技術/應用邁大步　USB 3.0勢如破竹

第三代通用序列匯流排(USB 3.0)標準於2008年11月公布後，挾既有USB 2.0近乎100%的滲透率，受到許多個人電腦與周邊裝置廠商的青睞。在2010年4月由USB應用者論壇(USB-IF)於台北舉辦的開發商論壇中，即公布七十五個通過認證的USB 3.0產品，USB 3.0主機(Host)端控制晶片廠商NEC電子(現已為瑞薩電子)並宣布其出貨量已達三百萬片，主機板廠商技嘉、個人電腦大廠華碩與惠普(HP)也紛紛發表內建USB 3.0的產品與未來發展計畫。  

根據IDC統計資料預測，在2012年時，所有出貨的行動個人電腦中，將有45%配備USB 3.0。USB-IF總裁兼主席Jeff Ravencraft表示，USB 3.0的成長動力將持續爆發，各種新產品正快速進入市場，將進一步擴大USB 3.0生態體系。而USB 3.0技術提供5Gbit/s的傳輸速度，不但開啟新的應用領域，同時也強化現有的裝置，如可同時推動兩個或兩個以上的1,080p全解析度顯示器，在同一時間還可從外接磁碟機讀取資料。此外，新推出的USB 3.0主機端裝置將也帶動新的周邊裝置導入USB 3.0，其中包括顯示器和印表機等。  

惠普傑出技術專家Lee Atkinson表示，USB 3.0規格一出，惠普馬上將此規格導入印表機產品中，2010年惠普除了筆記型電腦將全面支援USB 3.0外，桌上型電腦也將採用USB 3.0。全球最大主機板供應商技嘉副總經理高瀚宇指出，USB 3.0的出現可謂為個人電腦市場帶來一波新的換機朝，而USB 3.0最大的市場驅動力也將是個人電腦產業，因此在NEC電子於2009年開始出貨後，目前技嘉也已推出一百萬片支援USB 3.0的主機板，預計到2010年底，即可達五百萬片的出貨量。華碩副總裁陳志雄強調，未來該公司全線產品，包括筆記型電腦、桌上型電腦與平板電腦等，皆將全部內建USB 3.0。  

由許多廠商陸續宣布投入USB 3.0，可見該技術發展正如火如荼，不過同時間卻也面臨不少挑戰，如英特爾(Intel)支援USB 3.0晶片組延遲發布、傳輸距離由USB 2.0的5公尺縮短為3公尺，以及裝置端產品出貨量跟不上主機端的情況，甚至英特爾在2010年4月北京的英特爾科技論壇(IDF)中，宣布新的傳輸技術Light Peak，並表示未來該技術將一統高速傳輸介面，平添USB 3.0市場發展變數。  

英特爾/微軟未帶頭衝　USB 3.0裝置端進展步調緩  

圖1　旺玖科技產品行銷暨業務處經理楊志鈞表示，USB 3.0裝置端或主機端晶片價格須以量帶價，才能進一步降低成本，而提高USB 3.0普及度的關鍵則端看英特爾與微軟的時程。

NEC電子除宣布該公司於2010年1～3月於USB 3.0主機端控制晶片出貨量已達三百萬片外，並計畫每個月出貨兩百萬片，然而裝置端控制晶片出貨量卻遠落後於主機端，究其原因，主要在於英特爾與微軟(Microsoft)作業系統(OS)尚未全面支援USB 3.0，導致裝置端與主機端晶片出貨量的落差。  

旺玖科技產品行銷暨業務處經理楊志鈞(圖1)預估，2010年裝置端USB 3.0的晶片出貨量可達兩百萬到四百萬片已可謂相當驚人，但相較於NEC電子於今年USB 3.0主機端控制晶片的出貨量計畫，裝置端與主機端晶片出貨量將有五至十倍的差距，會有這樣的落差，與英特爾支援USB 3.0晶片組延遲發布及微軟作業系統仍未支援USB 3.0有關。  

