【導讀】USB 3.0與Thunderbolt兩方陣營競推超高速傳輸解決方案,USB 3.0預計2013年推出強化版USB 3.0傳輸技術,預計將傳輸效能推升至10Gb/s水平!至于主導Thunderbolt的Intel預計將導入矽納米光電技術,可望將Thunderbolt現有效能直接提升至50Gb/s水平。
USB 3.0高速傳輸接口,預計在2013年第二季推出具備10Gb/s的強化版USB 3.0規格,這對于與之競爭的Thunderbolt形成極大的壓力,一來USB 3.0狹系統芯片組的直接原生支持優勢,在市場的滲透率已經大幅超前Thunderbolt高速傳輸接口,尤其在新版的Ivy Bridge系統架構產品,USB 3.0已經廣泛用于新一代PC與Ultrabook產品中,更讓Thunderbolt的高速接口推廣門檻越來越高。
光纖版Thunderbolt 技術優勢拉大USB3.0效能差距
但不讓USB 3.0加強版接口標準專美于前,Thunderbolt高速傳輸接口也計畫導入矽納米光電(Silicon Nanophotonics)技術,來將Thunderbolt高速傳輸接口進行大幅度的性能升級,透過新的技術方案,Thunderbolt傳輸接口可以從原有的10Gb/s提升至50Gb/s。
即便Thunderbolt的新一代技術解決方案還只是規劃,但實際上Thunderbolt高速傳輸接口與USB 3.0仍有一段不小的技術差距,由現有的Thunderbolt設計方案來說,若維持PCI Express 2.0和DisplayPort采用兩通道各10Gb/s,Thunderbolt高速傳輸接口共可支持20Gb/s傳輸資料極速,仍較2013年第二季才會推出的USB 3.0加強版接口規范所升級的10Gb/s,仍有兩倍的性能差距。
圖1:華碩新款高階筆記本電腦,預計搭載Thunderbolt高速傳輸接口
但Thunderbolt高速傳輸接口也并非可以高枕無憂,因為USB 3.0高速傳輸接口在有芯片組的原生支持下,目前的裝載量與周邊產品的導入應用成長速度飛快,在目前周邊應用市場USB 3.0已經可以站穩中/高階周邊應用的主流接口,而預估加強版的USB 3.0接口應用周邊,也會在2014~2015年大量推出市場,屆時Thunderbolt高速傳輸接口的市場地位是否能維持高階應用主流而不被USB 3.0接口產品邊緣化,仍須持續觀察。
至于USB 3.0的加強設計方案,并非僅有傳輸性能方面的改善,而是連同接口設計與資料轉換效能的大幅改進設計方案,除較現有USB 3.0的5Gb/s傳輸效能有一倍的性能提升,同時接口也針對舊設計進行相關最佳化修整。至于Thunderbolt高速傳輸未來極高速應用版本,所進行的接口支持效能改進方案就更為激進,不只要在新接口技術導入矽納米光電技術,還要將傳輸效能一舉拉抬到50Gb/s的表現水平。
新一代的Thunderbolt高速傳輸接口,主要是利用Silicon Nanophotonics技術方案強化傳輸性能,搭配速度更快的PCI Express 3.0匯流排技術,大幅將每個通道的傳輸性能提升至50Gb水平!Silicon Nanophotonics技術即為利用光電技術、結合矽元件/光纖網絡設計方案,一舉將數據傳輸性能擴增至50Gb/s,除效能方面的量的提升外,在傳輸距離方面,因為導入光傳輸技術方案,因此傳輸距離可在特定纜在線達到100公尺傳輸距離。
新一代光纖版Thunderbolt 大幅提升巨量資料傳輸效能
如果新一代Silicon Nanophotonics技術的Thunderbolt高速傳輸接口,若用來傳送一部高畫質的1080p FullHD分辨率電影,大約僅需要一秒左右就能完成下載!而架構Silicon Nanophotonics應用的相關技術,如90nm CMOS納米光電元件、波長多工器(Wavelength Division Multiplexer)、偵測器(Detector)、調變器(Modulator),均可集成在CMOS芯片上,前端應用技術已趨近成熟,開發產品推出僅是時間與市場需求問題。
圖2:Thunderbolt周邊可利用多線串接方式,在單一傳輸線纜同時傳送影像與數碼資料
而Thunderbolt高速傳輸接口的傳輸特性,在面對目前多媒體應用正由HD(High Definition)持續向UHD(Ultra High Definition)的趨勢推進發展下,使用USB 3.0或是更進階的加強版規范,對于用戶來說還需要等待媒體進行傳輸行為,反觀Thunderbolt高速傳輸接口,即便是現有或是未來導入Silicon Nanophotonics技術方案的進階產品,都可以輕松因應未來的UHD影音內容應用。
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非蘋果應用系統相繼導入 加速擴展Thunderbolt滲透率
