威鋒電子：打破技術壁壘　運用USB2Expressway技術可以較低成本顯著提升設備效能

威鋒電子在DTF嵌入式技術與應用論壇會場攤位上，向學員解說USB2Expressway技術與優勢。

由於USB 3.0具有資料傳輸速度快，又可向下兼容原有的USB 2.0/1.1裝置，既有熟悉的使用習慣亦無需改變…等特性，使得其普及率在很短的時間內便由去年的20~30%而迅速提升80~90%的水準。但該介面若要進入工業控制領域，卻還有既存USB 2.0設備性能無法藉此而提升、有效資訊訊號傳輸長度僅有3公尺…等限制。對此USB 3.0技術領先全球業者的威鋒電子(VIA Labs, Inc)乃著手推出USB2Expressway…等技術，以便在降低設備成本、簡化繁複安裝的條件下，達成提高系統設備效能的目標。

以往PC週邊裝置上的資料連接介面種類繁多，幾乎不同的設備都會有其專屬的規格，不僅彼此之間毫不相容，也造成設備在使用之前往往還需要花費人力進行額外介面驅動程式的安裝及設定，這除了造成難以管理、使用不便的問題之外，無形之中也會使企業耗費相當多的人力及時間成本。而USB(Universal Serial Bus)介面顧名思義，其發展的目標便是要解決過去規格版本紛雜多異下，各式不同裝置介面所產生的問題，並進而成為業界各型電子裝置資料傳輸介面的一致標準。

威鋒電子(VIA Labs)產品行銷副總裁David Hsu表示，USB介面規格由於其所具備的操作簡單、即插即用、可熱插拔等便利特性，因此很快地在許多ICT應用產品，如鍵盤、滑鼠、喇叭、存儲設備、視訊裝置、多功能事務機、工業控制設備…等項目中，都可看到USB介面的蹤影。「除了做為資料輸出入介面外，有不少設備甚至還將其做為電力來源的插孔使用。」若就市場普及程度來看，David Hsu認為，USB規格可說是人類史上最成功的應用介面發明。

USB 3.0乃大勢所趨

不過USB介面自從其發表之後，隨著每年IT技術的不斷演進，以往所定義出的規格儼然不敷使用，必須提升規格才能應付目前系統裝置運作的基本需求。「這也是為何會需要有USB 3.0出現的原因。」David Hsu說，由於USB 3.0的資料傳輸速度比USB 2.0要快上10倍，並可進行雙向傳輸，在效能上有顯著的提升，而且又向下兼容原有的USB 2.0/1.1裝置，既有熟悉的使用習慣亦無需改變，使得USB 3.0的普及率在很短的時間內便大幅提升。「去年USB 3.0的普及率大約只有20~30%而已。」David Hsu表示：「今年則可望達到80~90%的水準。」

David Hsu說：「不僅Intel、AMD、nVideo等ICT硬體製造大廠已經陸續提供具有USB 3.0介面規格的產品，微軟下一世代的Windows 8也會緊接跟著支援USB 3.0 內建驅動程式。」至於在工業控制領域方面，相對於USB 2.0而言，由於USB 3.0具有可提供高達5Gbps的超高速頻寬，便於操作者使用的熱插拔及即插即用功能，以及支援hub結構，結合多端口連結後，一台主機即可同時控制多台設備…等特性，因此也開始有業者採用。

USB 3.0進入工業控制領域的挑戰

USB 3.0的高效率對於提升工廠或使用者生產力有很大的幫助。舉例來說，「自從USB 2.0在1998年發表以來，當年1張容量16MB的SD memory Card，現在相同大小尺寸的memory card就可到達16GB，兩者之間可相差1,000倍。」而這樣大小的資料量，如果是使用USB 2.0每秒30MB的傳輸速度，全部傳完的時間得要花上8分53秒的時間。「使用USB 3.0每秒300MB的傳輸速度僅需53秒。」對於有大量使用USB介面的工廠控制設備之企業而言，其產能及作業效率即可獲得10倍的提升。「這對強化工廠的競爭力會有相當的助益。」David Hsu這麼認為。

但USB 3.0要真正進入工業控制領域，其實還有相當的難度與問題有待克服，因此在一時之間完全取代USB 2.0的可能性不高。David Hsu說：「主要原因是USB 3.0解決方案和客製化設計仍相當複雜，在支援大量應用方面還未臻至成熟階段，而工業控制領域在USB 3.0技術的設計掌握度也不完整，導致業界專門針對工業控制或嵌入式平台所設計的USB 3.0設備控制晶片極少。」這也使得工廠內標準的USB 3.0設備與傳統的USB 2.0設備仍需要並行存在一段時間。

