高速傳輸介面競相推出 搶攻PC筆電應用市場

HDMI仍為目前消費性電子應用高速介面霸主，圖為標準HDMI與mini HDMI介面端子。HOSA TECHNOLOGY

在新款筆電、Ultrabook大多針對輕薄要求持續壓縮產品設計厚度下，對於可裝設的傳輸介面空間大幅減少，而筆電產品在介面方面採單埠多用途的需求持續增加，形成DisplayPort、HDMI、Thunderbolt、USB 2.0/3.0等介面出現明顯的競合關係，同時新產品的顯示介面設計亦逐步停止VGA、LVDS支援...

3C產品、筆電，甚至超輕薄的Ultrabook，在產品體積持續壓縮、變薄的趨勢下，可用於設置連接介面的空間也就越來越少了，尤其是針對LVDS(Low-voltage differential signaling)、VGA(Video Graphics Array)等介面設置，也出現了在設計產品中採取外接介面轉接器、或是採取單一介面多種傳輸功能的介面方式，因應產品的設計需求。

尤其是1埠多用的設計方向，可迎合電子產品空間被大幅壓縮，同時，又能解決使用者legacy device的連接需求，甚至於部分傳輸介面本身在早期外型構型設計就顯得偏大的連接器型態，也將面臨逐一被新整合介面取代的狀況。但是，要利用單一介面整合多樣連接需求，其基礎即必須達到可以因應眾多裝置同時存取、傳輸的龐雜資料傳輸狀況，而部分介面有時必須兼顧外部周邊的運行電源供應需求，介面不但需要提供電力，也必須在提供電源的前提下維持穩定傳輸，這也代表作為大量外接裝置傳輸基礎的介面標準，在電源管理、傳輸頻寬、介面效能等多方面要求，都必須經過嚴格的檢視才能達到設計需求。

隨著追求極致輕薄的產品設計概念形成市場主流，這也意味的未來電子產品設計預留給傳輸介面的空間會大幅減小，現有的高速傳輸方案已有USB 3.0、DisplayPort、HDMI、Thunderbolt等，USB 3.0介面以其可以直接回溯支援USB 2.0/1.x的介面優勢，雖然占了地利之便，但目前以DisplayPort介面端口為連接器的Thunderbolt，在相關設計已有Apple大量用於旗下產品、與推展廠商為晶片大廠Intel的背景下，後勢亦不容小覷。

DisplayPort與HDMI介面發展

行動裝置為達到介面整合目標，全面汰換以類比訊號傳輸為基礎的LVDS(Low-Voltage Differential Signaling)、VGA(Video Graphics Array)已成為必然方向，以目前的市場動態觀察，Intel、AMD與Nvidia生產的晶片組料件，將於2013年後不再支援LVDS傳輸功能，相關晶片設計會逐步轉向朝具高可擴充性、低功耗的Embedded DisplayPort介面發展，這也會帶動面板業者開始佈局Embedded DisplayPort規格化的面板產品。

尤其是目前顯示螢幕持續往高解析度方向進展，例如Apple的New iPad的Retina螢幕解析度動輒上看2,048×1,536，顯示內容傳送的資料量為數倍於前代iPad，採取數位訊號傳送是實踐設計型態的必要手段，而面對未來行動裝置動輒超越現有1080p甚多的解析度呈現，內部傳輸介面數位化也是必然現象。

未來不只是PC晶片組將不再支援LVDS，現有的行動應用平台，也會逐步以Embedded DisplayPort進行功能性的轉換，以因應搭配解析度日漸提升的面板規格，以目前的產品開發趨勢來看，平板電腦或許在因應高解析度屏幕的開發壓力較不會這麼快發生，但筆記型電腦、Ultrabook的高解析度屏幕需求則是目前最可能發難的設計趨勢，透過Embedded DisplayPort面板、全數位內部顯示資訊傳輸，將帶動另一波顯示器與處理器訊號的傳輸介面革新，而在筆記型電腦應用的置換高點，預料會在Intel Chief River平台出現需求。

延續前述，VESA釋出的Embedded DisplayPort規格為以全數位化介面為基礎，這可因應面板解析度持續攀高、訊號傳遞量暴增所帶來的訊號傳遞與頻率高介面規格要求，同時也可以採行有限的接腳數就能達到進行高解析度視訊訊號傳輸的設計優勢。

有趣的是，產品設計的需求與相應零組件技術成熟度或許無法達到同時到位的狀態，尤其是數位化介面的趨勢，即便Embedded DisplayPort處理器、晶片組應用發展快速，但在現存面板料件卻又僅停留在支援LVDS訊號，不只是發展速度相對較慢，也會造成系統整合設計增加許多不必要功能與設計風險。