早期Thunderbolt高速傳輸接口為透過Apple率先導入產品設計擴增新接口的市場滲透率,但隨著Apple與Intel協議的Thunderbolt高速傳輸接口優先使用權釋出,目前Thunderbolt高速傳輸接口導入常規PC/NB設計方案已呈現百花齊放的狀態,尤其是針對高階定位的產品,例如高效能型主板、PC/NB產品,大多會在連接接口直接集成Thunderbolt高速傳輸接口支持,與一般常見的USB 3.0接口呈現同時存在的狀況。
圖3:Thunderbolt高速傳輸接口具備極大傳輸效能提升空間,甚至可以用來作為內部擴充適配卡的外部串接技術方案
雖說USB 3.0在新一代加強版可以達到10Gb/s,但實際上USB 3.0接口最大的困擾是要解決傳輸線路的訊號干擾問題,一昧提升傳輸效能,但在線路干擾問題沒有改善,仍會影響實際傳輸的效能表現。尤其是USB 3.0傳輸技術的EMI輻射問題,會影響到系統或裝置運用部分無線頻段周邊的穩定性,形成RF干擾,USB 3.0接口要能穩定運行,必須針對EMI問題重點改善。
Thunderbolt可善用Daisy Chain 設備主機串接更具彈性
而Thunderbolt高速傳輸接口就有明顯不同,在傳輸、串接應用方面,Thunderbolt可善用Daisy Chain形式進行設備與主機串接,而透過Thunderbolt傳輸的訊息除了數碼資料外,連同影音內容都能在同一線路上進行轉送。而新一代導入Silicon Nanophotonics技術方案的Thunderbolt接口,在高效能傳輸應用上直接跳過銅纜應用方案,改采型光纜進行傳輸,不只可讓傳輸信息在高速轉送下的表現更穩定,同時也可在傳輸距離進一步擴展。目前光纖周邊廠商如Corning、Sumitomo Electric已推出100m與30m的Thunderbolt光纜產品,預計在2013年第一季推出,也可進一步擴展Thunderbolt的光纜應用市場。
圖4:Thunderbolt使用的DisplayPort連接器不需授權金,可在單一接口處理視訊、數碼資料傳輸,使導入的料件成本(BOM)更低
原有Thunderbolt接口推廣不易的原因相當多,除了系統未能如USB 3.0高速傳輸接口大量預載優勢外,其實最大的關鍵就是Thunderbolt主控芯片的成本較高,形成用戶導入、升級的門檻較高。但Thunderbolt裝載或升級成本較高的問題將獲得改善,因為Intel在2013年預計將加速推動Thunderbolt高速傳輸接口普及,將會加快Thunderbolt技術授權速度,使Thunderbolt用量進一步提升,另外,也將加強Thunderbolt芯片集成設計,利用更高集積度的集成設計方案,減少Thunderbolt高速接口解決方案的物料清單成本,讓終端開發商導入Thunderbolt高速傳輸接口的成本進一步壓縮。
Intel持續優化Thunderbolt競爭力 未來發展不容小覷
尤其在Apple已無Thunderbolt傳輸接口優先使用權后,Thunderbolt的裝載現況已有持續增加現象,尤其是針對高階應用的計算機平臺、筆記本電腦,大多會采行USB 3.0、Thunderbolt雙接口共存的設計方案,加上Thunderbolt高速傳輸接口本身就可以與DisplayPort視訊接口多工共存,在單一線纜可以支持影像與資料同時傳送,光是連接器本身就不需要授權金,同時單一接口兩種用途也可進一步壓縮BOM物料清單成本。
而Thunderbolt不再只是Apple專用后,讓市場在x86平臺、Apple計算機系統均可以裝載Thunderbolt高速傳輸接口設計方案,目前Thunderbolt高速傳輸接口控制器成本約10~20美元,對比USB 3.0高速傳輸接口解決方案仍處于較高檔的價格,但這種狀況會在2013年Intel持續對Thunderbolt設計方案的技術授權與集成設計方案出爐后,進一步壓縮Thunderbolt解決方案的導入成本。
甚至于Intel還計畫在2014年,直接將Thunderbolt主控端控制器與中央處理器,利用制程技術來進行功能集成,直接將Thunderbolt技術方案集成于CPU中,這較USB 3.0接口解決方案集成于系統芯片組的架構更具優勢,不僅傳輸效能可提升的空間與機會更大,對于導入應用市場、降低導入成本的目的也就更容易實踐了。
同時,為了加速Thunderbolt應用周邊的數量,原先對Thunderbolt周邊授權認證是采取趨于嚴格的策略進行把關,為了擴充驗證產品的能量,Intel已將Thunderbolt產品的驗證業務釋出第三方實驗室進行,預料將可加速Thunderbolt驗證成本與效能,進一步加速Thunderbolt周邊應用產品快速推出市面,提高裝載Thunderbolt高速傳輸接口的系統更多元的應用周邊選擇。