晶片方案全面出籠　USB 3.0馳騁高速介面市場

第三代通用序列匯流排(USB 3.0)規格無疑是今年個人電腦產業備受矚目的發展焦點，不僅惠普(HP)、戴爾(Dell)、華碩、技嘉等主要電腦製造商已推出一系列內建USB 3.0規格的主機板與筆記型電腦，包括德州儀器(TI)、富士通(Fujitsu)、芯微(Symwave)與創惟等國內外晶片業者也卯足全力，推出相關解決方案。  

晶片業者咸認為，USB 3.0市場普及速度將比預期更加快速，至2010年底，市場上將存在超過兩千萬台支援USB 3.0介面的產品。不僅如此，USB應用者論壇(USB-IF)的相關規範制定工作小組，也已緊鑼密鼓展開新的發展計畫，試圖讓USB 3.0成為傳輸介面的技術霸主。  

然而，頻寬高達5Gbit/s的USB 3.0，對於訊號品質的要求比先前的USB標準都來得嚴苛，且研發設計與相關測試挑戰也更上層樓，因而成為產品製造商搶食USB 3.0升級商機時所必須克服的首要難題。  

主控器方案精銳盡出　USB 3.0普及再添助力  

不可諱言的，USB 3.0市場要全面起飛，主控器(Host Controller)方案將扮演最關鍵的觸媒角色，尤其在晶片組業者尚未正式推出整合USB 3.0的方案之前，獨立型主控器的發展更與USB 3.0的興盛與否密不可分。  

令人振奮的是，繼NEC電子(現為瑞薩電子)後，包括睿思(Fresco Logic)、祥碩、鈺創與威鋒等台灣晶片設計業者，也紛紛於日前台北國際電腦展(Computex)上發表獨立型主控器產品，除讓市場戰火驟然升溫外，亦為USB 3.0注入新的成長動能(表1)。  

據了解，睿思推出的一埠USB 3.0主控器晶片日前已通過USB-IF的所有測試，並取得可擴展主機控制介面(xHCI)控制器的認證。目前該公司第一代產品已獲得主機板廠採用，相關終端產品也於此次台北國際電腦展上展出。  

原本專精於記憶體產品發展的鈺創，為降低記憶體市場波動較大的營運風險，近來積極跨足邏輯產品市場，因此廣招具有晶片組設計經驗的好手加入研發團隊，而USB 3.0主控器即為其重要的代表作，目前產品已成功投產並取得工程樣品。  

至於威盛轉投資的威鋒電子，則率先推出支援四埠的USB 3.0主控器方案，為主機板和個人電腦製造商提供更多創新設計的空間。  

值得注意的是，不讓台商專美於前，德州儀器也準備於今年下半年推出首款USB 3.0主控器方案，屆時勢將引爆更劇烈的市場競爭，並加速主控器平均銷售價格的下滑，從而激勵主機板與個人電腦製造商擴大導入規模。  

圖1　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，為確保USB 3.0晶片效能的穩定，該公司對驗證作業格外重視。

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1)透露，該公司已如火如荼展開USB 3.0主控端晶片的驗證工作，預計將於今年第三季開始提供二埠和四埠的解決方案樣品，並在2011年上半年量產供貨。  

雖然德州儀器進入USB 3.0市場的時間相對較晚，但由於該公司已在USB領域投入甚久，擁有低速、全速(Full Speed)和高速(High Speed)USB，以及USB OTG等解決方案的豐富研發經驗，加上在USB 3.0標準制訂過程中亦扮演舉足輕重的角色，因此後續產品開發的實力不容小覷。  

林士元表示，2009年3月德州儀器即採65奈米製程推出首款USB 3.0裝置端控制晶片，相較其他採用0.13微米與90奈米製程的方案，功耗及尺寸的表現均更勝一籌。至今USB 3.0產品線更已含括轉接驅動器(Re-driver)、USB 3.0至SATA橋接控制晶片、四埠USB 3.0集線器，以及USB 3.0收發器等方案。  

隨著台灣晶片業者大舉搶進USB 3.0主控器市場，今年下半年USB 3.0主控器價格勢將進一步鬆綁並帶動整體市場需求快速攀升。事實上，市場已傳出台灣業者將於今年下半年推出價位低於3美元的二埠USB 3.0主控器方案，以瓜分瑞薩電子的市占大餅。  