楊志鈞進一步解釋，現階段已內建USB 3.0接口的筆記型電腦、主機板等，多定位在高階產品等級，一般消費者對於支援USB 3.0機種將增加成本支出較為敏感，加上對5Gbit/s的高傳輸速度也尚未出現極大需求，因此寧可選用既有的USB 2.0。再者，以技術發展面來看，新技術若可獲得大廠奧援，則普及速度將可加快，而英特爾於南橋整合USB 3.0的晶片組推出後，低階個人電腦也將具備USB 3.0的功能，售價也可進一步降低，消費者也就更能接受USB 3.0此一新技術，屆時對於裝置端的需求量也將大增，可進一步刺激裝置端晶片廠商的出貨量。  

圖2　睿思科技資深產品經理王勝宏表示，預計2010年USB 3.0的市場滲透率將達25%甚至50%，即使Light Peak推出，也無法在短期內影響USB 3.0的存活。

此外，雖然Linux已有支援USB 3.0的版本，蘋果(Apple)也計畫將作業系統由1394改為支援USB 3.0，但這些作業系統仍屬小眾，楊志鈞表示，若作業系統未能支援，則須倚賴第三方軟體開發商撰寫驅動程式，也將增加總體成本。總之，若Wintel聯手，勢必可以打造更加完善的USB 3.0應用環境，而在主機端帶動裝置端發展的模式下，USB 3.0裝置端晶片或終端產品出貨量將可漸漸趕上並超越主機端。

由智原轉投資的睿思科技(Fresco Logic)主機端控制晶片產品剛進入量產階段，該公司資深產品經理王勝宏(圖2)表示，睿思科技主機端控制晶片的量產已開始，並預計於2010年下半年趕上NEC電子目前超過50%的市占率數字，觀察目前市場狀況，並未感受到裝置端的晶片出貨速度落後太多。德州儀器(TI)亞洲區高效能類比產品市場開發行銷經理林士元(圖3)也認為，主機端與裝置端並沒有那麼大的差距，不過英特爾晶片組推出後，的確可帶動裝置端產品的出貨速度，而德州儀器則是一口氣推出五項產品，包括USB 3.0實體層(PHY Layer)、橋接器、收發器等，且這些產品也已通過USB-IF的認證。  

圖3　德州儀器亞洲區高效能類比產品市場開發經理林士元表示，目前USB 3.0的應用中，3公尺的傳輸長度已足以符合市場所需。

已率先推出USB 3.0裝置端產品的芯微(Symwave)創辦人暨技術長Christopher Thomas表示，USB 3.0主機端控制晶片出貨速度快，為USB 3.0技術發展的必然趨勢，而裝置端廠商步調較慢有很大的因素是在等待產品的推出，一旦英特爾晶片組問世，USB 3.0發展的不確定性將降至最低，USB 3.0產品的售價也可望進一步降低，屆時裝置端廠商即可迎接另一波市場高峰。  

創惟科技技術行銷部資深技術行銷經理魏駿雄(圖4)表示，英特爾的態度是左右USB 3.0市場能否迅速發展主要因素，回溯USB 2.0的發展模式也可套用於USB 3.0，事實上，最初也是由NEC電子率先推出USB 2.0主機端控制晶片，在USB 2.0市場發展到達一定程度後，英特爾才順勢推出晶片組產品，除了可接收所有的USB 2.0市場外，也可帶出另一波市場高潮，促進裝置商產品的出貨速度。  

圖4　創惟科技技術行銷部資深技術行銷經理魏駿雄強調，由於USB 3.0價格仍高，因此高階個人電腦將率先導入USB 3.0，裝置端則由外接硬碟與SD卡先轉換為USB 3.0介面。

目前發展USB 3.0的廠商多認為英特爾USB 3.0晶片組推出後，其將成為USB 3.0主機端龍頭，王勝宏表示，現階段，USB 3.0主機端的應用即可開創不少市場商機，反倒在英特爾推出支援USB 3.0的產品後，則恐壓縮主機端控制晶片廠商的市場空間，因此英特爾晶片組的延後推出，反而有利於主機端廠商爭取更多訂單，未來睿思科技也將逐漸轉往裝置端相關晶片產品的研發，以將影響降至最低。  