比較務實的作法是透過轉換器元件，暫時紓解Embedded DisplayPort與LVDS技術銜接的料件問題，例如支援新式Embedded DisplayPort介面的處理器、晶片組，在對應LVDS訊號的面板系統設計時，透過中間追加訊號轉換器及內嵌Embedded DisplayPort T-CON(時序控制器)的支援，快速完成新產品的設計需求，讓新晶片與現有的OEM/ODM面板料件平順渡過這段青黃不接的料件問題。
觀察現有市場狀況，目前就HDMI及DisplayPort在筆記型電腦的搭載狀況，DisplayPort的推展進度仍僅有Apple、Dell較為積極，其餘NB大廠導入的態勢較不明顯，而HDMI由於有消費性電子產品幾乎100%裝載率的極高優勢，HDMI在現有的筆電產品反而是採行最普遍的高速影音傳輸介面。

初步估計，搭載HDMI介面的出貨裝置與設備，有超過20億個以上，其中也包含電視、播放機、數位機上盒、筆記型電腦、顯示卡等，而在PC/NB與行動裝置方面，HDMI也達到一定程度的互通支援，HDMI影音傳輸介面可以說是目前消費性電子、3C裝置的通用數位影音傳輸介面。

尤其在連接外部螢幕的需求上，不論是筆電、行動裝置都會發生與電視、消費性電子產品互相連結的使用情境，而HDMI介面則扮演關鍵性的普及介面標準，此正向循環也造成後續產品也不得不將HDMI介面設計納入產品規劃考量。

即便 DisplayPort不須支付授權費用、新版DisplayPort 1.2規格亦超越HDMI 1.4版規範，但實際在市場的表現仍是DisplayPort較HDMI遜色許多。

Thunderbolt高速傳輸介面

而再來討論Thunderbolt高速傳輸介面，在Intel還未提出與PCI Express及DisplayPort介面相容的Thunderbolt介面設計方案前，USB 3.0介面與DisplayPort/HDMI介面可以說是分占資料與影像(音效)的兩大傳輸介面陣營，USB 3.0主要與外接硬碟等周邊連接，而DisplayPort、HDMI則是連接顯示周邊為主，而在Thunderbolt介面概念在首款MacBook Pro實作、量產後，讓IT產品開發者重新檢視資料傳輸介面與影音傳輸介面整合的可能性，而現成的解決方案同時也有量產產品的基礎下，亦讓這個整合的工作變得更加簡單。

Thunderbolt的資料傳輸/影音傳輸介面整合成果，將進一步加速裝置周邊的整合速度，尤其是低電壓差動訊號(LVDS)及視訊圖形陣列(VGA)等傳統介面以類比訊號為傳輸基礎的介面設計，將逐步被數位介面與高度整合的介面取代，同時也會因整合的趨勢令採數位資料傳輸為基礎的HDMI/DisplayPort裝載量增加，形成未來的視訊、音訊裝載的主流介面。

在規格面，Thunderbolt是一個Intel開發的全新互連介面設計方案，Apple的MacBook Pro為首批採用該介面的電腦產品，Thunderbolt技術能在同一組共用介面上進行高達10Gbps的雙向傳輸，同時可達到40Gbps最大總吞吐量(Throughput)，而PCI Express、DisplayPort為支援該項傳輸介面的最上層。

Thunderbolt能實踐更具彈性的系統設計方案，例如，筆記型電腦或桌上型電腦產品，可以透過Thunderbolt介面與儲存裝置、顯示器、高速外接設備進行連結，而不用再將相關裝置、元件全部集中在同一個設備機構進行系統構建，而Thunderbolt等於也是個設置在主機外部的PCI Express介面，不只能讓PC對PC、PC對周邊、PC對螢幕間進行大量資料與顯示內容的高速傳輸。

與Thunderbolt形成直接競爭關係的介面，即USB 3.0，基本上，在Intel的規劃方向，USB 3.0應與Thunderbolt分占兩種不同應用領域，而非取代關係，基本上Intel未來的PC晶片組也會整合新一代USB 3.0技術，雖然Thunderbolt與USB 3.0在儲存裝置應用方面，或許會有大量重疊應用，但實際上兩者的定位與用途會有相當明顯的差異。

Thunderbolt的前身為Intel發展的光纖傳輸介面Light Peak雛形，而Thunderbolt則為採行銅纜實作的高速傳輸介面，目前設計最高可支援3公尺的傳輸距離，Thunderbolt高速傳輸介面在目前光通訊介面成本尚未達到合理化前的高速傳輸具體可行的技術方案。傳輸速度一向是Thunderbolt的強項，Intel透露，Thunderbolt在2013年將推出支援每秒兆兆位元(terabit)等級的高速傳輸應用，以因應更巨量的資料傳輸應用需求，同時，Thunderbolt技術也會積極改善傳輸距離，而在目前周邊的支援性方面，已有包括Avid、Aja、Apogee、LaCie、Promise與Western Digital等公司預計推出支援產品。

