整合造就新興體驗　Type-C眾望所歸

有線高速傳輸不斷往更高速、更通用的趨勢發展，周邊連結的USB、Thunderbolt、HDMI、DisplayPort等標準，因應高資料量與高畫質影音傳輸，頻寬不斷提升，大部分傳輸介面都已邁向數十Gbps等級的效能，不過在使用習慣上，高速傳輸已經不是唯一最需要的功能，消費者對於傳輸速率的提升漸漸無感，反而是如何在過去隨插即用與穩定便利的基礎上，創造新的使用體驗，成為相關廠商關鍵的新課題。 

無線技術近年不斷進化，Gbps等級的無線通訊技術進入普及階段，搭配雲端儲存與服務的使用，已經能大幅滿足消費者檔案傳輸使用需求，有線連結技術儘管在傳輸效能上還是領先無線技術，不過由於有線高速傳輸在超過5Gbps以後，遭遇包括訊號干擾、成本提升、設計複雜度提升導致效能達成率低等挑戰，以致市場推動不甚順利，面對無線技術的步步進逼與自身有線技術瓶頸的挑戰，是接下來最需要突破的重點。 

無線與雲端為數位活動帶來質變 

無線傳輸技術在這幾年持續發展，長距離的行動通訊4G LTE已經進入技術成熟階段，Gbps等級的傳輸效能藉由多天線MIMO與載波聚合(Carrier Aggregation, CA)已能輕鬆達成，未來5G要求Gbps的傳輸更是常態，而無所不在的聯網與低延遲(Low Latency)網路效能，將更進一步提升使用者體驗。從傳輸速率來看，有線傳輸一直以來與無線傳輸保持10~100倍的差距，以最為普遍的USB為例，到現在為止最成功的USB 2.0規格，是在2000年4月正式發布，傳輸速率達480Mbps，而國際電信聯盟(ITU)在2000年5月確定W-CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA為三大主流的無線傳輸介面，俗稱3G第三代行動通訊，傳輸速率最高2Mbps。 

USB 2.0與3G相較傳輸速率相差240倍，況且3G的發展初期還不太順利，並不是立即就達成2Mbps的傳輸速率。到了2008年11月，USB 3.0標準正式發表，傳輸速率一口氣提升到5Gbps；同時期，行動通訊最熱門的議題是WiMAX，理論最高傳輸速率可以達到70Mbps，4G LTE標準則才剛開始研議；另一個普遍的無線技術Wi-Fi，當時大概是以802.11g為主流，傳輸速率54Mbps，從傳輸速率來看，5Gbps的USB 3.0效能還是3G/WiMAX與Wi-Fi的百倍以上。 

不過USB 3.0卻沒能像USB 2.0般成功，歸納可分成內部與外部原因，內部是USB自身的技術問題。USB最大特色之一為向下相容，USB 2.0以前的連接埠具有4條內芯，分別為2條資料傳輸與2條電源傳輸，到了USB 3.0則需要9條內芯，多出部分為4條高速資料傳輸通道與1條接地端，加上行動裝置的風行，早期的Type A接頭體積太大，於是各式縮小的Type B(Mini USB、Micro USB)市場需求越來越大，在縮小的接頭中要塞入更多線路，不僅成本在技術上也是挑戰。 

另外，外部原因是，3G努力提升傳輸速率，透過HSPA(High-Speed Packet Access)將傳輸速率提升到10Mbps以上，更重要的是雲端應用的趨勢逐漸興起，2007年Facebook確立社群媒體發展的路線，也於2008年正式進入台灣；2005年成立、2006年風光為Google收購的影音串流平台YouTube越來越受歡迎；免費雲端儲存空間Dropbox第一版也在2008年9月推出，人們的網路活動逐漸從線下轉到線上，過去人手一把隨身碟、一顆隨身硬碟的景象逐漸消失了。 

重要高速傳輸技術發展動態 

包括相片、影片、信件、檔案都可以越來越自由地在網路上存取、應用，不用把個人數據資料帶在身上，只要透過帳戶管理，這些檔案都存在雲深不知處的雲端網路裡。所以近年來，有線高速傳輸技術的高頻寬不必然是技術價值的重點，例如USB-IF在制定新規格時雖然持續擴大頻寬，但更多「附加價值」才是未來的方向。同樣的，市面上其他傳輸標準的發展也著重在建立利基性價值的方向之上。 

USB 

USB最新規格是2017年9月發表的USB 3.2，除了將傳輸速度從10Gbps倍增至20Gbps，也建議各裝置統一採用Type-C型式連接埠為主。2014年8月發表的Type-C規範，不分主控端、裝置端，端子本身也沒有方向性，正反雙面都能插入運作，使用方便性大幅提升，同時也開放連接埠的使用，讓多種傳輸訊號都能透過Type-C連接，是USB近年最重要的發展。 

