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Thunderbolt、Lightning Bolt競逐視訊、資訊整合高速傳輸介面主流

  • DIGITIMES企劃

Thunderbolt使用纜線專利。Apple

以DisplayPort介面為連接I/O的Thunderbolt,挾DisplayPort基本高清數位視訊傳輸介面應用整合PCIe高速傳輸應用模式,先在Apple系列產品導入介面應用;而且Thunderbolt本身還具備未來光纖化應用基礎,前景十分看好。為不讓Thunderbolt專美於前,AMD期待以Lightning Bolt整合視訊與資料傳輸應用,結合以高速數據傳輸應用為目標開發的USB 3.0,讓USB 3.0加值效益更高...

突破性傳輸介面技術的Thunderbolt,基本上為PCIe(PCI Express)外接介面版本,加上DisplayPort可串接雛菊鏈(Daisy Chain)型態拓撲架構,讓Thunderbolt數據與影像傳輸應用更加彈性,雖然目前僅在Apple 2012年生產的筆電、桌上型電腦產品才能看到,但相關周邊已相繼推出Thunderbolt傳輸方案產品,未來發展動能可期。

Thunderbolt使用連接器專利。Apple

Thunderbolt傳輸纜線,可用DisplayPort介面與單一條電纜,就能同時傳輸視訊與巨量資料。Apple

Thunderbolt具高效能資料傳輸應用優勢,圖為採行Thunderbolt介面之磁碟陣列周邊。PROMISE

AMD Lightning Bolt傳輸介面技術可讓用戶僅使用單一條纜線,同時滿足USB 3.0與視訊傳輸用途。AMD

AMD Lightning Bolt傳輸介面技術架構,為整合DisplayPort 1.2與USB 3.0兩種介面傳輸技術。AMD

另一方面,USB 3.0介面則挾其USB 2.0高裝載率,幾乎只要看得到的筆電、桌上型電腦或各式周邊,都能找得到USB介面設計,而USB 3.0介面改版最主要是在介面電源供應與傳輸效能大幅改善,一方面賦予USB介面更豐沛電源輸出,同時提升傳輸效能,以因應未來巨量傳輸需求。AMD因看準其巨量傳輸優勢,計畫開發基於USB 3.0介面的Lightning Bolt視訊?資料傳輸應用產品,Thunderbolt與Lightning Bolt可以說是對立的競爭技術。

Thunderbolt技術有PCIe加持 傳輸效能表現優異

以Thunderbolt介面技術來說,雖然傳輸效能驚人,但其傳輸連接能力明顯較USB 3.0表現略遜一籌,因為其介面採雛菊鏈式的拓撲架構,頂多僅可串連7部周邊裝置。然而,每一部以Thunderbolt介面串接的裝置都可獲得相同的傳輸頻寬,這相當適合作為3C產品、輕薄筆電在持續朝極致輕、薄發展下可用的外部高速傳輸介面,不只具備極高效能的外部周邊數據傳輸能力,同時也能具備一定水準的功能擴充性。

檢視Intel發表的Thunderbolt介面技術,其外部傳輸效能可提供每通道10Gbit/sec之全雙工(Full-duplex)資料傳輸頻寬,此表現已超越現有I/O介面技術或規格極限。同時,利用同一條Thunderbolt傳輸線就能同時支援PCIe數據傳送?接收與DisplayPort視訊傳輸訊號,便捷的連接操作過程更有助於應用介面推廣,與維持易用的使用經驗。

Meta-protocol擴充介面應用彈性

尤其是Thunderbolt技術,不只可加強如資料備份、內容分享及數位影音剪輯等熱門應用的操作速度,大幅縮短資料傳輸的作業等待時間,對於用在數位內容創作、數位娛樂應用用戶來說,資料傳輸效能提升可讓整個應用更加便捷,也較能吸引用戶轉移相關周邊來配合Thunderbolt介面技術;甚至在低延遲性、精準的時間同步功能,Thunderbolt也同樣能滿足專業數位影音剪輯應用領域的需求。

Thunderbolt關鍵特性在於,每個連結介面均支援雙通道10Gbit/sec資料傳輸頻寬,單一Thunderbolt線材可相容PCIe、DisplayPort雙通信協定,介面可回溯相容現有之DisplayPort產品串接應用,同時,Thunderbolt另可支援電纜線材、或未來的光纖傳輸線應用升級,對於外接周邊開發廠商較有利的是,Thunderbolt已針對匯流排供電(Bus-powered)裝置來提供傳輸線供電(Power Over Cable)應用功能做好準備。

Thunderbolt介面技術前衛之處在於,以往傳統I/O設計,會將數位資料應用的數據資料使用特定I/O技術對應,對於視訊相關傳輸應用,也會另外準備對應I/O技術,這造成用戶設備往往必須準備多重I/O連接線,才能將所需設備與裝置連接。而Thunderbolt新技術在設計上相當特別之處,便是將電腦必須的視訊、資料I/O協定,同時對應到一組高效率之Meta-protocol,將PCI Express與DisplayPort傳輸協定同時對應到Thunderbolt介面技術,同時在一種線材傳送兩種數據資料,並利用硬體控制器管理支援雛菊鏈串接與熱抽拔技術之傳輸路由。