針對英特爾晶片遲遲不見蹤跡，廠商也議論紛紛，林士元認為，成本是英特爾進軍USB 3.0市場的關鍵，畢竟將USB 3.0整合至南橋中，除了技術複雜度提高外，成本也相對提升，而終端消費者對於USB 3.0的接受度，將主宰USB 3.0晶片成本下降與否，因此英特爾仍在等待終端消費者為USB 3.0帶來符合其預期的市場規模，而德州儀器也將搶在英特爾接收主機端控制晶片市場前，於2010年第三季推出主機端控制晶片。德州儀器USB產品介面行銷經理Dan Harmon(圖5)表示，2010年英特爾晶片組推出後，即可一舉先拿下20%以上的市占率，隨後再逐漸蠶食整個市場，然在此之前，已足以讓主機端晶片廠商獲得一定程度的營收。  

圖5　德州儀器USB產品介面行銷經理Dan Harmon認為，將USB 3.0整合於南橋應非難題，最大的挑戰在於如何縮小晶片組尺寸的同時，仍可維持USB 3.0的傳輸速度。

事實上，亦有傳聞指出英特爾遲遲不推出支援USB 3.0晶片組的原因在於技術問題，致力研發各式高速傳輸介面保護元件的晶焱科技研發部協理姜信欽(圖6)即表示，將USB 3.0整合於南橋的複雜度的確提高不少，且真正的挑戰在於如何縮小晶片組尺寸與降低成本，此亦可能為英特爾晶片組延後上市的因素之一。  

無畏英特爾Light Peak  

除晶片組延遲發布外，2010年4月英特爾於北京舉行的IDF中提出新的光纖纜線傳輸介面Light Peak，並展出內建Light Peak介面的筆記型電腦。業界咸認為英特爾預計將以Light Peak取代USB 3.0。不過英特爾強調，Light Peak、USB 3.0之間並無衝突，甚至可互補，原因在於Light Peak可讓USB與其他傳輸標準透過單一、較長的纜線，以更快的速度傳輸資料，預期Light Peak、USB技術將會在市場上、甚至在同一個裝置中共存。  

圖6　晶焱科技研發部協理姜信欽指出，英特爾具有1年六億台個人電腦市場量的實力，使其成為USB 3.0普及的關鍵，也造成目前USB 3.0裝置端廠商鴨子划水的態度。

無論USB 3.0主機端與裝置端晶片廠商皆認為，短期之內，Light Peak並不會對USB 3.0造成威脅。魏駿雄表示，USB 3.0為正在市場上實際發生的技術，產品也正陸續推出，Light Peak仍在計畫階段，並未有實際產品問世，因此現階段毋須擔心Light Peak將對USB 3.0市場發展帶來任何衝擊。  

增加纜線長度
USB 3.0轉接驅動器/集線器扮要角  

除了須面臨Light Peak的競爭外，USB 3.0高達5Gbit/s的傳輸速度也限制其纜線長度，從USB 2.0的5公尺縮短為約3公尺。為免傳輸距離成為USB 3.0未來發展的阻礙，USB 3.0相關廠商透過轉接驅動器(Re-driver)與集線器(Hub)解決此一問題。  

德州儀器即已推出USB 3.0轉接驅動器，林士元表示，轉接驅動器除可增加訊號的傳輸距離外，還可清除訊號中的雜訊與干擾，確保訊號品質，一般來說，若USB 3.0實體層晶片的品質達到一定水準，則毋須外掛一顆轉接驅動器，在傳輸過程中即可擁有乾淨的訊號，並可達一定的有效傳輸長度，但對於主機板廠商而言，因無法得知消費者採用的傳輸線品質如何，為避免受傳輸線品質不佳，連帶影響消費者對其主機板品質的觀感，因此大多會外加一顆轉接驅動器，以維持產品的水準。另一方面，採用集線器也可延長USB 3.0纜線長度，德州儀器USB 3.0集線器控制晶片已通過USB-IF認證，也計畫於2010年第二季底投入量產。  

而採用集線器或轉接驅動器，成本將為重要考量因素，也引發何種方式較省成本的討論，魏駿雄指出，轉接驅動器需要在USB 3.0纜線兩端的裝置中皆加裝驅動器，才能得到較佳的效果，如此一來，成本即較一顆集線器控制晶片來得高。  

