影音、數據、電力皆可傳　傳輸介面邁向多功能合一

想像一下，當您帶著個人行動裝置出差時，須準備好各式各樣不同功能的傳輸線，最基本的包括裝置充電電源線、通用序列匯流排(USB)資料傳輸線，以及將智慧型手機連接至筆記型電腦或其他大螢幕裝置的高畫質多媒體介面(HDMI)或DisplayPort影像傳輸線。這些林林總總的傳輸線不但占行李空間，使用上也相當麻煩，因此若是傳輸介面技術可用一條纜線，同時進行充電、資料傳輸與影音播放，將相當完美，而這個夢想，已不再遙不可及。

由於消費者希望能以最簡便的方式，進行行動裝置的充電、即時影像播放與資料封包的傳遞，促使傳輸介面一線多用的需求日益高漲，遂吸引傳輸介面晶片開發業者與相關標準組織積極致力於多功能傳輸介面技術的研發。目前包括USB 3.0、HDMI與DisplayPort，以及專為行動裝置開發的行動高畫質連結(MHL)和MyDP皆致力以現有的技術規格，達到一條纜線具備多功能的目標。

觀察現有的各式傳輸介面(表1)，傳輸速率最快的介面Thunderbolt，為現階段唯一可滿足消費者充電、即時影像播放與資料封包傳輸的技術，但該介面最大的缺點為整體物料清單(BOM)成本較高，因此目前僅高階筆記型電腦導入。最普及的USB雖然USB開發者論壇(USB-IF)已制定A/V Class，提供USB傳輸即時影音的能力，但由於A/V Class規格不夠明確，加上USB被定位為傳輸封包資料的角色，因此USB業者對於USB影像傳輸功能皆各自為政，以至於USB 3.0 A/V Class標準形同虛設，目前僅DisplayLink推出利用USB傳輸即時影像，且可達到一對多螢幕的影像傳輸功能。

至於DisplayPort與HDMI則雖具有AUX Channel可傳輸資料封包，然而AUX Channel的設計主要目的為傳輸簡單的資訊，亦即主/從裝置間相互傳遞訊息，確保資料是否確實傳輸至目的地，因此傳輸速率不高，約480M～1Gbit/s，無法滿足現今大資料封包的傳輸需求。

有鑑於現有的傳輸介面無法充電、即時影像播放與資料封包傳輸一次到位，超微(AMD)遂提出新的傳輸介面標準--Lightning Bolt，並與德州儀器(TI)、創惟科技與意法半導體(STMicroelectronics)攜手打造介面架構，期滿足使用者欲以單一傳輸介面執行多功能，以及行動裝置產品製造商降低成本的需求。

滿足單纜線多功能需求　Lightning Bolt應運而生

圖1　Lightning Bolt運作架構

圖2　意法半導體行銷經理朱振盟表示，Lightning Bolt主要應用鎖定筆記型電腦擴充底座。

2012年，超微提出新的Lightning Bolt介面，該介面技術採用的連接頭為mini-DisplayPort，但纜線以USB 3.0、DisplayPort及充電線構成(圖1)，與英特爾(Intel)主導的Thunderbolt頗有異曲同工之妙。很顯然，Lightning Bolt為超微欲直接與Thunderbolt競爭的新介面，不僅介面組成架構大同小異，Lightning Bolt更在節省成本上下足功夫。意法半導體行銷經理朱振盟(圖2)表示，目前筆記型電腦特別是超輕薄筆電(Ultrabook)持續朝超輕薄的設計方向邁進，如此一來，介面接口數量勢必須減少，因此僅存的傳輸介面接口即須具備傳輸影音、資料的能力。然而滿足多功能要求的Thunderbolt技術，除須在主機與裝置各增添一組發送(Tx)與接收器(Rx)外，還須增加一顆控制器，才能讓主機與裝置間順利連線並運作，此五顆外加的晶片成本相當驚人，約50?60美元，因此目前僅高階筆記型電腦支援Thunderbolt。

另一方面，現今個人電腦銷量持續低迷，個人電腦大廠為刺激銷量，2013年開始調整策略，減緩對高階機種的投入，因而對在產品中導入Thunderbolt產生卻步，因此在個人電腦處理器有市場基礎的超微，協同在USB 3.0、DisplayPort與電源管理有相當深厚研發基礎的創惟科技、意法半導體與德州儀器，利用筆記型電腦原本就須內建的晶片與設計架構，推出成本更具吸引力的Lightning Bolt。

圖3　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認為，10Gbit/s USB新規範市場發展將從個人電腦領域開始萌芽。

