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蓄勢待發的USB 2.0
PC週邊介面新霸主

【作者: 廖專崇】   2002年09月05日 星期四

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USB 2.0的規格從2000年4月確定到現在,經過兩年多的發展,在PC領域的兩大龍頭Microsoft與Intel,確定其產品支援該標準後,加上相關領域廠商技術商品化的動作逐漸開花結果,今年下半年USB 2.0產品如雨後春筍般的推出,市場稱2002年為USB 2.0年,宣告PC週邊傳輸介面改朝換代的時刻來臨,而新一代的盟主正是USB 2.0。


USB 2.0技術優勢

根據市場調查機構In-state/MDR的調查報告指出,USB 2.0相關產品在2001至2006年將享有高達220%的年複合成長率,除了該架構又是另一個Wintel架構力拱的規格外,在技術上其使用簡易、連結方便、隨插即用、不需要另外的電源、傳輸速度快的特性,相當受到消費者歡迎,目前USB標準在PC領域的普及率高達99%,另一項調查報告更指出,2004年將有7.5億台PC安裝USB介面,而透過該介面進行傳輸的周邊設備將超過10億台。


另外,USB 2.0具備向下相容(Backward Compatible)的特性,該技術同時支援過去USB 1.0與USB 1.1的傳輸速度,包括Low Speed(1.5Mbps)、Full Speed(12Mbps)與Hi Speed(480Mbps),所以新的標準也可以在舊有的連接線及連接器上運作;在設計上可以讓高達127個週邊設備在匯流排上同時運作,比傳統RS-232串列與並列介面提供更大的資料傳輸頻寬。而大幅度提升40倍的傳輸速率,也正好趕上近年來寬頻化的風潮。


應用層面廣泛

在應用上,當初USB Promoters Group發起會員,Intel(英特爾)、Compaq(康柏)、Microsoft(微軟)、Agere(傑爾)、HP(惠普)、NEC(恩益禧)與Philips(飛利浦),在制定規格時就將該標準定位為PC週邊的傳輸介面,而USB 2.0的應用也將為PC與周邊設備帶來更多、更便利的功能,包括更快的寬頻網際網路連接、更高解析度的視訊會議攝影機、高速印表機、掃描器與外部儲存設備。


相關的應用除了顯而易見的高傳輸速率外,也將為週邊設備廠商節省下許多成本,以視訊會議攝影機來說,目前因為頻寬的不足,必須將資料透過特殊的資料壓縮引擎ASIC的壓縮,而USB 2.0提供的高頻寬,使資料的傳送不需經過壓縮技術,可以省下ASIC的成本,而掃描器與印表機更能省下不少記憶體元件的需求,另外,USB 2.0也可以提供高容量的外部儲存裝置,包括CD-ROM、DVD與HD等外部連接匯流排更低成本的選擇。


廠商競相投入

USB 2.0的發展從標準確定時開始,就被各界視為極具市場潛力的技術,然而真正興起的時間點卻一直延宕到最近,其實有很多複雜的因素,不過廠商投入的熱忱,卻不是最近的事。由於PC領域至今還是高科技產業中最重要也最大的市場,投入發展的廠商多不勝數,可謂是過江之鯽,不過國外大廠在技術研發與先期投入的精神原本就較佳,所以目前技術領先的廠商還是國外大廠,尤其是參與標準制定的廠商。


不過國內也已有幾個實力雄厚或者專注技術的廠商,在該領域已經搶先卡位,包括晶片組廠商威盛、揚智、矽統等,USB 2.0技術的應用在主控制器端(Host Controller),對晶片組廠商而言在該標準成為主流後,可以說是必備的技術之一,因此該類廠商投入研發通常較早,不過在USB市場單一廠商出貨量最大的Cypress技術行銷經理王振榮表示,以上半年的情況看來,嵌入式主控制器市場並未真正興起,所以目前USB 2.0附加卡尚有其利基市場。


