高畫質數位接頭的融合趨勢

TranSwitch高速互連事業發展總監 林銘賢

從VGA、SVGA、XGA、SXGA、UXGA、WUXGA、QXGA、WQXGA、QSXGA到4K，顯示技術不斷提升帶來更細膩逼真的高畫質，使得影音傳輸的數位傳輸介面╱接頭不斷的改變；為了化繁御簡，這些高畫質數位接頭開始出現融合為一的大一統趨勢…

美商傳威高速互連事業發展總監林銘賢(Limas Lin)指出，美商傳威(TranSwitch)係於1988年成立，有23年歷史的公司，提供HSI(High-speed Serial Interconnect)高速互連介面如HDMI v1.4、HDP、AnyCable等高速數位介面連接技術，另有用戶端通訊裝置如PoE、Wi-Fi 802.11n，以及Fixed & Mobile Infrastructure固網與行動通訊設備。過去為AT&T、Alcatel-Lucent等公司製造通訊交換機裡面的IC晶片，2000年以後逐漸轉向開發HDMI、DisplayPort等SerDes(串列/解串器)，目前的客戶有Intel、Apple、Samsung…等。因客戶建議將轉接各種高速傳輸訊號的技術做成硬體晶片，因而有日後所推出的HDP結合HDMI與DisplayPort介面雙合一的產品。他指出，高畫質(FullHD)顯示技術越來越成熟，對外還是要有個連接線與數位接頭把訊號接到顯示器，即使是電視機或顯示器內外，這個數位接頭目前有許多種類差異。將來這些數位接頭將逐漸融合在一起，成為一條全面通吃、適合不同介面的數位接頭。

數位裝置的連接訊號╱介面的演進趨勢，從過去類比的Composite A/V端子(複合影音)與S-Video(S端子)，提供標準解析度(SD,640x480~720x480)與左右立體雙聲道技術，接下來是早期PC電腦常見的類比RGB端子與VGA接頭，可提供FHD(FullHD 1,920x1,080)到WUXGA(1,920x1,200)解析度與左右立體雙聲道；隨後影音設備進入純數位訊號的HDMI與DisplayPort數位接頭介面時代，提供純淨的FHD(Full HD 1,920x1,080)數位影音訊號與7.1聲道環繞音效。顯示器規格從早期VGA(640x480)、SVGA(800x600)、XGA(1,024x768)，SXGA(1,280x1,024)、UXGA(1,600x1,200)到進入FullHD 1080p的WUXGA(1,920x 1,200)及2K規格QXGA(2,048x1,536)、蘋果MacBook Pro使用的WQXGA(2,560x1,600)、QSXGA (2,560x2,048)到將來的4K(4,096x2,160)，顯示技術不斷的提昇需要更高頻的SerDes(串列/解串器)，也使影音傳輸的數位傳輸介面╱接頭不斷的改變。

高速數位介面的頻寬與下一代SerDes

當產業環境驅動到需要顯示Deep Color Full 3D，也就是FullHD規格3D顯示加上左右眼各60fps的環境下，其訊號頻寬已遠超過目前HDMI與DisplayPort所負荷的規格，因而蘋果採用Intel Thunderbolt高速數位介面，以電線傳輸DisplayPort與PCIe訊號；其雙向10Gbps頻寬可提供到UHD(Ultra HD, 7,680x4,320)加上9.1聲道環場音效的頻寬，足以應付當前Full 3D以及下一代4Kx2K @60Hz的顯示需求。蘋果就是希望以1條對外的連接線來連接外部的顯示裝置、週邊裝置，以及電腦裝置之間的互連，目前搭配Thunderbolt接頭的蘋果27吋顯示器，可同時接2個MBP(Mac Book Pro)或由1部MBP接到2個ThunderBolt顯示器做平行多裝置的跨接。

林銘賢列表指出，目前所使用的高速數位介面接頭，有HDMI v1.4、DisplayPort(DP v1.1)、大陸推廣的DiiVA v1.1、第1代Thunderbolt(Light Peak)接頭、DP v1.2以及第2代Thunderbolt接頭。以目前1080p (1,920x1,080)、8/10/12位元原色、60fps，以及1080p 8位元、120fps環境下，所需位元傳輸速率為4.46Gbps、5.57Gbps、6.68Gbps以及8.92Gbps，以上的數位介面接頭皆可負荷這樣的傳輸頻寬；到1080p 10/12位元原色、120fps顯示環境下傳輸速率為11.14~13.36Gbps，只有DiiVA v1.1以及DP v.12介面能支援；而新的DP v1.2最多只能上到4Kx2K、8位元原色、60fps的顯示環境(17.82Gbps)，Thunderbolt-2接頭可上到4Kx2K、10位元原色、60fps的顯示規格(22.28Gbps)，到最高階4Kx2K 12位元原色、60fps的顯示規格，則需要30Ghz以上的SerDes串列/解串器技術，目前傳威也正與某大廠進行開發。