據了解，相較於Thunderbolt，Lightning Bolt的成本可少五倍以上。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(圖3)提到，Lightning Bolt由各家專注在不同領域的業者共同打造，四對纜線中有二分之一撥給USB 3.0使用，其他則是DisplayPort，筆記型電腦開發業者僅須再加入一顆高速切換器(Switch)控制並切換訊號，以協助Lightning Bolt以正確的介面傳輸使用者的資料或充電，而德州儀器在Lightning Bolt設計中所扮演的角色即為提供基於長期耕耘的數位類比訊號技術打造的切換器。

不過，Lightning Bolt充電電壓可達50～60瓦(W)；Thunderbolt則為10瓦，皆尚未達到目前筆記型電腦適配器(Adapter)90瓦的等級，因此要將筆記型電腦轉為受電端，仍有一定的難度。另一方面，採用Lightning Bolt進行擴充底座的連接時，筆記電腦須額外連接一個外部接線盒(圖4)，才可進行介面訊號切換，並與現有的筆記型電腦相容。據悉，超微已計畫將此外接盒融入筆記型電腦的設計中，進而再降低Lightning Bolt的成本。

圖4　Lightgning Bolt介面設計架構與主要組成晶片

另外，由於頻寬限制，Lightning Bolt無法在傳輸資料封包或是播放高畫質影像的同時，為裝置進行充電。林士元解釋，1,080p、每秒60訊框(Frame)的高畫質影像資料量已是目前標準畫質的四倍，若不經壓縮傳輸，至少須3Gbit/s以上的頻寬，進入4K×2K的時代後，更將要求10Gbit/s甚至更高的傳輸速率；而資料封包的傳輸最少須5Gbit/s，才可滿足消費者需求，因此若要同時進影像播放與資料封包的傳輸，傳輸介面最少須具備15Gbit/s的傳輸速率，目前無論是Lightning Bolt或Thunderbolt都無法達成。

創惟科技行銷部資深技術行銷經理魏駿雄強調，即使Lightning Bolt尚無法達到同步多工的功能，但由於筆記型電腦銷售呈現疲軟狀態，因此個人電腦系統業者對成本更為敏感，而Lightning Bolt採用的USB 3.0、DisplayPort已被中央處理器晶片組整合，毋須增加額外的成本，預期更能獲得筆記型電腦業者的青睞。

值得注意的是，5月初視訊電子標準協會(VESA)Workshop將有Lightning Bolt的展示，正式對會員公布該新介面的技術架構；而2013年第四季，台灣兩大個人電腦品牌廠之一的業者，也將推出內建Lightning Bolt的Ultrabook，帶給消費者單一傳輸介面即可進行充電、即時影像與資料封包傳輸的使用者經驗。

為滿足Lightning Bolt設計所需，意法半導體、德州儀器與創惟科技各司其職，推出相關晶片。林士元指出，德州儀器4月底量產的切換器，具備高性價比，相當適合Lightning Bolt介面使用。朱振盟認為，意法半導體長期投注DisplayPort技術的研發，因此可提供兼具效能與成本優勢的DisplayPort收發器與橋接晶片；而創惟科技也將提供USB 3.0周邊晶片，力拱Lightning Bolt市場發展。魏駿雄認為，今年第四季台灣電腦大廠推出的Lightning Bolt Ultrabook機種能否吸引消費者目光，將為該介面市場成敗重要關鍵。

防堵Lightning Bolt　Thunderbolt以速率倍增策略應戰

面對Lightning Bolt的宣戰，英特爾在今年北京英特爾科技論壇(IDF)中表示，為降低Thunderbolt成本，英特爾已推出單埠Thunderbolt控制器，不但可降低成本且功耗更低，僅須0.7瓦，可符合電腦系統業者對於低成本的要求。

此外，英特爾並計畫於2014年推出傳輸速率高達20Gbit/s的新一代的Thunderbolt規範。根據英特爾發布的消息，代號為Falcon Ridge的下一代Thunderbolt介面技術，將可符合4K×2K超高畫質影音傳輸頻寬需求，且檔案毋須經過壓縮，在控制器的方面，英特爾亦計畫為下一代Thunderbolt打造新的Redwood Ridge控制器，並將整合於Haswell晶片組中，進一步降低功耗與成本。

事實上，除Thunderbolt與Lightning Bolt介面可一線傳輸影音、資料與充電外，其他傳輸介面亦開始積極補強不足，發展多功能傳輸能力，以滿足消費者殷切的需求。

