新充電規格扮推手　USB 3.0站穩行動裝置市場

第三代通用序列匯流排(USB 3.0)站穩行動裝置市場。先前USB 3.0遲遲未能進軍行動裝置市場的主要原因在於成本與耗電無法符合要求，不過，由於今年智慧型手機、平板裝置業者主打超高畫質(UHD)顯示器，對於影像與資料傳輸的需求倍增，現有USB 2.0 480Mbit/s的傳輸速率逐漸不敷使用，因此促使高通(Qualcomm)、輝達(NVIDIA)等行動應用處理器(Application Processor)業者紛紛於新一代處理器原生支援USB 3.0規格。

圖1　創惟科技資深技術行銷經理魏駿雄指出，該公司2013年產品發展重點將鎖定BC1.2與Power Delivery 1.0兩大USB充電規範。

創惟科技資深技術行銷經理魏駿雄(圖1)指出，目前1,080p解析度的影像雖可透過無線區域網路(Wi-Fi)802.11ac進行傳輸，取代使用者以USB 2.0傳輸線傳送資料，不過若進入4K×2K的超高解析度時代，資料封包的大小將增加四倍，802.11ac 1Gbit/s的傳輸速率仍須花費較長時間傳輸，將影響消費者使用經驗，因此刺激手機處理器業者在晶片中內建USB 3.0的意願。

另一方面，USB開發者論壇(USB-IF)也針對現有USB充電規範進行調整，不僅推出電池充電(Battery Charging, BC)1.2版，更推出充電瓦數更高、可雙向供電的Power Delivery(PD)1.0規範，進一步擴大USB 3.0在行動裝置市場的滲透率，強化市場地位。

BC1.2新充電模式加持
USB 3.0行動市場大躍進

圖2　威鋒電子產品經理Terrance Shih認為，受惠微軟與處理器業者的奧援，Power Delivery 1.0市場將於2014年啟動。

威鋒電子產品經理Terrance Shih(圖2)表示，BC1.2新的三種充電模式，不僅可加快USB 3.0充電速度，還可滿足採用5伏特(V)、1安培智慧型手機與平板裝置充電設計所需，可增添行動裝置製造商加速導入USB 3.0的意願，滿足消費者不想花太多時間等待裝置充電完畢的需求，成為USB 3.0擴大行動市場版圖的另一大助力。

據悉，與BC1.1最大的不同是，BC1.2規畫三種充電模式--標準下行埠(Standard Downstream Port, SDP)、充電下行埠(Charging Downstream Port, CDP)及專用充電埠(Dedicated Charging Port, DCP)。SDP為慢充模式，僅能提供最高為7.5瓦、500毫安培的電流，因此充電速度較慢；DCP與CDP皆為快充模式，能進一步支援最高到1,500毫安培(mA)的電流範圍，可縮短行動裝置充電時間，並可直接透過交流電(AC)充電，惟DCP在充電過程中，無法同時進行資料的傳輸。

不過，DCP雖無法在同時間內進行充電與資料封包傳輸，但該技術可透過AC充電，縮短行動裝置充電時間的特性，再加上行動裝置製造商採用DCP技術時，毋須再外掛一顆充電IC(Charging IC)，即可滿足如蘋果(Apple)、三星(Samsung)等手機大廠產品不支援BC1.2標準規範的充電要求，皆使DCP技術成為2013年USB 3.0市場最受矚目的新充電規格，並吸引晶片商競相投入發展。

USB 3.0集線器晶片整合充電IC大勢所趨

有鑑於BC1.2規範成為2013年USB 3.0大舉進攻行動裝置市場的利器，因此包括創惟、德州儀器(TI)與威鋒電子皆已推出相關產品。Shih指出，BC1.2規範中，手機為受電端(Sink)，且處理器已支援BC標準，因此現有的USB 3.0晶片商多已將BC規格須額外增加的充電IC與軟體，整合於集線器(Hub)IC產品中，以符合小尺寸、低成本的要求。未來行動裝置即可透過AC充電器、集線器或擴充底座(Docking Station)裝置快速充電，以及縮短超高畫質影像資料傳輸時間。

德州儀器亞洲區市場開發高效能類比產品行銷經理林士元表示，目前USB BC1.1與1.2規範最大擁護者為RIM黑莓機，其他手機製造商包括三星、蘋果皆採用自行發展的USB充電架構，USB-IF為拓展USB 3.0的應用範疇，因此不斷修改版本，以讓USB 3.0 BC充電規範可滿足各式手機的充電需求。USB-IF此一做法，導致USB 3.0晶片商開發產品時，則須利用軟體使晶片可支援所有智慧型手機USB充電模式。

