的技術(shù)最為看好,,尤其是光纖化的USB 3.0界面技術(shù),,屆時要面對的不光是信號的物理電性問題,還必須加上物理光學特性的轉(zhuǎn)換與抗干擾技術(shù)導入,,不只是主控芯片可能大受影響,,連同連接器、傳輸線,、終端裝置與系統(tǒng)業(yè)者,,沒有一個環(huán)節(jié)不受此技術(shù)趨勢影響。

  Light Peak在線材的轉(zhuǎn)換下,,理論極速可以再將USB 3.0推升到25Gb/sec,,比金屬線材的USB 3.0有五倍傳輸效能提升,,但在USB Implementers Forum仍未對光纖實作的USB 3.0提出細部規(guī)格標準化的同時,而且目前USB Implementers Forum均把資源擺在現(xiàn)有的USB 3.0認證與推廣,,看起來短距離光纖傳輸?shù)腢SB 3.0市場尚未成形,,但仍須持續(xù)關(guān)注其發(fā)展態(tài)勢,。

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