USB4藉由單一連接埠整合更多傳輸介面,可以完成高速資料傳輸、高畫質影音與充電等,同時承襲USB技術簡單易用的特點,現階段USB4產品重點應將效能做到更穩定,提升互通性並致力降低關鍵元件與系統模組成本。
USB4標準於2019年發表之後,藉由單一連接埠Type-C,整合了更多傳輸介面,讓一條線可以完成高速資料傳輸、高畫質影音與充電等功能,而隨著USB4主控端晶片陸續出貨,並搭載於PC、NB與平板等裝置,USB4也以這些裝置與平台為核心,開始推動相關應用,包括USB Hub、Docking與周邊裝置的控制晶片都是台灣廠商可以發揮的領域。
隨著搭載Intel 11代Core處理器Tiger Lake與Rocket Lake的NB與PC從2020年第四季陸續上市,2021年中階主流機種也開始導入上述原生支援USB4的兩個平台;Apple則是在2021年4月的春季發表會,將多款主機、筆電、平板都搭載支援USB4的M1處理器平台;加上積極推動Windows on Arm的高通(Qualcomm),還有AMD預計2021年下半年發表的5奈米(nm)Zen4架構,幾乎所有處理器平台全面支援USB4的態勢相當明確。
PC/NB/Tablet為USB4應用主力
在USB4的規格提升上,Intel主動將Thunderbolt 3釋出給USB IF,讓傳輸速率再上層樓到雙通道40Gbps的水準,同時透過單一連接器支援DP(Display Port)、PCI Express(PCIe)、USB PD(Power Delivery)等標準,Intel的Tiger Lake與Rocket Lake平台火速支援成為USB4市場普及的最主要推動力量,英特爾電腦通訊事業群產品經理盧進忠(圖1)表示,Intel的平台也同時支援Thunderbolt 4,希望提供給消費者更好的傳輸體驗。
另外,Apple 2020年11月正式推出自有的Arm架構處理器M1,並馬上就將其搭載於MacBook Air、13吋MacBook Pro與 Mac mini,2021年4月的春季發布會,更是在iPad Pro與iMac桌上電腦等所有電腦與高階平板產品都導入M1。威鋒電子產品中心副總經理許錦松(圖2)指出,新世代NB與平板的設計非常講求輕薄與簡潔化的連接介面與工業設計,但是用於工作生產力的裝置只具備Type-C在使用上便利性不足,因此在USB3時代就有這類具擴充功能的Hub或Docking,Apple的M1平台將是USB4的新藍海。
AMD近年透過TSMC製程能力的協助,不僅大幅提升產品效能,也免於負擔燒錢的晶圓廠,整體競爭力直逼Intel。但在其Zen3架構的各產品線中,一直傳言將出現支援USB4的晶片組,卻也一直只聞樓梯響。AMD在USB3.1晶片組之後就與祥碩攜手合作,目前Zen3架構已接近生命週期的尾端,因此預計要到2021年下半年5奈米的下一代Zen4架構處理器才有機會支援USB4。另外,Qualcomm一直想將其高效能處理器應用延伸到NB平台,在產業鏈逐漸建全的狀況下,USB4也有表現機會。
台灣控制晶片廠鴨子划水
USB4因為效能規格高,在發展初期以PC、NB、平板的USB Hub與Docking的市場為主,但國內的控制晶片廠商也非常積極布局,除了新規格的高毛利特性之外,也因為主要平台的晶片組都將支援USB4,盧進忠說,不只是高階筆電,2021年中階699美元的主流機種也將陸續導入支援USB4。許錦松坦言,USB4的Hub與Docking與USB3.2的產品價差能否快速拉近,是USB4普及的關鍵之一。
威鋒電子已經布局USB4產品多時,2021年5月量產版本的晶片已驗證完畢,首顆USB4晶片採用28奈米製程,將在2021年底前量產,預計2022年USB4占整體營收比重一成以上。隨著USB4產品放量,威鋒採用更先進製程的晶片就會規畫進入量產,採用穩扎穩打的策略,同時看好Apple M1平台相關產品帶來的商機。