目前德州儀器也已將BC1.2整合於集線器晶片中，並內建蘋果與中國移動客製化手機專屬的充電規格。林士元指出，現階段德州儀器支援BC1.2的集線器晶片仍須外掛一顆切換器(Switch)，2013年底，該公司將推出整合度更高、不須使用切換器且具備一對四充電功能的新方案，滿足客戶對於減少物料清單成本(BOM Cost)的需求。

另外，威鋒電子支援BC1.2的集線器晶片，也涵蓋所有手機製造商自有的充電規格，可為手機周邊裝置業者消弭手機只可透過原廠充電器充電的障礙。

值得注意的是，USB-IF於2010?2012年即陸續推出各代版本BC充電規範，但由於並未提出認證要求，因此USB充電器或晶片業者多各自為政，導致BC各代產品向下相容的問題。Shih強調，相較於其他業者，威鋒電子在USB BC規格產品研發投入相當早，因此透過該公司專利，將可順利解決各代BC產品不相容的問題。

Windows Phone 8原生支援　USB PD市場明年發酵

事實上，不僅BC1.2被USB 3.0晶片開發業者視為今年重要的發展重點，USB-IF在2012年第二季底定的Power Delivery 1.0規範(圖3)，由於充電瓦數更高，並可雙向供電，因此也受到行動裝置製造商與USB 3.0晶片商的重視。尤其微軟(Microsoft)已宣布將於Windows Phone 8作業系統增添Power Delivery 1.0的驅動程式(Driver)，更有助Power Delivery 1.0在行動裝置應用市場的發展。

資料來源：創惟科技 圖3　USB-IF Power Delivery規範制定時程規畫

Shih指出，USB 3.0可成功進入行動裝置市場，最大的助力除了處理器內建外，作業系統的支援亦為重要關鍵，而USB-IF新的Power Delivery 1.0由於可提供更多元且更高的充電電壓，以及雙向供電的能力，可為行動裝置增添新的應用功能，因此微軟已計畫在Windows Phone 8作業系統納入Power Delivery 1.0驅動程式，而後續亦將導入Windows 8個人電腦作業系統中，達到真正的行動裝置與個人電腦作業系統共融且可切換的目標。

值得注意的是，微軟的計畫也讓USB 3.0介面可更加滿足近期熱門的BYOD(Bring Your Own Device)趨勢。亦即智慧型手機或平板裝置透過支援USB 3.0的擴充底座與個人電腦資料同步時，不僅可做為供電或受電端，也可不會因作業系統版本不一的問題而導致無法充電的狀況。此一優勢，讓USB 3.0更可站穩行動裝置市場。

有別於BC1.2規範，Power Delivery 1.0制定最大可達20伏特、3安培電流，即60瓦供電功率，未來筆記型電腦毋須透過AC適配器(AC Adapter)即可直接透過USB接口充電，且Power Delivery 1.0可讓裝置自行判斷應做為供電或受電裝置，轉換電力傳輸模式時，消費者並不須要改變電纜連接方式，更重要的是，Power Delivery 1.0規範相容於現有的USB 3.0傳輸纜線與連接器，以及BC1.2規範。

資料來源：USB-IF 圖4　Power Delivery 1.0擴充底座應用架構

魏駿雄認為，Power Delivery 1.0可支援的充電瓦數更高，因此可適用於智慧型手機、平板裝置、擴充底座、功率適配器(Power Adapter)與筆記型電腦等應用。舉例來說，在消費者將智慧型手機做為進行娛樂與商務應用主要裝置的同時，勢必須連接支援Power Delivery 1.0的擴充底座，才可進而連接顯示器、外接硬碟、鍵盤與滑鼠等其他裝置(圖4)。此時，消費者將毋須考慮裝置電力的問題，因Power Delivery 1.0可允許系統中擁有許多供電來源，甚至智慧型手機本身也可為其他裝置供電。

據了解，在全球適配器市場占有率已達45%的台達電子，已著手研發符合Power Delivery 1.0的產品，未來Power Delivery 1.0將依循USB 3.0的發展軌跡，由個人電腦率先導入，之後支援Power Delivery 1.0的行動裝置產品也將陸續問世。

Shih表示，由於Power Delivery 1.0訊號在Vbus端，並非在USB訊號中，因此現有集線器晶片若要增添Power Delivery 1.0的功能，硬體架構毋須修改，僅須調整USB充電系統後端電路設計，對行動裝置與個人電腦製造商而言，毋須額外花費過多資源，相對也將提高Power Delivery 1.0市場接受度。