而目前主控制器晶片也還未整合到晶片組中,包括預計會較晚興起的集線器(Hub)控制晶片市場,目前都還掌握在規格制定廠商之一的NEC手上,雖然包括國內專注發展該技術的廠商創惟,與Cypress、Philips等大廠都表示,已經開發出相關的產品,不過不是尚未推出就是在產品效能上不如NEC來的穩定,要進一步威脅到NEC的地位還要一段時間。另一方面,雖然目前主控制器與集線器控制晶片的市場整體出貨量還不大,不過其毛利率卻也相對較高。


國內廠商實力雄厚

國內廠商挾著PC王國的威名,對於USB 2.0的龐大商機當然不會輕易放過,先前也有提到,在USB 2.0的應用上,大致區分為主控制器、集線器與周邊元件,而主控制器與集線器市場目前為單一廠商壟斷,國內廠商發展的是技術門檻低,應用多樣化的周邊產品市場,而其中又分為幾個應用,包括匯流排收發器(Transceiver)、串列介面引擎(SIE)、微控制器與專用介面元件。而能具備完整技術能力的廠商也屈指可數。


國內投入該技術最久,也最有能力與國外大廠競爭的創惟科技行銷部經理汪進德表示,該公司只專注在PC週邊產品的開發上,到今年六月已經有七項產品,得到USB IF(USB Implementers Forum;USB應用者論壇)認證,大幅領先國內其他廠商,重要的是,創惟也擁有週邊裝置中,技術層次最高的收發器晶片技術,預計到年底還有5~6項認證會陸續通過。


除此之外,技術整合能力也是這場市場大戰中勝出的關鍵,儘管先前曾經提到USB 2.0嵌入式主控制器市場還在發展,國內晶片組廠商揚智多媒體週邊產品事業處協理方俊榮指出,該公司以其核心技術為基礎,發展影像與儲存等高速介面產品,未來除了晶片組產品將會支援USB 2.0技術之外,揚智的USB 2.0產品也較其他僅擁有PC週邊技術的廠商,能提供更好的技術整合能力與產品效能。附表一~十四為本刊所整理,廠商已經發表的USB 2.0晶片,除依應用分類外,由於儲存設備為此領域的重要應用,所以特別獨立為一類,以俾讀者參考。


另外,由於PC產品近年來的發展有家電化的趨勢,因此,專注於消費性電子產品IC設計的凌陽科技,也積極的投入USB 2.0的研發,該公司影像事業中心產品企劃部經理莊振添表示,凌陽的核心競爭力並不在此,只是USB 2.0是一個簡單的通用介面,所以該公司認定USB 2.0是凌陽未來必須要具備的一個技術,從公司原有的產品切入,以發展ASSP(Application Specific Standard Product)標準化的產品為主,為節省產品開發時程,甚至不排除向具有良好技術能力的設計服務公司購買IP。


相較之下,三年前才轉型IC設計,規模也相對較小的巨盛電子,看起來就像鴨子滑水了,該公司研發企劃部經理柳發申表示,巨盛雖然在IC設計領域看起來像是一隻菜鳥,但是對於技術的投入卻一點也不馬虎,在產品部分,為縮短上市時程,巨盛也鎖定在PC週邊的ASSP產品上,不過考量產品效能與累積技術深度,巨盛堅持以單晶片(Single Chip)產品競逐市場,為巨盛在IC設計事業上SoC的定位,持續累積實力。


認證為必須跨越的門檻

在USB 2.0產品上市之前多數廠商都會將產品送到USB IF進行認證,由於2.0的Hi Speed規格相較於1.1的Full Speed,在速度上一下子提升了40倍之多,對於許多廠商在技術的提升上都是一大挑戰,尤其是非規格制定者的國內廠商,如何在最短時間內研發出符合規格,進一步取得認證,而在最短時間內將產品推出市場,實在是一大考驗。


所以,國內廠商除了創惟之外,其餘廠商在USB 2.0認證的取得上,都是屈指可數,柳發申也表示,USB IF的相容性測試事實上並不好過,由於速度的大幅提升,信號不穩定的情形經常出現;王振榮也認為,國內部分廠商因為認證的門檻,通常都是先將產品推出,雖然標榜為USB 2.0規格,實際上的傳輸速度卻只有2、300Mbps,等於是請市場作測試,再慢慢修正技術的缺失。