另一項觀察是，Thunderbolt技術方案會不會只是曇花一現，如同過往的Firewire介面逐漸式微？在以前，Firewire介面方案發佈時，原先規劃為以高階電腦與消費性電子產品彼此連接的專屬介面方案，當時也獲得晶片、3C、家電業者的普遍支援，當時其資料吞吐量、低傳輸延遲性仍勝於USB介面，Apple也是首先在旗下產品大量整合Firewire傳輸介面的業者。但當時Firewire介面發展趨緩，反而是USB在應用面步步近逼、同時在傳輸速度方面逐步縮小與Firewire傳輸介面的規格差距，加上現有USB 3.0介面規格已超越Firewire，反而市場紛紛不看好Firewire介面。

Thunderbolt會不會步上Firewire後塵？是許多產業觀察者持續關注Thunderbolt的分析重點，但實際上Thunderbolt設計難度明顯較HDMI、DisplayPort低許多，加上Apple將測試系統大幅簡化，簡單將傳輸進行分成傳送、接收與纜線3大項，使Thunderbolt系統設計時程會比發展HDMI、DisplayPort等傳輸介面方案表現更快，大幅壓縮產品上市的開發、驗證時程，加上Thunderbolt介面在Apple強力支持下，已經使Thunderbolt專用傳輸電纜線的單價大幅壓低，且比HDMI專用線材更便宜，也有助Thunderbolt介面快速打開筆記型電腦、PC、平板電腦的應用區塊。

而相較於DisplayPort與USB 3.0介面持續攻佔筆記型電腦的應用裝載趨勢下，加上筆記型電腦也逐步將HDMI列為首要支援介面，這都將成為Thunderbolt未來發展的市場勁敵！但同時Intel預計擴大開放Thunderbolt技術授權，而Thunderbolt結合免授權的DisplayPort優勢將會使得HDMI在筆記型電腦的應用比例受到一定程度的壓縮，未來極可能形成Thunderbolt與HDMI分別在筆記型電腦、消費性電子產品裝載上分庭抗禮的競爭態勢。

纜線版PCI Express挑戰Thunderbolt市場地位

不讓Thunderbolt介面專美於前，PCI SIG(Special Interest Group)也嘗試以訂定纜線版(Cabled version)的PCI Express規格參與競爭，PCI Express的纜線版本方案以平電腦與Ultrabook應用情境下，所需的高資料吞吐量I/O應用解決方案為主，介面規格較Thunderbolt更具開放與效能。纜線版PCI Express規格，以PCI Express 3.0介面技術基礎，可支援8 GT/sec的傳輸效能，同時纜線版本的PCI Express可支援最多4個平行傳輸通道，可令其纜線達到高達32GT/sec的資料吞吐量，在規劃的傳輸距離以3英呎為限。

而纜線版PCI Express介面規劃，目標以銅纜媒材為介面基礎，但未來也如Thunderbolt般預留光纜技術延續介面技術方案的可行性，此項技術發展藍圖規劃，可在4年內催生以PCI Express Gen4為底層的16 GT/sec技術版本解決方案，同時如支援長距離傳輸或光纖傳輸版本的解決方案，也在相關規劃方案內。

有趣的是，纜線版PCI Express由於具底層標準訂立優勢，PCI Express纜線版也將介面供電的規劃定在可提供低於20W的電力供應設計，這對未來相關外接周邊產品應用，將可達到更佳的連接供電應用彈性，相關技術方案與實踐產品，預估將在2013年第二季後相繼推出。

不只是纜線版PCI Express採取PCI Express 3.0版本進行介面規劃，銅纜版本的纜線版PCI Express也可望朝PCI Express 4.0版規格邁進，PCI SIG已確定將在光纖傳輸技術普及前，將纜線版PCI Express所使用的底層傳輸技術規格，再出一版全新的PCI Express纜線版本規格，預計會採行第四代PCI Express標準為基礎，可支援16 GT/sec(GT/s)的傳輸速率。

USB 3.0介面來勢洶洶不容小覷

USB在3.0改版規格後，使其傳輸速率快速竄升10倍，Intel與AMD也將陸續推出整合USB 3.0規格的晶片組，此舉將快速帶動USB 3.0系統端與裝置端的快速發展。尤其是Microsoft搭載USB 3.0驅動程式的Windows 8系統，將有助於讓硬體與周邊能在作業系統端能有更好的應用表現，在軟、硬體協同整合助威下，USB 3.0的後勢持續看漲。

反觀USB 2.0當初可以快速搶占傳輸介面市場地位，其實主要因素即由Intel與Microsoft組成的Wintel產業鏈關係，尤其在Intel將此介面支援內建於晶片組出貨後，讓USB 2.0介面快速成為電腦系統的PC標準規格，普及率快速巨升，加上Microsoft的系統端底層驅動程式支援，在各式周邊的高相容性、使用便利性，更成為介面發展的重要推力。

USB 3.0的介面發展，目前看似技術、周邊與系統支援各方面水到渠成，普及率也正持續發展，已能突破目前在筆記型電腦應用裝載量有限的發展困境，尤其是新款晶片組有著加速USB 3.0產品普及，初期大多採兩埠設計之USB 3.0介面，也會持續出現4埠、多埠設計方案，將對Thunderbolt高速介面發展產生極大的競爭壓力。