USB-IF最初制定USB 2.0技術規範時，其實已計畫讓USB增添即時影音資料傳輸的功能，因而制定A/V Class，且USB 3.0亦可沿用，惟由於A/V Class規範制定較不明確，因此各家USB晶片業者並未積極投入相關產品的研發，以至於USB 3.0被定位為資料封包傳輸介面。

A/V Class相助　USB 3.0影像傳輸非夢事

圖5　微芯USB與網路事業群應用及市場發展總監Jesse Lyles表示，未來該公司將持續研發以USB介面傳輸影音資料的解決方案。

雖然USB 3.0仍被定位為資料傳輸介面，不過仍有業者已利用USB介面進行即時影音傳輸的開發，包括DisplayLink與微芯(Microchip)。微芯USB與網路事業群應用及市場發展總監Jesse Lyles(圖5)指出，USB傳輸介面可傳輸各種資料型態已被討論一段時間，亦即透過USB單一連接埠可傳輸音訊、影片、數據，以及為裝置的電池充電。實際上，過去已有一些相關的USB產品進入市場，但多為一條USB傳輸纜線端對應兩個連接埠，其中一個連接埠用於音訊傳輸需求；另一埠則可被用於影片、數據、電池充電，此種單條纜線設計具備兩個連接埠的方式，即可讓行動裝置透過一條USB纜線運作所有消費者所需的功能，使用時僅須根據應用狀況插拔不同的接頭。

Lyles強調，看準USB 3.0是可易於滿足消費者單纜線多工作業需求的技術，因此微芯持續進行相關產品的研發，先前已推出可支持單USB 3.0纜線、多工作業功能的解決方案，並與合作夥伴開發自有的連接接頭。

威鋒電子產品經理Terrance Shih認為，A/V Class規範仍不夠完整，因而影響USB業者利用USB 3.0播放即時影像的意願，各家業者並各自為政，發展自有的特殊產品。現有的做法大多將負責A/V、資料傳輸與充電三條獨立的纜線包裝為單條傳輸線的設計，業者再自行設計傳輸接頭，如將HDMI與USB 3.0接頭並排包裝，另外一種做法則是以USB 3.0轉接HDMI，但此種方式將無法保有USB 3.0的充電與傳輸資料功能。

所幸，USB-IF已正視使用者對單一介面多功能傳輸的需求，已加快腳步討論A/V Class技術規範的可行性。

除加緊發展A/V Class規範外，USB-IF新推出的具備10Gbit/s傳輸速率的USB 3.0下一代規範，也將協助USB 3.0落實多工的發展願景。

10Gbit/s傳輸速率相助　USB 3.0拓展影音傳輸能力

USB-IF已於今年2月公布下一代USB技術規範0.7版，並於5月發布0.9版，預計第三季底定1.0版。Shih透露，新一代USB規範名稱未定，可能稱為Super Speed+或USB 3.0 Gen2，但可確定的是傳輸速率將一舉推升到10Gbit/s，滿足更多須高速傳輸的應用需求。

今年英特爾亦於北京IDF提出對新一代USB規範的看法。該公司I/O部門架構師暨策略師Brad Saunders表示，超高畫質顯示加固態硬碟(SSD)儲存及其他應用，將用罄現有USB 3.0 5Gbit/s傳輸速率，導致傳輸效率不佳的問題，尤其SSD加上傳統硬碟(HDD)的混合使用模式，頻寬需求將在3年內超過500MB/S，將更加突顯USB 3.0頻寬的不足。因此英特爾將力拱10Gbit/s USB新技術規範，擴大USB應用領域，如支援1,080p的A/V顯示與多螢幕同步顯示的功能，以及滿足SSD和磁碟陣列(RAID)的傳輸速率要求。

更重要的是，英特爾將透過10Gbit/s USB技術實現單一纜線可同時進行充電、A/V顯示與資料傳輸的功能。Saunders指出，新的USB技術規範除提升傳輸速率外，其他特性包括可向下相容現有USB 3.0接口、可根據應用狀態調整傳輸速率，以及電源效率可大於或等於USB 3.0。此外，USB還可透過新的編碼、頻寬分配與訊號多點反射等關鍵功能，傳輸A/V資料(圖6)。

資料來源：英特爾IDF圖6　10Gbit/s USB技術架構

HDMI新規範強化資料傳輸功能

圖7　美商晶鐌市場行銷總監郭大瑋認為，顯示器製造商是否願意在產品中導入USB，將左右USB A/V Class規格的發展。

USB 3.0下一代規範戮力朝多工發展的同時，HDMI論壇(HDMI Forum)亦著手增強資料封包傳輸能力。美商晶鐌(Silicon Image)市場行銷總監郭大瑋(圖7)表示，現有HDMI 1.4版的纜線架構中新增的AUX Channel以USB 2.0技術為基礎，用以傳輸主機與裝置間連結訊息，但要傳較大的資料封包則仍有不足，因此HDMI論壇已針對HDMI 2.0進行討論，除支援4K×2K超高畫質顯示外，也將視市場需求，調整資料封包傳輸速率。

