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蓄势待发的USB 2.0
PC外围接口新霸主

【作者: 廖專崇】2002年09月05日 星期四

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USB 2.0的规格从2000年4月确定到现在,经过两年多的发展,在PC领域的两大龙头Microsoft与Intel,确定其产品支持该标准后,加上相关领域厂商技术商品化的动作逐渐开花结果,今年下半年USB 2.0产品如雨后春笋般的推出,市场称2002年为USB 2.0年,宣告PC外围传输接口改朝换代的时刻来临,而新一代的盟主正是USB 2.0。


USB 2.0技术优势

根据市场调查机构In-state/MDR的调查报告指出,USB 2.0相关产品在2001至2006年将享有高达220%的年复合成长率,除了该架构又是另一个Wintel架构力拱的规格外,在技术上其使用简易、链接方便、即插即用、不需要另外的电源、传输速度快的特性,相当受到消费者欢迎,目前USB标准在PC领域的普及率高达99%,另一项调查报告更指出,2004年将有7.5亿台PC安装USB接口,而透过该接口进行传输的接口设备将超过10亿台。


另外,USB 2.0具备向下兼容(Backward Compatible)的特性,该技术同时支持过去USB 1.0与USB 1.1的传输速度,包括Low Speed(1.5Mbps)、Full Speed(12Mbps)与Hi Speed(480Mbps),所以新的标准也可以在旧有的连接线及连接器上运作;在设计上可以让高达127个外围设备在总线上同时运作,比传统RS-232串行与并列接口提供更大的数据传输带宽。而大幅度提升40倍的传输速率,也正好赶上近年来宽带化的风潮。


应用层面广泛

在应用上,当初USB Promoters Group发起会员,Intel(英特尔)、Compaq(康柏)、Microsoft(微软)、Agere(杰尔)、HP(惠普)、NEC(恩益禧)与Philips(飞利浦),在制定规格时就将该标准定位为PC外围的传输接口,而USB 2.0的应用也将为PC与接口设备带来更多、更便利的功能,包括更快的宽带因特网连接、更高分辨率的视频会议摄影机、高速打印机、扫描仪与外部储存设备。


相关的应用除了显而易见的高传输速率外,也将为外围设备厂商节省下许多成本,以视频会议摄影机来说,目前因为带宽的不足,必须将数据透过特殊的数据压缩引擎ASIC的压缩,而USB 2.0提供的高带宽,使数据的传送不需经过压缩技术,可以省下ASIC的成本,而扫描仪与打印机更能省下不少内存组件的需求,另外,USB 2.0也可以提供高容量的外部储存装置,包括CD-ROM、DVD与HD等外部连接总线更低成本的选择。


厂商竞相投入

USB 2.0的发展从标准确定时开始,就被各界视为极具市场潜力的技术,然而真正兴起的时间点却一直延宕到最近,其实有很多复杂的因素,不过厂商投入的热忱,却不是最近的事。由于PC领域至今还是高科技产业中最重要也最大的市场,投入发展的厂商多不胜数,可谓是过江之鲫,不过国外大厂在技术研发与先期投入的精神原本就较佳,所以目前技术领先的厂商还是国外大厂,尤其是参与标准制定的厂商。


不过国内也已有几个实力雄厚或者专注技术的厂商,在该领域已经抢先卡位,包括芯片组厂商威盛、扬智、硅统等,USB 2.0技术的应用在主控制器端(Host Controller),对芯片组厂商而言在该标准成为主流后,可以说是必备的技术之一,因此该类厂商投入研发通常较早,不过在USB市场单一厂商出货量最大的Cypress技术营销经理王振荣表示,以上半年的情况看来,嵌入式主控制器市场并未真正兴起,所以目前USB 2.0附加卡尚有其利基市场。


而目前主控制器芯片也还未整合到芯片组中,包括预计会较晚兴起的集线器(Hub)控制芯片市场,目前都还掌握在规格制定厂商之一的NEC手上,虽然包括国内专注发展该技术的厂商创惟,与Cypress、Philips等大厂都表示,已经开发出相关的产品,不过不是尚未推出就是在产品效能上不如NEC来的稳定,要进一步威胁到NEC的地位还要一段时间。另一方面,虽然目前主控制器与集线器控制芯片的市场整体出货量还不大,不过其毛利率却也相对较高。