USB 3.2的特色在於沿用3.1 Gen2版本的SuperSpeed USB物理層資料傳輸率與編碼方式，能夠在變動最少的前提下，達到提升傳輸效能，以及無縫銜接單通道、雙通道模式的成效。此外也提升電源管理效率，除了節省運作中裝置傳輸資料所需消耗的電力之外，還能透過更多元的電源管理模式節省閒置中裝置的耗電量。 

Thunderbolt 

Thunderbolt是由Intel主導的高速傳輸技術，最新的Thunderbolt 3於2015年6月發表，傳輸速率高達40Gbps，比最新的USB 3.2都還快兩倍，更可提供比HDMI 1.4高四倍的視訊頻寬，還能為顯示器、基座與儲存設備提供簡單的單一纜線連接，同時為系統充電。過去Intel單獨主導的色彩濃厚，技術較為封閉；不過就在Thunderbolt 3以後其連接埠採用USB Type-C，同時Intel也宣示2018年開放免費授權，以提升市場普及率。 

有鑒於Intel同時是USB-IF與Thunderbolt的主導廠商，未來Thunderbolt頗有成為USB高速率標準的想像空間。根據Intel 2018年3月推出的第二代Thunderbolt 3控制晶片，代號為Titan Ridge的JHL7340、JHL7440、JHL7540等三個系列，均加入DisplayPort 1.4支援能力；最低階的JHL7340由兩條PCIe通道升級到四條，與高階JHL7540相異點只剩下提供單埠與雙埠Type-C的差別。中階JHL7440則是增加Type-C的可選支援能力，並能傳輸USB 3.1訊號，大幅提升與USB的整合相容性。 

HDMI 

HDMI一開始就定位於高畫質影音應用，HDMI Forum於2017年11月發表最新HDMI 2.1規格標準，將資料傳輸頻寬提升到48Gbps，最高支援10K解析度，並原生對應傳輸8K 60fps 12bit及4K 120fps 12bit更高幀率影像訊號，對應傳輸動態HDR格式，以及對應eARC音階音訊回傳通道功能，能夠回傳Dolby Atmos及DTS：X等物件導向環繞聲訊號，持續強化其在影音傳輸應用上的優勢。 

DisplayPort 

HDMI主要應用在消費性產品如電視、音響上，相較之下美國視訊電子標準協會(VESA)推動的DisplayPort，應用在更多資訊產品如PC/NB與平板等，2017年宣布讓DisplayPort能以USB Type-C形式傳輸，讓DisplayPort 1.4版本可對應8K@60Hz解析度影像，以及4K@120Hz HDR Deep Color輸出規格，並加入支援DisplayPort Alt Mode CTS輸出模式。 

2018年初在CES 2018期間更宣布讓DisplayPort 1.4規範可藉由使用符合HBR3(High Bit Rate 3)線材，讓單一線材可對應8K@60fps內容傳輸、高達8.1Gbps的數據傳輸量，或是在多線連接情況下對應多組4K解析度螢幕輸出，並且讓VR或AR內容傳遞更加流暢，同時線材數量也能進一步簡化。 

Type-C成為各傳輸標準共同出海口 

透過上述這些標準的發展動態，可以歸納幾個趨勢，高頻寬與高傳輸速率已是必備，USB Type-C變成統一的連接埠，USB PD(Power Delivery)充電功能提升與行動裝置的黏著度，Thunderbolt變得更加開放且與USB整合指日可待，HDMI與DisplayPort則持續強化在影像顯示上的功能完整性。 

圖1 Littelfuse資深技術行銷工程師游恭豪表示，Apple MacBook Pro高階機種導入四個全功能的Type-C連接埠，將帶動相關概念發展。

電子產品發展到智慧型行動裝置時代，搭載電池的可攜式裝置成為資訊產品主流。在連接埠的搭載上，以平板電腦為分水嶺，重量體積越小的產品如手機、穿戴式裝置等，以減少連接埠為目標，大部分裝置的連接埠在兩個以下，通常為一個或沒有；而具工作生產力的平板與NB則會搭載兩個以上的連接埠，這兩年USB Type-C已經成為史上最成功的連接埠，未來，其影響力還將持續擴大。 

USB Type-C由於具備兩組各12 Pin的連接埠，高低速訊號、電源傳輸通道完整，連接埠體積小，加上USB-IF秉持隨插即用的原則，開放不同標準訊號的互用，Littelfuse資深技術行銷工程師游恭豪(圖1)表示，Apple在2016就將新款MacBook Pro高階機種導入四個全功能的Type-C連接埠，訊號傳輸以Thunderbolt為主，支援多埠充電，還有多畫面的高畫質顯示。 