上述方法雖然有助於廠商在市場的卡位,不過除了大陸市場之外,在歐美甚至國內市場都已經不可行了,因為消費者的層次帶動市場的水準,消費者與下游系統廠商都不能接受這樣的做法,所以取得認證對於晶片廠商而言是一個必須跨越的門檻,也是產品品質與技術的保證。


相關技術的競合關係

在USB 2.0與相關技術的的發展上,USB 2.0最大的競爭優勢就在其高速傳輸與PC週邊的廣大應用,而最為直接的挑戰者就是無線傳輸技術,與同樣具有高頻寬的IEEE 1394技術。在無線傳輸技術部分,近來最為當紅的莫過於Bluetooth(藍芽)與WLAN(Wireless Local Area Network;無線區域網路),不過由於上述兩個技術的傳輸速率皆遠小於USB 2.0,所以USB 2.0在mass storage的應用上擁有絕對優勢,成本與技術的低廉與成熟度也是USB 2.0的利基所在。


而IEEE 1394則因為技術已經發展到800Mbps,被視為USB 2.0最大的競爭對手,如(表一)所示,不過這樣的競爭局面好像是媒體造成的,因為在筆者對廠商進行訪問時,所有廠商都表示這是在接受USB 2.0相關議題採訪時的「必考題」,而廠商在聽到這樣的問題時也都先是一個苦笑,然後一致表示,USB 2.0與1394在應用上,一個定位在PC週邊相關應用,一個則是在消費性多媒體領域有其地盤,未來的發展應該會朝區隔市場與應用邁進,「和平共存」的機會居多。不過在IA(資訊家電)的概念越趨清楚的狀況下,PC與消費性多媒體的發展逐漸靠攏,碰觸到彼此領域的機會日增,發展後勢還是值得觀察。


表一 USB 2.0與IEEE 1394規格特性比較
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
資料來源:柏士半導體

OTG強化USB競爭力

在談到IEEE 1394與USB 2.0的競合關係時,就不得不提到,IEEE 1394很大的一個競爭優勢就是點對點(Peer to Peer)傳輸特性,由於USB是以PC基礎下的主從架構為傳輸模式,在行動通訊越來越發達的現在,許多可攜式裝置的資料傳輸還要透過PC必然在便利性上打了折扣,為了彌補此一缺點,Philips在2001年中發表了USB OTG(On-The-Go)技術,飛利浦半導體亞太區電腦設備產品連線解決方案行銷經理魏明賢表示,OTG技術提供週邊產品不必透過PC就可以進行連結,其低電壓的操作模式,大幅提升USB的應用範圍與競爭力。


魏明賢進一步指出,OTG技術廣為市場所看好,Philips已經推出OTG控制晶片,收發器晶片預計也將在10月上市;不過,儘管OTG的技術標準已經底定,相關規範還是引發很大的討論,王振榮表示,就因為該技術被看好,所以才會引發這麼大的討論,所以OTG的市場發展時間應該在明年,多數國內廠商雖然也積極投入該技術,不過產品研發還需要一段時間,推出市場的時間也還在做進一步的觀察與評估。


結論

USB 2.0的市場商機無庸置疑,只是隨著今年PC市場復甦狀況不若預期,加上市場人士預測的明年換機需求不如預期看好,都有可能進一步牽動USB 2.0大量興起的時點。另外,廠商的大量投入固然有助於市場的發展,也表示該市場競爭的激烈,汪進德表示,對於這種現象創惟雖然無力,不過一直以來PC產業的發展就是如此,該公司以技術的深耕,只要能有三個月的市場領先期就夠了。USB 2.0的時代就要來臨,相關廠商也都摩拳擦掌,準備大展身手,全寬頻環境的願景又離我們近了一步。


《圖三 巨盛電子研發企劃部經理柳發申》
《圖三 巨盛電子研發企劃部經理柳發申》
《圖四 飛利浦半導體亞太區電腦設備產品連線解決方案行銷經理魏明賢》
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