現階段被微芯購併的史恩希(SMSC)已率先展示USB Power Delivery 1.0的充電系統與晶片，創惟科技支援Power Delivery 1.0的晶片產品也預計2013下半年發布；至於其他USB 3.0晶片商也陸續進行產品研發。魏駿雄表示，Power Delivery 1.0可讓各式裝置成為供電來源或被充電的對象，因此晶片產品研發時，須相當注意讓裝置確實擁有自行辨識該做為供電或受電端的能力，根據Power Delivery 1.0規範，裝置可透過Vbus或FSK載波進行換手(Handshaking)，或是透過ID接腳進行判別(圖5)。創惟科技新產品基於該公司長期發展USB充電技術的基礎，已順利跨越上述技術門檻。

資料來源：創惟科技 圖5　USB Power Delivery 1.0運作架構圖

值得一提的是，USB-IF已計畫在Power Delivery 1.0市場起飛後，加速A/V Class規範的修訂與推展，讓USB 3.0具備多合一傳輸功能。

除了新的充電規範促使行動裝置加速導入USB 3.0外，行動應用處理器業者的奧援，也為USB 3.0在行動裝置市場的發展注入一劑強心針。

處理器內建　USB 3.0加速進軍行動市場

根據行動裝置處理器業者的產品規畫，高通、NVIDIA，以及聯發科都預計於2013年下半年推出支援USB 3.0的產品，英特爾則計畫在凌動(Atom)下一代行動裝置專用的處理器中內建USB 3.0。林士元指出，由於英特爾與超微(AMD)在晶片組內建USB 3.0，因此個人電腦大舉導入USB 3.0，而行動裝置處理器的支援，也意味著USB 3.0行動裝置市場將正式開展。

林士元進一步解釋，先前USB 3.0由於功耗與成本的問題，遲遲無法受到行動裝置製造商的青睞，而USB 3.0被應用處理器整合後，不但解決功耗較高的問題，也可節省成本，進而打破USB 3.0進入行動市場的門檻。

不僅行動處理器內建引爆USB 3.0行動市場新一波商機，蘋果Lightning接口也打算從現有的USB 2.0升級至支援USB 3.0，亦將推助USB 3.0在行動裝置市場的發展。

根據蘋果官方網站釋出招聘具備USB 2.0與3.0設計專業知識人員的訊息，市場預測，蘋果將為其新的八接腳Lightning傳輸接口，升級至USB 3.0，進一步提高傳輸速率。Shih推測，蘋果各類行動裝置產品多透過裝置與個人電腦連接後，進行iOS的更新，加上iOS Image Size需1.2GB的儲存空間，因此從行動裝置連接器到快閃記憶體(Flash Memory)灌入作業系統時，Lightning傳輸接口480Mbit/s的傳輸速率將耗費較長的時間才能更新完畢。若Lightning支援USB 3.0 5Gbit/s的傳輸速率，消費者將可快速更新iOS，提升使用經驗。

另外，隨著行動影音時代的來臨，消費者於行動裝置傳輸高畫質影片的需求越來越高，動輒1G以上的檔案若透過USB 2.0 480Mbit/s的速率傳送，須花較長的時間。加上行動處理器業者已整合USB 3.0，支援USB 3.0的行動裝置預計於2013年底至2014年大量問世，因此蘋果勢必也須為自家Lightning提升傳輸速率，才可具備較多的競爭優勢，與其他智慧型手機品牌業者一較高下。

雖然目前尚無法確認蘋果何時於行動裝置產品內建USB 3.0，但有鑑於該公司筆記型電腦已支援USB 3.0，因此可預期USB 3.0也將有相當大的機會進入其行動裝置產品中。

隨著處理器與各大行動裝置品牌業者陸續推出內建USB 3.0的產品，再加上USB BC1.2與Power Delivery 1.0充電標準的加持，USB 3.0在行動裝置的滲透率將可持續攀升。

魏駿雄表示，在全球個人電腦銷售量持續低迷的同時，勢必影響USB 3.0市場發展，然而透過新的USB BC1.2與Power Delivery 1.0充電標準，以及行動裝置邁向超高畫質顯示的趨勢帶動，USB 3.0的市場版圖將可擴大至行動裝置應用領域，因此為相關USB晶片商創造新的成長契機。

值得一提的是，USB-IF亦計畫在PD市場起飛後，加速A/V Class規範的修訂與推展，使USB 3.0可達成傳輸影像、資料封包與充電的多工目標，進一步鞏固USB 3.0在行動裝置市場的地位。