国内厂商实力雄厚

国内厂商挟着PC王国的威名,对于USB 2.0的庞大商机当然不会轻易放过,先前也有提到,在USB 2.0的应用上,大致区分为主控制器、集线器与周边组件,而主控制器与集线器市场目前为单一厂商垄断,国内厂商发展的是技术门坎低,应用多样化的周边产品市场,而其中又分为几个应用,包括总线收发器(Transceiver)、串行接口引擎(SIE)、微控制器与专用接口组件。而能具备完整技术能力的厂商也屈指可数。


国内投入该技术最久,也最有能力与国外大厂竞争的创惟科技营销部经理汪进德表示,该公司只专注在PC外围产品的开发上,到今年六月已经有七项产品,得到USB IF(USB Implementers Forum;USB应用者论坛)认证,大幅领先国内其他厂商,重要的是,创惟也拥有外围装置中,技术层次最高的收发器芯片技术,预计到年底还有5~6项认证会陆续通过。


除此之外,技术整合能力也是这场市场大战中胜出的关键,尽管先前曾经提到USB 2.0嵌入式主控制器市场还在发展,国内芯片组厂商扬智多媒体外围产品事业处协理方俊荣指出,该公司以其核心技术为基础,发展影像与储存等高速接口产品,未来除了芯片组产品将会支持USB 2.0技术之外,扬智的USB 2.0产品也较其他仅拥有PC外围技术的厂商,能提供更好的技术整合能力与产品效能。附表一~十四为本刊所整理,厂商已经发表的USB 2.0芯片,除依应用分类外,由于储存设备为此领域的重要应用,所以特别独立为一类,以俾读者参考。


另外,由于PC产品近年来的发展有家电化的趋势,因此,专注于消费性电子产品IC设计的凌阳科技,也积极的投入USB 2.0的研发,该公司影像事业中心产品企划部经理庄振添表示,凌阳的核心竞争力并不在此,只是USB 2.0是一个简单的通用接口,所以该公司认定USB 2.0是凌阳未来必须要具备的一个技术,从公司原有的产品切入,以发展ASSP(Application Specific Standard Product)标准化的产品为主,为节省产品开发时程,甚至不排除向具有良好技术能力的设计服务公司购买IP。


相较之下,三年前才转型IC设计,规模也相对较小的巨盛电子,看起来就像鸭子滑水了,该公司研发企划部经理柳发申表示,巨盛虽然在IC设计领域看起来像是一只菜鸟,但是对于技术的投入却一点也不马虎,在产品部分,为缩短上市时程,巨盛也锁定在PC外围的ASSP产品上,不过考虑产品效能与累积技术深度,巨盛坚持以单芯片(Single Chip)产品竞逐市场,为巨盛在IC设计事业上SoC的定位,持续累积实力。


认证为必须跨越的门坎

在USB 2.0产品上市之前多数厂商都会将产品送到USB IF进行认证,由于2.0的Hi Speed规格相较于1.1的Full Speed,在速度上一下子提升了40倍之多,对于许多厂商在技术的提升上都是一大挑战,尤其是非规格制定者的国内厂商,如何在最短时间内研发出符合规格,进一步取得认证,而在最短时间内将产品推出市场,实在是一大考验。


所以,国内厂商除了创惟之外,其余厂商在USB 2.0认证的取得上,都是屈指可数,柳发申也表示,USB IF的兼容性测试事实上并不好过,由于速度的大幅提升,信号不稳定的情形经常出现;王振荣也认为,国内部分厂商因为认证的门坎,通常都是先将产品推出,虽然标榜为USB 2.0规格,实际上的传输速度却只有2、300Mbps,等于是请市场作测试,再慢慢修正技术的缺失。


上述方法虽然有助于厂商在市场的卡位,不过除了大陆市场之外,在欧美甚至国内市场都已经不可行了,因为消费者的层次带动市场的水平,消费者与下游系统厂商都不能接受这样的做法,所以取得认证对于芯片厂商而言是一个必须跨越的门坎,也是产品质量与技术的保证。


