產品多元功能造成傳輸介面開發複雜度 MIPI聯盟簡化晶片傳輸設計開發問題

工業技術研究院資通所工程師暨USB Thin Card計畫主持人孫元亨。

目前市面上的各項行動裝置擁有太多介面，而每個裝置介面的規格均大不相同，如LCD螢幕用LCD I/F、USB裝置有USB OTG、攝影機為Camera IF、BlueTooth是UART，還有其他PCM、SPI、MMC SD、GPIOs…等十數款專用介面，對於手機開發業者而言形成莫大的挑戰。

工業技術研究院資通所工程師暨USB Thin Card計畫主持人孫元亨表示：「每一個晶片都要分別應對不同種類的應用處理器，裝置內得要塞入太多完全規格相異的接口，這使得手機無論是在多媒體、顯示器解析度、無線連接與電源管理…等方面，都得面對因複雜性提高所帶來巨大潛在功能風險。」

MIPI降低行動平台設計的精力、時間、成本與複雜性

MIPI聯盟由於具備眾多高質量的IP、能夠有效減少IC實現的風險、擁有統一的軟體介面、可緩和系統層級的設計、設計者只需聚焦在基本與加值功能上進行介面設計和除錯，以藉此節省設計的精力、改善設計的質量…等優勢，自其成立已來己有眾多的手機產業鏈業者加入。「由於取得完整MIPI的IP後，所有的硬體、軟體、分析儀都可來自於單一供應商，業者設計行動平台的精力、時間、成本與複雜性，也可望因此而降低許多。」

「未來隨著消費者對於行動裝置在電玩娛樂、視訊會議、全球定位系統及應用程式下載…等項目需求的擴大，此一問題只會更加地嚴重。」孫元亨說，為了縮減業者開發行動裝置所需的時間及預算，簡化其因介面種類過於複雜而導致設計與程式管理不易的問題，介面實有統一的必要性，才能在未來行動裝置需要提供越來越多功能的趨勢下，仍能不斷地縮小其機構，並讓業者更能專注於產品差異化的發展，而不必投入額外的成本處理介面規格的問題。「這也是行動產業處理器介面(Mobile Industry Processor Interface, MIPI)聯盟之所以會成立的主要原因。」

MIPI於2003年成立，其成員多以手機產業鏈業者為主，目前共約有175家廠商加入。「像ARM、諾基亞、意法半導體、德州儀器、Intel、Motorola、Samsung、ST…等重量級國際大廠都是其會員之一。」

孫元亨表示，該協會不僅能藉由標準化方式，提供可讓業者共同遵循的手機端軟硬體組件介面定義及規範，減輕過往手機產品設計過於複雜的問題，並可同時協助各項平台介面(如用於顯示器/相機/RF晶片…等類型的高速、低腳數、點對點介面，或揚聲器、麥克風的低速、低腳數週邊裝置)達到其最佳化之目的。

基本上，MIPI可說是由實體層(Physcial)及通訊協定(Protocal)…等單元所共同組合而成。「因應不同的周邊裝置設計，MIPI可提供不同的通訊協定與之對應，如圖形加速器可對應CSI或DSI、無線通訊對應DigRF v4、高速省電I/O或Storage對應USB-SSIC、電視接收器和Wi-Fi元件對應Unipro…等。

全球大廠紛採用MIPI技術與方案

至於底層的裝置平台，則交由D-PHY、M-PHY…等少數幾個標準的實體層單元負責溝通。」孫元亨表示，這種做法可以大幅提高行動裝置及其所可用晶片的彈性，讓業者在設計手機或挑選元件時，都能得到極大便利。「像是在 2012 CES展場中所展示的Intel Medfield、TI OMAP 5平台…等產品，即是大量採用了MIPI的各項通訊協定。」

目前MIPI中以D-PHY為實體層的通訊協定主要有CSI Tx、DSI Device及UniPro Device…等。孫元亨說：「MIPI D-PHY是一種標準串列傳輸匯流排，由於具有雙向、低功率操作時小於10Mbps的消耗、資料傳輸速度在高解析度模式中可達到4Gbps的水準，以及可擴展至4通道加1 Clock通路的可拓展性…等優勢，因此非常適合應用在螢幕、相機及控制器…等裝置上。」

至於M-PHY則因為其電路具有低擺幅差分信號、每條通道每秒傳輸速率理論值可達到2.9Gbit，並有向上提高至每秒5.8Gbit的空間，可藉由控制Slew率降低EMI，以及低接腳數與較D-PHY更低功耗…等特性，目前已被行動裝置業者廣泛採用。「像是MIPI中的RF TCVR、UFS及USB-SSIC…等通訊協定，都是以MIPI M-PHY做為其實體層。」

「通訊協定選用其搭配的實體層都有其考量。」以USB-SSIC為例子，孫元亨表示：「當初是由於業界希望能擴大USB介面運用範圍至晶片與晶片之間的連接。」不過USB在當初設計之初便是要讓裝置與裝置之間的資料能夠透過5公尺的纜線進行傳輸，其規格設計所需功耗量極大，難以在手機/手持裝置、PC/Notebook/平板電腦上，進行內部CPU與Chip溝通的實作。

「為了彌補USB在此方面的不足，在MIPI與USB 3.0介面技術推廣小組的通力合作下，將USB 3.0高速通訊協定和軟體模式，和MIPI低功耗實體層M-PHY技術進行結合，因此也就有了USB-SSIC規格的產生。」

孫元亨強調：「USB-SSIC的速度高達5Gbps、電壓運作低於5V，因此最適合用於行動裝置上。」若將USB 3.0 SSIC與一般USB 3.0進行比較，即便兩者同樣擁有相同的最高傳輸速度，但前者的傳輸功耗低於100mW，而後者則至少需要200mW，「兩者之間有著2倍以上的差距。」

也因此許多人對USB-SSIC的發展前景相當看好，孫元亨說：「未來搭配USB-SSIC介面的手機裝置將可有多方面的應用，像是用於電視搖控、電視購物、運動感應器、圖書館借書、交通電子票證、居家感測安全…等。」