另一個主要的廠商祥碩,與AMD合作多年,是唯一有切入主控端控制晶片的廠商,然而在現行AMD Zen3架構的產品上一直遲遲未能推出支援USB4的控制晶片,直到最新一代的處理器搭配的都是支援USB3.2的舊款晶片組,市場推測開發可能會以下一代Zen4架構為主。
Qualcomm因為推動Windows on Arm策略,計畫延伸其智慧手機處理器Snapdragon系列於NB上的應用,但幾年下來市場反應不佳,近期傳出該公司沒有放棄相關產品線,所以也投入USB4控制器的開發,只是這款晶片未來也想沿用到手機平台,所以必須同時具備Host與Device端的控制功能,設計上更為複雜,目前尚沒有具體的開發進度或產品發布消息。
另一家老牌的USB控制晶片廠商創惟,先前是與聯發科旗下的晨星合作,開發HP電腦螢幕用的連接埠Hub控制晶片,進入USB4時代,業界也傳出開發工作持續低調進行但尚未有產品發表。瑞昱則是在USB3.1時代就進軍Hub控制晶片的開發,據傳也有USB4系列控制晶片開發動作。
疫情影響USB4互通性發展進度
USB過去會廣受消費者歡迎的一大主因就是其使用者經驗,隨插即用與廣泛的互通性,是長期成功的一大關鍵。進入USB4時代,這部分也是大部分廠商最重視的,然而因為COVID-19疫情肆虐已經超過一年半,過去廠商會透過技術工作會議或插拔測試大會將各自的產品互相連接,如果有互通性的問題就由工作人員現場溝通修改、除錯,許多由USB IF舉辦的會議就會直接針對測試通過的產品進行發證,但2020年,原訂的工作會議多次取消,目前也還找不到透過遠距進行類似測試的方式。
因此,疫情大幅限縮商務旅行也影響到USB4市場化的時程,目前有少數廠商將自身產品寄給重要的上下游廠商進行一對一的測試,加上大部分產品都是支援Intel的晶片組,所以也是相關廠商目前最重要的互通性工作。盧進忠進一步說明,Intel針對自家的Thunderbolt 4在台灣還是有舉辦工作會議,由於台灣有許多Hub控制晶片與周邊裝置開發廠商,國內的相關產品進行互測還是有其意義,而且Thunderbolt 4規格向下相容USB4,等於也測過該標準。
提升穩定/互通性後再擴展應用版圖
在應用部分,太克台灣與東南亞行銷經理陳川迅提到,PC/NB中USB4的成長將取決於用戶希望從外部傳輸和儲存數據的數量。這些企業用戶通常將在雲端上儲存和共享大型文件,因而USB外部儲存的用戶似乎沒有一般想像的那樣成長。與存檔目的相比,用戶每天需要檢索的數據量有限,不過,對於想要利用eGPU支援的高階遊戲玩家來說,Thunderbolt 3將是必不可少的。
NB與平板對DP、充電、Type A、SD等連接埠的功能需求,是目前USB4最主要的應用需求之一,威鋒電子中國區產品技術支援處經理翁繼民(圖3)說,USB4 Hub與Docking是該公司2021年控制器第一批出貨的應用。USB4周邊裝置則是2022年以後下一波成長的重點,但由於疫情干擾,產品互通性測試活動受到很大的影響,是否會將相關產品的市場化時程往後延遲則有不小變數。
USB4承襲USB技術多年來簡單易用的發展特點,加上高效能傳輸並整合多項傳輸標準,但發展初期應該還是與USB2、USB3系列應用呈現金字塔型的分工。像在數量龐大的智慧手機平台上,依然以Type-C充電的應用為主,資料傳輸消費者多數會選擇無線,有線傳輸可以提供多少效能則不是這麼重要。另外像是車用與資料中心或工業領域,目前亦較少有高速與多標準支援的需求,最近兩三年,USB4相關產品重點應該是將效能做到更穩定,提升互通性並致力降低關鍵元件與系統模組成本。