事實上，不只AUX Channel具備傳輸資料封包的能力，HDMI 1.4新增的HDMI Ethernet & Audio Return Channel(HEAC)也可傳輸資料封包。郭大瑋解釋，有鑑於消費者簡化傳輸線種類的需求日益高漲，因此HDMI論壇制定HDMI 1.4規範時即試圖利用新增的HEAC，因應市場發展趨勢，惟HEAC支援的傳輸速率僅100Mbit/s，再加上目前支援HDMI的裝置多已配有USB傳輸介面，供裝置進行資料封包的傳輸，因此HDMI相關發展業者並未利用該條通道進行資料傳輸，並開發相關產品。

看準傳輸介面邁向多功能發展趨勢成形，HDMI論壇已確定未來HDMI 2.0版將可在傳輸影音的同時，也可傳輸資料封包。郭大瑋透露，HDMI 2.0將以換通道(Lane)或其他方式提升HDMI數據資料傳輸的能力，不過若是要加入充電的功能，得額外增添新的充電纜線，將提高HDMI系統設計複雜度，因此目前HDMI論壇並未明確表示HDMI 2.0是否一併增加充電的功能。

AOC助陣　傳輸介面實現同步多工

儘管各大傳輸介面皆致力邁向可傳輸影音、資料與充電多合一功能的發展，但實際上無論Thunderbolt、Lightning Bolt、USB 3.0及HDMI皆難做到同時傳輸影像或數據資料，而須透過排程，等待某項工作完成後，才能再進行下一項工作。為解決此問題，主動式光纖纜線(AOC)遂應運而生。

圖8　Ensphere創辦人暨執行長Hessam Mohajeri指出，隨著AOC光電轉換模組良率逐步提升，纜線價格將更具競爭力。

Ensphere創辦人暨執行長Hessam Mohajeri(圖8)表示，採用AOC不僅可延長傳輸介面纜線的長度，增加傳輸距離，也可進一步提升傳輸介面的傳輸速率，甚至還可解決同步傳輸影音、資料與充電多合一功能的技術難題。因此未來傳輸速率朝多工與更高傳輸速率方向邁進時，由於銅纜物理上的限制，將使AOC更受到高速傳輸介面相關產品開發商的青睞。例如傳輸速率將再翻一倍的Thunderbolt，勢必須採用AOC，才能順利提高傳輸速率至20Gbit/s；10Gbit/s USB也須採用AOC。

至於光纖纜線無法帶電，如何解決充電的問題，Mohajeri進一步解釋，透過光纖與銅線的混合纜線即可克服，但Mohajeri也坦言，如此傳輸纜線設計上將變得更複雜，技術門檻也較高。另外，向下相容較低速的傳輸介面，也將是AOC拓展市場須解決的課題。

事實上，先前高速傳輸介面也掀起一股導入AOC的風潮，但由於應用領域有限，以及AOC價格較高等因素，導致現階段傳輸介面纜線依然以銅為主。Mohajeri強調，隨著製程技術的演進，光纖纜線內使用的光電轉換模組量產組裝的良率已可達90%，因此消費者已逐漸可接受光纖的售價，況且銅線雖較便宜，但在高速傳輸時，銅纜超過3公尺(m)即會出現訊號不穩、衰減嚴重等問題，但AOC並不會發生上述情況。

據了解，現今3公尺以內的光纖纜線價格已接近銅纜，加上AOC可為消費者帶來的使用價值，預期光纖纜線將越來越受到歡迎。

思科(Cisco)統計資料指出，至2013年底，每位消費者將擁有兩台以上的行動裝置，意味著任何時候在任何地方使用者都有利用行動裝置即時存取內容並與他人溝通交流的需求。此外，液晶顯示器(LCD)解析度持續增加，平板裝置及平板手機(Phablet)的出現，促使消費者利用這些行動裝置存取越來越多的音訊及影片內容，也因此越來越多使用者在影音串流的同時執行電子郵件、訊息、社群網路、照片上傳等多樣活動，不僅對高速傳輸介面頻寬的要求不斷增加，也對傳輸介面能否多工傳輸影音、資料與充電的需求越來越高漲，促使傳輸介面戮力朝向單一纜線具備多種功能的方向演進。