但是若工廠採用USB 3.0主機搭配USB 3.0 Hub的架構時，現有既存的USB 2.0設備性能往往無法因此而獲得提升，有時甚至還會變得更為緩慢。David Hsu表示，這是因為「當多台USB 2.0設備同時運作時，會共享單一USB 2.0的頻寬(480Mbps)，使得設備的性能難以充份發揮(如果有4台USB 2.0設備時，每一裝置平均所分配到的頻寬僅有120Mbps)，進而影響工廠的整體產能。」此外，標準的USB 3.0傳輸線長度限制在3公尺以內，設備與設備之間的距離非常短。「對於講求規模及效率的工廠而言，都會要求被操作設備與主機之間保持一定以上的距離才行。」而這些限制也都會造成USB 3.0進入工業控制領域時的障礙。

威鋒電子的解決之道─USB2Expressway與USB 3.0 AOC

為了解決上述問題，威鋒電子首創USB2Expressway技術，可運用其USB 3.0增強集線器(Enhanced HUB)的概念及獨家研發出的U3TT晶片技術，針對大多工業控制領域「一對多」的控制模式，提供每個連接於其hub下游的USB 2.0設備同時運作之時，專用且充分的480Mbps頻寬。「以往USB 2.0設備就只能使用及分享USB 2.0 hub所提供的頻寬，即便USB 3.0 hub的頻寬沒有設備在使用，該線路依然只能被閒置。」David Hsu表示，透過威鋒電子特殊的設計，其USB 3.0增強集線器的USB 2.0設備現在也能使用USB 3.0高達5Gbps的頻寬，這讓每個USB 2.0設備都能有機會同時達到480Mbps的全速，使其設備效能獲得顯著提升。

另一方面，為了延伸USB 3.0訊號的有效傳輸距離，使其擺脫原有3公尺的限制，威鋒電子也開發出高速光學收發器─V0510，並將其應用到USB 3.0主動光學纜線 (Active optical cable；AOC)之中，使其有效傳輸距離可大幅提升到100~300公尺左右的水準。「之所以會使用光纖而非主動訊號增加器，主要的考量是因為光纖本身所傳導的是以『光』為主體，不易受到電磁的干擾而減弱其訊號。而光纖本身不會發射電磁的特性，更可讓採用光纖的USB 3.0適合用於醫療影像、廣播電視、數位看板、零售端銷售客戶，以及其他需要抗干擾的應用當中。」

David Hsu表示，威鋒電子所獨有的USB2Expressway專用帶寬技術，不僅能夠可同時支援多項USB 2.0設備，還能為每個埠口提供完整且專用的帶寬，對於提升系統整體運作效能有極大的幫助。「根據測試資料顯示，僅連接一台USB 2.0設備的情況下，採用一般及USB2Expressway技術的設備傳輸效能都約是35MB/s上下；但當連接設備數量逐漸增加至4台時，以USB2Expressway技術連接的USB 2.0設備效能平均仍可維持相同的水準，而一般連接的設備則落到10MB/s左右。」因此企業無須花費大筆預算汰換其工廠現有的USB 2.0設備，繁複的安裝及設定工作亦可獲得簡化。「用戶只需汰換Hub即可。」

總部位於台北，成立於2008年的威鋒電子一向致力於USB 3.0產品產業生態環境的推動，不僅是全世界首家擁有USB 3.0 Host、Hub及Devices全產品系列的公司，與USB-IF及Microsoft兩大USB標準制訂單位亦保持長期的良好互動關係，強大的邏輯與軔體技術研發團隊，其Host產品內的相關核心技術、零組件、數位電路及軟體驅動程式…等項目，也全都是由威鋒電子內部自行設計。「在短短的兩年之內，威鋒電子就開發出4條USB 3.0產品線並皆順利出貨。」David Hsu說，現在威鋒電子除了提供Buffalo、Microsoft、Acer、Asus、MSI、Gigabyte、D-link…等知名企業USB 3.0量產方案及完整產品線外，USB-IF協會在進行USB 3.0的Interop Tree與Backwards Compatibility Tree時，亦是指定使用威鋒電子的Hub產品。