相关技术的竞合关系

在USB 2.0与相关技术的的发展上,USB 2.0最大的竞争优势就在其高速传输与PC外围的广大应用,而最为直接的挑战者就是无线传输技术,与同样具有高带宽的IEEE 1394技术。在无线传输技术部分,近来最为当红的莫过于Bluetooth(蓝芽)与WLAN(Wireless Local Area Network;无线局域网络),不过由于上述两个技术的传输速率皆远小于USB 2.0,所以USB 2.0在mass storage的应用上拥有绝对优势,成本与技术的低廉与成熟度也是USB 2.0的利基所在。


而IEEE 1394则因为技术已经发展到800Mbps,被视为USB 2.0最大的竞争对手,如(表一)所示,不过这样的竞争局面好像是媒体造成的,因为在笔者对厂商进行访问时,所有厂商都表示这是在接受USB 2.0相关议题采访时的「必考题」,而厂商在听到这样的问题时也都先是一个苦笑,然后一致表示,USB 2.0与1394在应用上,一个定位在PC外围相关应用,一个则是在消费性多媒体领域有其地盘,未来的发展应该会朝区隔市场与应用迈进,「和平共存」的机会居多。不过在IA(信息家电)的概念越趋清楚的状况下,PC与消费性多媒体的发展逐渐靠拢,碰触到彼此领域的机会日增,发展后势还是值得观察。


表一 USB 2.0与IEEE 1394规格特性比较
Characteristic USB 2.0 IEEE 1394
Signaling Rate 480Mbps 400Mbps(now)
3.2bps(future)
Host Side Connector Types 1
3
OEM Adoption On PC MB in 2001
Apple considering USB 2.0
On Apple chipset
No plans for PC MB
System Topology
Host/Peripheral
Master/Slave Peer-to-Peer
Royalty No Royalty Fee .25cents/system
数据源:柏士半导体

OTG强化USB竞争力

在谈到IEEE 1394与USB 2.0的竞合关系时,就不得不提到,IEEE 1394很大的一个竞争优势就是点对点(Peer to Peer)传输特性,由于USB是以PC基础下的主从架构为传输模式,在行动通讯越来越发达的现在,许多便携设备的数据传输还要透过PC必然在便利性上打了折扣,为了弥补此一缺点,Philips在2001年中发表了USB OTG(On-The-Go)技术,飞利浦半导体亚太区计算机设备产品联机解决方案营销经理魏明贤表示,OTG技术提供外围产品不必透过PC就可以进行链接,其低电压的操作模式,大幅提升USB的应用范围与竞争力。


魏明贤进一步指出,OTG技术广为市场所看好,Philips已经推出OTG控制芯片,收发器芯片预计也将在10月上市;不过,尽管OTG的技术标准已经底定,相关规范还是引发很大的讨论,王振荣表示,就因为该技术被看好,所以才会引发这么大的讨论,所以OTG的市场发展时间应该在明年,多数国内厂商虽然也积极投入该技术,不过产品研发还需要一段时间,推出市场的时间也还在做进一步的观察与评估。


结论

USB 2.0的市场商机无庸置疑,只是随着今年PC市场复苏状况不若预期,加上市场人士预测的明年换机需求不如预期看好,都有可能进一步牵动USB 2.0大量兴起的时点。另外,厂商的大量投入固然有助于市场的发展,也表示该市场竞争的激烈,汪进德表示,对于这种现象创惟虽然无力,不过一直以来PC产业的发展就是如此,该公司以技术的深耕,只要能有三个月的市场领先期就够了。USB 2.0的时代就要来临,相关厂商也都摩拳擦掌,准备大展身手,全宽带环境的愿景又离我们近了一步。


《图三 巨盛电子研发企划部经理柳发申》
《图三 巨盛电子研发企划部经理柳发申》
《图四 飞利浦半导体亚太区计算机设备产品联机解决方案营销经理魏明贤》
《图四 飞利浦半导体亚太区计算机设备产品联机解决方案营销经理魏明贤》
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