HDMI+DP雙數位介面的HDP Combo-PHY接頭

針對目前在影音裝置常見到的HDMI介面，以及PC顯示裝置常看到的DisplayPort介面的分野，美商傳威(TranSwitch)特別也開發一種能將HDMI與DisplayPort介面融合在一起，使用1個PHY的Combo HDP轉接介面技術。林銘賢表示，從訊號定義的差異上來看，HDMI收發端是Channel 0、Channel 1、Channel 2、Channel 3與Clock時脈訊號，而DP收發端是Lane 0、Lane1、Lane2、Lane3與Aux channel，資料與Clock訊號內嵌在同一個Lane裡面。HDP Combo-PHY的技術在發送端以及接收端，針對訊號是HDMI或DP的訊號做偵測，再切換到對應的訊號輸出。因此可以將HDMI輸出訊號轉成DP訊號接到DP的顯示器，或者將DP的輸出訊號轉成HDMI訊號接到HDMI的顯示器╱電視，在這兩個數位介面之間達成無縫轉接的效用。

林銘賢提出傳威的HDP Combo-PHY方案，可讓顯示卡、行動裝置廠商一開始設計就選擇一個固定對外接頭來廣泛的支援HDMI與DP的顯示裝置，只要有訊號進來，HDP就會轉換顯示裝置所需要的訊號傳輸出去；甚至於連接線的其中一端接上了DP to HDMP或HDMI to DP轉接頭，無論怎麼混接搭接，一樣可以被偵測並正確傳送畫面訊號。對顯示裝置的製造商而言，能支援越多種顯示介面規格，就可以提升產品價值與售價。

目前風行的手持行動裝置像iPad與iPhone，要外接大螢幕輸出時，iPad本身使用2 Lanes DisplayPort介面，可做到1080p FullHD輸出，iPhone則提供1 Lane DisplayPort介面，支援720p HD解析度的螢幕輸出訊號。但由於目前市面大多數液晶電視╱顯示器僅支援HDMI，因此蘋果針對iPad/iPhone推出原廠的Digital AV Adapter，也就是1個可插在其30pin專屬接頭，藉由連接線接到另一端HDMI接頭的DP轉HDMI輸出的配接器(Dongle)，1個Dongle售價約39.99美元。林銘賢說，若採用傳威的晶片解決方案，可以做成直接插iPad/iPhone的擴接底座(Direct Dock)、內建到顯示器或液晶電視裝置內直接連iPad/iPhone、做1個30pin母接頭轉miniDP埠的轉接頭或30pin母接頭轉一般DP埠的轉接線。

4對1的任意轉換搭接顯示

除了實際轉接Combo-PHY晶片之外，傳威以超過12年的業界領先HSI IP電路設計開發經驗，對業界提供智財電路IP的相關授權。目前全球有超過50用戶使用TranSwitch的10/100Base-T、Gigabit Ethernet、HDMI、DisplayPort的PHY實體層智財電路IP，目前主要的客戶有IBM、Intel、TI、Analog Devices、NXP、NEC、TSMC、創意電子，尤其HDMI v1.4、DisplayPort v1.1等HSI IP已獲得台積電(TSMC)、聯電(UMC)、中芯半導體(SMIC)等晶圓廠90/65奈米製程驗證，在10/100Base-T、Gigabit Ethernet的PHY部份也通過上述晶圓廠成熟的180/130/65奈米製程驗證，累積至今全球已有4,000萬顆出貨晶片使用。

林銘賢提到傳威所開發的HDplay評估發展套件(Evaluative Development Kit；EDK)，以324BGA封裝的TXC-44143 HDplay IC晶片所開發；EDK設計了1組USB介面做輸入控制，2組HDMI連接頭與1組標準DP、1組mini DP埠輸入介面，以及外接HDMI輸出介面，可以做4對1的輸出切換，同時連接HDMI介面的藍光影碟機、投影機，搭30pin A/V轉接頭的蘋果iPad/iPhone，接PC電腦顯示卡的HDMI、DP埠介面，或筆電的mDP介面，轉接器可以自動偵測任何HDMI或DP訊號來源，或經過用戶的選擇切換，把訊號輸出到外接HDMI介面的電視機。他表示，藉由HDP技術，傳威已經可以做到最長45公尺24AWG HDMI的連接線，比標準15米的24AWG HDMI傳輸線還要優異。

林銘賢強調，更神奇的是在於連接線的其中一端，甚至兩端已經有接上其他轉接頭的情況下，EDK上的訊號仍然被偵測並成功轉換，例如把蘋果30pin介面轉HDMI端接上HDP排線，直接連接到EDK的DP埠也可以顯示輸出訊號，筆記型電腦的mDP接頭透過DP連接線接上DP轉HDMI接頭後，接到EDK的HDMI介面也可以被偵測、輸出訊號，連接方法可說是千變萬化，令現場學員嘆為觀止。