不過，林士元認為，價格雖是引吸客戶的一大誘因，但產品效能與功耗表現也是不容忽視的核心價值。面對台灣業者低價產品的凌厲攻勢，德州儀器已做好萬全準備，有信心迎戰各種市場變化及挑戰。  

英特爾/超微新平台架構丕變　晶片組整合USB 3.0有眉目  

圖2　創惟科技產品開發事業處技術行銷部資深技術行銷經理魏駿雄認為，台灣晶片業者加入USB 3.0主控器市場戰局，將有助激勵市場需求。

正當獨立型主控器供應商在市場火熱開打之際，英特爾(Intel)與超微(AMD)也已著手規畫在新一代平台中整合USB 3.0規格，為USB 3.0的大量普及預作準備。 創惟科技產品開發事業處技術行銷部資深技術行銷經理魏駿雄(圖2)指出，就英特爾平台的發展藍圖來看，預計要到2012年才會看到晶片組整合USB 3.0的方案；相形之下，超微的動作則較積極，預計今年底推出的平台中，即會將USB 3.0整合進晶片組中。  

英特爾今年的主機板平台仍採用三顆晶片的設計架構，包括中央處理器(CPU)、輸入/輸出集線器(I/O Hub, IOH)及輸入/輸出控制器中心(I/O Controller Hub, ICH)，並透過IOH以PCI Gen2介面和USB 3.0控制器相連結。然而，2011年時，將進一步縮減成兩顆晶片的方案，CPU、繪圖處理器(GPU)及記憶體控制器都將整合在新一代Sandy Bridge處理器中，而USB 3.0則透過PCI Express介面與新的Cougra Point晶片組連結(圖3)。

圖3　英特爾2011年推出的主機板平台方案，將由三顆改為兩顆晶片設計。

至於超微在2011年推出的主機板平台，雖仍是三顆晶片的設計架構，但值得一提的是，其新一代南橋FCH晶片組中，已內建USB 3.0主控器，可支援四個USB 3.0連接埠(圖4)。魏駿雄分析，隨著晶片組開始內建USB 3.0，市場需求的成長速度將顯著增加，預估2011年USB 3.0市場成長將更為強勁。

圖4　超微已率先計畫於2011年推出整合USB 3.0的晶片組平台。

晶片可靠性攸關產品成敗　認證測試不可不慎  

在主控器與晶片組業者的推波助瀾下，USB改朝換代的商機已快速蔓延，然而，由於USB 3.0的資料傳輸率上看5Gbit/s，比USB 2.0快上十倍，因此在產品設計時須格外謹慎，包括晶片的挑選與驗證測試都馬虎不得。  

魏駿雄表示，USB 3.0須向前相容舊的規格，因此晶片開發商最好須具備USB 2.0、PCI Express和SATA等高速類比電路設計的豐富經驗，避免產品發生相容性與可靠性的問題。此外，還要同時擁有8051、安謀國際(ARM)與美普思(MIPS)等微控制器，以及各式周邊控制電路的研發能力，才能開發出系統單晶片(SoC)的解決方案。  

圖5　台灣安捷倫應用工程部資深專安經理劉宗琪指出，該公司可同時提供SigTEST.dll與S參數，可確保客戶通過USB-IF認證測試。

導入USB 3.0晶片所開發出的產品，亦須進行相容性測試，以確保運作無虞。台灣安捷倫(Agilent)應用工程部資深專案經理劉宗琪(圖5)指出，為降低產品驗證的複雜度，該公司已推出自動化的測試軟體，來協助客戶進行測試，開發人員只要依需求勾選好設定項目，即可一鍵完成相關測試。  

針對USB 3.0發射器和接收器測試，安捷倫已推出完整的測試解決方案，包含90000系列Infiniium示波器、USB 3.0測試治具、以安捷倫N4903B J-BERT高效能串列BERT為基礎的碼型檢查器和碼型產生器，以及安捷倫N5990A測試自動化軟體平台。劉宗琪強調，USB 3.0接收端的測試比發送端更為複雜，透過自動化測試軟體的協助，可大幅簡化作業流程。  

安捷倫USB 3.0測試方案還包括兩大特點，一是可提供USB-IF認可的S參數，可取代難以取得的英特爾硬體符合性(Compliance)通道，而以軟體模擬方式完成測試，並達到相同的測試效能。另外，安捷倫也是唯一一家在發送端測試軟體中內建SigTEST.dll方案的業者，可確保客戶端的測試結果與USB-IF的平台互操作性實驗室(PIL)的結果一致。