USB 3.1技術發展正火速增溫。今年Computex中，高速傳輸介面晶片商大舉展出100瓦USB-PD充電方案、Type-C連接器設計概念和傳輸速率高達10Gbit/s的晶片工程樣品，並積極發展可支援上述三大新規格的USB 3.1標準方案，引爆新設計熱潮。
通用序列匯流排(USB)3.1晶片大軍湧現。看好下世代USB 3.1標準的應用發展潛力，包括微芯(Microchip)、威鋒電子、祥碩科技、鈺創科技、瑞薩電子(Renesas Electronics)和睿思科技(Fresco Logic)等介面晶片商，皆搶在今年台北國際電腦展(Computex)發表支援USB-電力傳輸(PD)、Type-C連接器和10Gbit/s的USB 3.1控制器，掀起行動高速傳輸、高功率供電技術發展熱潮。
事實上，USB-IF自2012年底以來，已接連發布100瓦(W)USB-PD、薄型且正反兩面皆可插拔的Type-C連接器，以及傳輸速率達10Gbit/s的USB 3.1標準；下一階段，USB-IF更計畫在2014年底融合USB-PD、Type-C和10Gbit/s三大規格，發布完整版USB 3.1規範，以及相容性測試標準(CTS)，協助業界開發更高速、應用層面更廣泛的USB裝置。
介面/電源晶片商力拱 100瓦USB-PD光芒閃耀
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| 圖1 微芯USB和網通事業群應用與行銷總監Jesse Lyles提到，該公司USB-PD整合型SoC已開始送樣，並將於今年7月正式投產。 |
由於USB-PD可支援高達100充電功率，可滿足行動裝置快速充電需求，因而吸引介面和電源晶片商競相投入開發，因此率先在市場上嶄露頭角。今年Computex中，相關擴充基座(Docking)、行動裝置快充充電器更是傾巢而出，足見USB-PD技術已躍居產業新星。
微芯USB和網通事業群應用與行銷總監Jesse Lyles(圖1)表示，著眼於行動裝置電池容量不斷加大，導致USB供電功率規格亟須提升的需求，USB-IF已於2013年發布新一代USB-PD標準，相較於前一代USB-BC(Battery Charging)1.2版本，支援功率將從15瓦躍升至100瓦，最大電壓和電流則分別提升至20伏特(V)、5安培(A)，不僅能針對各種消費性電子、行動運算裝置配置供電電源規格(圖2)，亦可實現大電流快充功能，縮短兩倍以上充電時間，故極具應用發展潛力。
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| 圖2 USB-PD應用概念圖 |
隨著USB-PD標準即將於今年下半年塵埃落定，高速傳輸介面和電源晶片商也加足馬力研發產品，以搶占市場先機。今年Computex展會中，包括微芯、祥碩、鈺創、威鋒電子和睿思科技(Fresco Logic)等介面晶片商皆大舉秀出最新USB-PD晶片工程樣品或開發計畫；而創惟和瑞薩電子則分別與電源晶片商羅姆、達爾科技(Diodes)攜手，展出相關的擴充基座和行動裝置快充充電器方案，掀起一股USB-PD設計熱潮。
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| 圖3 USB-PD整合型SoC電路架構圖 |
其中，微芯更率先推出整合USB-PD實體層(PHY)控制器和電源管理晶片(PMIC)的系統單晶片(SoC)(圖3)，並利用可編程設計，以及晶片外部電阻/電容可配置的彈性架構，實現從10～100瓦共三十種功率規格的解決方案，有助原始設備製造商(OEM)加速將USB-PD導入筆電、平板、手機、擴充基座、顯示器和電視等多元產品。