針對此說法，林士元則有不同看法，他解釋，現階段USB 3.0集線器控制晶片成本較轉接驅動器高，原因在於集線器控制晶片電路設計較為複雜，所須投入的設計成本上勢必較多，再加上目前集線器控制IC量產的廠商並不多，在出貨量未具規模之前，集線器控制IC的總成本應該比轉接驅動器高。未來USB 3.0市場興起，晶片產品大量出貨後，晶片價格一定可再下探，屆時總成本較低的方式，勢必較能獲得消費者青睞。  

邁入成長期　USB 3.0晶片決勝點在成本  

個人電腦大廠成為USB 3.0領頭羊，開啟市場新局，並持續發展，進而也吸引群雄並起，積極搶攻市場商機，不過，在市場逐漸邁向成長期之際，多數中外大廠咸認，成本將是現階段晶片產品勝出市場的一大要素。魏駿雄表示，廠商欲在USB 3.0產品成長期中保持競爭優勢，關鍵為晶片價格，而由熟悉8位元微控制器(MCU)8051架構的台灣廠商，推出的裝置端晶片產品，相較於其他採用32位元微控制器為主要架構的產品，較具成本競爭優勢。  

林士元也認為成本將是市場競爭的關鍵，他指出，台灣廠商採用8位元微控制器架構，使其USB 3.0晶片具備一定成本優勢，但目前德州儀器採用65奈米製程發展晶片，亦不失為降低成本的好方法，再加上與安謀國際(ARM)長期合作，也有助持續降低晶片的成本。  

針對上述論點，Thomas則有不同看法，他表示，雖然8位元微控制器在成本上較具優勢，但32位元MCU的效能遠較8位元更勝一籌，因此若從效能的角度來看，32位元MCU將是較佳的選擇，尤其是未來USB 3.0晶片出貨量到達一定程度時，成本勢必可再下探。  

至於USB 3.0裝置端控制晶片如何利用8位元微控制器達到32位元的效能，魏駿雄解釋，創惟科技利用特定應用積體電路(ASIC)執行加速的動作，因此除可補足8位元與32位元效能的差異外，也可維持成本的效益，在功耗上，則利用先進製程，再透過串列解串列器(SerDes)的技術，降低晶片耗電，舉例而言，該公司採用0.13微米製程的USB 3.0產品即較0.18微米製程USB 2.0晶片降低30微安培(mA)功耗。  

有關主機端控制晶片方面，為降低成本與符合現階段市場需求，睿思科技推出支援一埠的產品，王勝宏表示，由於目前USB 3.0裝置端的產品仍不多，若採用兩個埠以上的主機端控制晶片，除提高成本外，另一個埠也無法發揮其效果，因此睿思科技先以單埠的產品為先鋒，預計2010年第三季發表兩埠的產品。林士元則指出，未來支援兩埠的產品將為市場主流，因此德州儀器預計先推出雙埠的USB 3.0主機端控制晶片，下一階段則是發表四埠的產品。  

USB 3.0一統資料傳輸介面  

挾高傳輸速度與普及率的USB 3.0，在甫推出之時，有廠商認為其有機會可一統傳輸介面江山，不過觀察目前率先導入USB 3.0的應用為儲存裝置，因此包括創惟科技、旺玖科技、睿思與德州儀器等廠商，皆認為未來USB 3.0雖可望成為資料傳輸的唯一介面，卻不可能大一統所有的傳輸介面。Harmon表示，HDMI、DisplayPort與USB 3.0的應用範圍不同，USB 3.0著重在資料傳輸，並可縮短傳輸時間，如超過27GB的高畫質影片僅需70秒即可傳輸完畢，而HDMI與DisplayPort則是聚焦於裝置間影片播放時的連結，USB 3.0在此仍無法與HDMI與DisplayPort媲美。  

姜信欽強調，USB 3.0要成為傳輸介面霸主的可能性不大，但在個人電腦領域有即機會取代HDMI與DisplayPort，另在家電市場，則仍為HDMI的天下，不過以未來市場發展性來看，USB 3.0最具潛力。