Thunderbolt選用PCIe的目的相當單純,即PCIe外接化可以極大化滿足用戶極致傳輸效能需求,加上修改現有PCIe介面控制器設計,就能用最少成本實踐Thunderbolt介面所需功能特性;而Thunderbolt選用DisplayPort作為連接介面的理由也相當清晰,因為DisplayPort是目前工業標準,使用成本最低,同時DisplayPort無授權費用問題,也可直接支援高解析度顯示連接需求。

優化視訊?資料通訊架構 未來發展可期

檢視Thunderbolt通訊傳輸架構,DisplayPort系統以交換式架構為設計基礎,傳輸內容搭配全雙工傳輸鏈路,這與匯流排型式I/O架構相當不同,新設計可讓電腦每個Thunderbolt連結介面均可提供雙向之全鏈路頻寬!每個連接介面之上行?下行資料傳輸方向均不會共用頻寬,達到傳輸效能極大化表現。

至於Thunderbolt在兩種訊號間的處理型態,可以直接相容於Thunderbolt設備或DisplayPort裝置,主要是利用主控端裝置與外接設備連接狀態而定,若主控端偵測到連接設備為DisplayPort裝置,Thunderbolt控制器即驅動DisplayPort適用的傳輸訊號,將原先要送達DisplayPort裝置的視訊內容資訊,透過Thunderbolt主控晶片進行傳輸。

另一方面,Thunderbolt可支援電纜或光纖傳輸線,使用主動式電纜傳輸線的傳輸距離可達3公尺,同時可藉由Thunderbolt線材提供匯流排10W電力供應,至於主動式光纖纜線(Active Optical Cable;AOC)可以提供的傳輸距離最長更可達數十公尺!

在Thunderbolt通信協定中,實體層(PHY)負責偵測熱插拔裝置、資料編碼作業、提供高效資料傳輸功能等維護傳輸鏈路工作,其實體層另針對資源耗用進行最佳化設計,並在功能層提供10Gbit/sec之可用頻寬。

Thunderbolt控制器開發資源完備

至於Thunderbolt通訊協定架構核心(即傳輸層),支援QoS(Quality of Service)頻寬管理機制,可在同一個鏈路進行同步之DisplayPort通訊,同時再以多工模式來處理臨時突發之PCIe介面的資料交換。Thunderbolt的時間同步協定,可讓所有連結在Thunderbolt介面上同網域的裝置進行時間同步,裝置間時間落差可小於8ns。

至於Thunderbolt主控端的控制器,為擁有一或多組DisplayPort輸入介面、PCIe介面或多個Thunderbolt介面,Intel開發的Thunderbolt技術方案,已把Thunderbolt技術所需功能全部整合於單組主控端控制器晶片,對系統開發商來說,可以輕易在現有設計中擴增Thunderbolt技術介面功能。

不只如此,Thunderbolt技術可直接沿用主流作業系統內所附加的原生DisplayPort或原生PCIe裝置驅動程式,有了作業系統原生驅動軟體支援,開發商不需額外投入軟體開發,便能加速Thunderbolt技術導入現有產品設計方案之中。

AMD推Lightning Bolt對應技術 與Thunderbolt技術對陣

為了不讓Thunderbolt介面專美於前,AMD與STMicroelectronics也醞釀建立新規格,來迎戰Thunderbolt技術。AMD與STMicroelectronics計畫合作推出與Thunderbolt對應的全新傳輸介面規格,主要是因為Intel所發展的Thunderbolt技術並未大量開放授權,讓想投入的業者必須另尋蹊徑。

AMD推出Lightning Bolt介面技術,是一號稱可在更低成本條件下,提供與USB 3.0相容、同時又可使用DisplayPort介面的雙用介面技術。Lightning Bolt技術實踐方式為,其外部連接介面端子仍為Mini DisplayPort,但與Thunderbolt介面不同的是,其應用傳輸纜線仍舊會包含電力,但傳輸通訊協定會以USB 3.0訊號與DisplayPort訊號為主,且Lightning Bolt在設計方案上多了一組接線盒,用以中繼與分離Lightning Bolt傳輸介面裡的相關訊號。

基本上,AMD Lightning Bolt傳輸介面計畫結合了DisplayPort 1.2介面與USB 3.0高速傳輸介面,AMD 2011年全系列中央處理器已逐步支援嵌入式DisplayPort(eDP),在新的Lightning Bolt傳輸介面中,所導入的DisplayPort 1.2介面方案傳輸速率已可達5.4Gbit/sec,傳輸效能足以滿足現有高清影音播放頻寬需求。

加上以整合處理數據資料為基礎發展的USB 3.0,在系統端也與Thunderbolt介面具近似優勢,在DisplayPort 1.2與USB 3.0介面的主流作業系統中,已有完整原生驅動程式資源,對相關業者而言,開發與整合速度應會與Thunderbolt技術同等容易,兩者技術競爭態勢,仍值得持續觀察。