至於瑞薩則與達爾科技在今年Computex共同展出USB-PD交流(AC)變壓器參考設計及相關開發工具。該方案以瑞薩的USB電源供應控制器(PDC)，以及達爾科技多模主動式整流器(Active Regulator)為基礎，可望大幅提高USB充電功率，終端產品預計將於2015年問世。
瑞薩電子OA暨ICT事業部副部長Terukazu Watanabe表示，瑞薩與Diodes分別貢獻USB控制器和電源控制專業知識，開發出全方位的USB-PD解決方案，將協助系統廠縮減產品上市時程，並優化設計成本。雙方從交流電變壓器方案的合作起頭，未來將持續擴大USB-PD晶片陣容，強攻消費性與可攜式電子市場。
不過，由於USB-PD控制器和PMIC，係屬介面、電源設計兩個不同的技術範疇，因此業界初期大多以兩顆晶片的分離式設計為主，導致印刷電路板(PCB)設計空間和物料成本負擔加劇。對此，Lyles進一步指出，微芯因同時具備USB晶片、PMIC產品線和核心技術，遂能率先打造USB-PD整合型SoC，可望吸引較多OEM、電源轉換器(Adapter)製造商青睞。
Lyles更透露，現階段USB-PD僅能支援傳統USB Type-A/B連接器，而微芯正馬不停蹄投入開發可支援新一代Type-C規格的USB-PD晶片，同時也攜手連接器和纜線製造商，研究接口機構設計和散熱機制，將更進一步延展USB-PD的應用版圖。
事實上，USB-PD未來將納入下世代USB 3.1標準的一環，而USB 3.1還將引進更輕薄、支援更多接腳且能正反兩面插拔的Type-C連接器，以及10Gbit/s傳輸速率規格，形成一套全新的行動高速傳輸和供電解決方案。
CTS年底正式上路 USB 3.1晶片開發腳步加快
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| 圖4 睿思科技技術長Bob McVay認為，USB 3.1擴充基座可擴展行動運算裝置的連結能力，未來出貨量將明顯攀升。 |
為加速USB 3.1商用進展，USB-IF更將於今年底釋出USB 3.1 CTS方案，並陸續啟動相關晶片、系統和終端設備認證，以確保USB 3.1相容性和品質。
睿思科技技術長Bob McVay(圖4)表示，因應年底即將展開的USB 3.1 CTS認證計畫，高速傳輸介面晶片商無不加快研發腳步，以免錯失市場先機。目前睿思的USB 3.1主控端(Host)晶片也已開始送樣，可望在下半年導入量產。
與此同時，祥碩和威鋒電子也計畫在今年下半年供應USB 3.1控制器，至於創惟則預定於2015年發表USB 3.1集線器(Hub)控制器，加速拱大USB 3.1生態系統。
不過，McVay強調，USB 3.1傳輸速度上看10Gbit/s，並須支援100瓦供電功率和薄型Type-C連接器，將引發諸多技術挑戰。舉例來說，隨著USB 3.1可提供的輸出電壓和電流攀升，周邊功率元件的耐壓和耐電流能力也須重新考量，甚至須採用截然不同的散熱機制，以確保系統安全。
此外，USB 3.1的10Gbit/s高速訊號因距離而衰減的問題將更加嚴重，因此，McVay透露，未來USB 3.1系統設計中，可望全面導入訊號調節重定時器(Re-timer)，從而改善訊號完整性。目前睿思正與第三方合作夥伴共同研發USB 3.1 Re-timer解決方案，以提供OEM全方位的系統設計支援。
另一方面，看準Type-C連接器、USB-PD快充功能在行動裝置、穿戴式電子領域的發展潛力，應用處理器廠也開始在新一代SoC中導入USB 3.0矽智財(IP)，並計畫升級至USB 3.1規格，以提供更快的傳輸速度。對此，McVay指出，隨著處理器內建USB 3.0/3.1 IP需求擴大，既有的USB晶片商亦可望透過IP授權，另闢新營運模式，一方面增加營收來源，一方面也能快速做大USB 3.1市場，帶動更多延伸應用商機。
顯而易見，USB 3.1生態系統正日益成形，尤其今年底CTS規範塵埃落定後，更加顯著加快終端產品商用腳步，可望加速驅動高速傳輸介面改朝換代。