根據Apple官網的功能說明，這四個Type-C埠可以將儲存裝置連接到電腦，再將顯示器連接到儲存裝置；15吋MacBook Pro的兩個Thunderbolt控制器，可以將圖像傳送到兩部5K顯示器，進行高解析度照片和影片的編輯或剪輯；可使用Thunderbolt連接線連接到DisplayPort顯示器和監視器，或使用轉接器支援HDMI和VGA顯示器；一個Type-C埠即可進行雙向供電，同一個連接埠可以為其他裝置充電或接受充電，連接埠能提供高達100瓦(Ｗ)的電力。 

圖2 威鋒電子海外區新事業發展經理Terrance Shih說明，二埠全功能Type-C預計會是主流，裝置內部的線路設計較為單純。

Apple的做法奠定了未來高階NB的連接埠門檻，游恭豪強調，未來2~4埠全功能的Type-C絕對是趨勢，不過如此一來每個連接埠都須支援多種功能，內部線路設計會相當複雜，需要在NB內部設計類似Hub的架構協助功能的整合與線路布局，同時降低多路高速傳輸與充電可能造成的干擾問題。威鋒電子海外區新事業發展經理Terrance Shih(圖2)說明，二埠全功能Type-C預計會是主流，不僅裝置內部的線路設計較為單純，也不用獨立顯卡以支援兩個以上的顯示需求，要增加更多的外接裝置就透過外部的擴充Hub協助即可。 

充電功能應用領域最為普遍 

另外，在平板與手機，尤其是Android陣營，也已經逐漸以Type-C為連接埠的主流，不過這兩類裝置，更強調行動通訊的使用體驗，連接埠擔負資料傳輸的任務已漸式微，充電成為最主要的需求。本身是USB-IF原始推動廠商的瑞薩電子(Renesas)，近年USB技術的發展重心就放在市場需求更為廣大的USB PD控制晶片，該公司第一泛用事業部市場行銷部經理陳俞佐(圖3)說，在USB傳輸技術上，Renesas已經轉型為IP供應商，而不自己開發銷售晶片產品。 

圖3 瑞薩電子第一泛用事業部市場行銷部經理陳俞佐說，平板與手機連接埠擔負資料傳輸的任務已漸式微，充電才是主要的需求。

USB PD的雙向供電功能讓其具備高度便利性，並提供多個供電模式，包括2.5W(5V/0.5A)、7.5W(5V/1.5A)、36W(12V/3A)、60W (20V/3A)、100W(20V/5A)等(圖4)，可以支援市面上大部分的資訊設備，陳俞佐認為，未來幾年，透過Type-C供電在技術發展上將有三個趨勢，一是提升充電速度、二是簡化線纜連接、三是統一充電連接器。在最新版的USB PD 3.0中，不僅能支援最高100W的充電，亦支援相關認證功能，讓USB Type-C與Type-C線纜可透過USB PD通訊通道交換相關認證訊息。新的USB Type-C橋接(Bridging)規格則透過USB資料匯流排，提供將資料橋接到USB PD，或從USB PD橋接資料的必要方法。 

未來應提升整合度與易用性 

展望未來，USB Type-C連接埠將扮演大部分高速傳輸介面的最佳出海口，全功能的Type-C可為消費者帶來更好的使用者體驗，不過全功能Type-C在裝置內部帶來線路布局複雜、訊號干擾、成本較高的挑戰，短期內是設計廠商需要解決的問題。事實上，由於USB的向下相容特性，許多USB連接線與接頭都還停留在先前的規格，使用時雖然連接沒有問題，但要做到透過一條線支援USB裡複雜多樣的高階功能，在現階段仍是高難度的挑戰。 

圖4 USB PD供電模式與涵蓋裝置範圍

資料來源：瑞薩電子  

反而是許多中階NB，採用多個Type-C連接埠但各具單一功能的設計，也就是將連接埠的充電、傳輸與顯示功能拆開，並透過原廠專屬的連接線提供特定功能的連結，是現階段可以同時兼顧效能與成本的解決方案之一。 

而在手機等隨身的裝置上，由於體積有限，很少有超過兩個以上連接埠的設計，主要功能也不是資料傳輸而是充電，因此，儘管大部份手機處理器已經支援USB 3.0以上的訊號控制功能，但為求降低成本並使連接埠更加穩定，許多手機上的Type-C連接埠，會積極支援大電流的快充技術如QC 3.0，但訊號傳輸依然採用最穩定的USB 2.0，導致發表已經十年的USB 3.0在手機、平板上的普及度較預期低，10G與20G規格導入時程仍相當遙遠。 

有線連結技術將透過高度整合與充電的便利性創造新的消費者使用體驗，面對無線通訊技術的發展與功能強化，Shih指出，有線高速傳輸在可見的未來還有其存在價值，不會完全被無線技術取代，未來幾年如能將全功能的Type-C連結，透過技術改善與降低成本，達成真正方便高效的使用目標，也能創造非常好的使用體驗；另外，在技術發展上，傳術速率的改善可能不再是重點，主導廠商應該更積極推動可以與無線技術區隔的新興功能，以免落入有線/無線競爭的零和遊戲。