USB 3.0 USB-IF USB介面 M-PHY MIPI HSIC SSIC SMSC ICC USB

攜手MIPI聯盟 USB 3.0布局晶片互連應用

2011-06-03
為讓USB介面從裝置與裝置間資料傳輸角色,進一步延伸至裝置內部晶片與晶片間互連應用,USB-IF除已公布基於USB 2.0規格的HSIC介面規範外,USB 3.0技術推廣小組亦決定與MIPI聯盟合作開發更高頻寬的SSIC規格,將以免權利金的授權方式,促使USB 3.0成為晶片互連的主流技術。
行動產業處理器介面(MIPI)聯盟與第三代通用序列匯流排(USB 3.0)介面技術推廣小組日前共同簽署合作協議,並宣布將結合MIPI的M-PHY實體層(Physical Layer)與USB 3.0通訊協定和軟體層,開發具高頻寬、低功耗特性的超高速晶片互連(SuperSpeed Inter-Chip, SSIC)規格,預計2012年初可開始提供給雙方技術採用者,屆時將使USB 3.0成為行動裝置內部重要的介面技術。

MIPI聯盟主席Joel Huloux表示,讓行動裝置內部系統的運作達到更高效能,是該聯盟努力的中心目標,而結合M-PHY實體層與USB 3.0通訊協定和軟體所形成的新一代行動裝置低功耗實體層技術,將可使相關技術採用者獲得顯著利益。

USB 3.0技術推廣小組主席Brad Saunders則指出,藉由讓USB 3.0在專供行動裝置內部使用而優化的實體層上運作,將使USB所實現的廣泛功能可延伸至非個人電腦應用的龐大市場。而未來,這種低功耗的解決方案最終也可望回歸到個人電腦生態體系,成為晶片與晶片間的重要互連技術。

低功耗實體層相助 SSIC挺進行動裝置應用

自1996年USB 1.0版的介面規範問世至今,USB無疑已是裝置與裝置間運用最為廣泛的主要介面技術,許多系統均提供完整的驅動程式集來支援USB的相關周邊,這使得消費者毋須擔心安裝驅動程式的問題,再加上USB晶片供應商眾多,不論對USB主控裝置或周邊裝置製造廠而言均非沉重的成本負擔,因而對USB技術的應用擴展有相當大的助益。

有鑑於USB介面在裝置間傳輸應用如此成功,業界遂開始希望將其運用至晶片與晶片間的連結。然而,由於USB最初設計係為讓周邊裝置可透過長達5公尺的纜線實現熱插拔,在功耗和實作上並不適合用於晶片與晶片的資料連結。因此,與低功耗實體層M-PHY技術相結合,將有助實現此一應用目標。

M-PHY是由MIPI聯盟為行動裝置應用所發展出的高頻寬實體層序列介面技術,每條通道的理論傳輸率高達2.9Gbit/s,並可向上擴展至每通道5.8Gbit/s的傳輸等級,同時也兼具低接腳數和優異的功率效率特性,自2009年發布至今,已廣為行動裝置產業界所採用。而USB 3.0則擁有5Gbit/s的訊號傳輸率,較USB 2.0效能提升十倍,並強化了通訊協定與電源管理性能,還可與既有USB裝置和軟體版本相容。兩者的結合,將使雙方技術陣營互蒙其利。市場研究機構In-Stat研究總監Brian O'Rourke分析,透過USB 3.0推廣小組與MIPI聯盟的攜手合作,USB 3.0將可大量進入快速成長的行動裝置內部應用,如手機及數位相機,而MIPI則可與最成功的下一代USB介面技術及其軟體相互為用。

獲晶片大廠採用 HSIC率先發酵

事實上,早在USB 3.0推廣小組與MIPI聯盟合力打造SSIC規格之前,USB介面已開始透過高速晶片互連(HighSpeed Inter-Chip, HSIC)規格滲透至晶片與晶片資料連結市場。

顧名思義,HSIC是基於第二代USB標準所發展而成,是USB應用者論壇(USB-IF)於2007年公布的補充規範,其藉由移除USB 2.0中的類比收發器(Transceiver),來降低實作時的複雜性、功耗、成本和製造風險,以符合晶片間互連的應用需求。目前,晶片商史恩希(SMSC)已開發出一項名為晶片間互連(Inter-chip Connectivity, ICC)技術,並獲得HSIC規範採納,成為實現HSIC介面不可或缺的重要方案。

史恩希表示,ICC能讓現已成為數十億台電子裝置標準的USB 2.0協定,僅以傳統USB 2.0類比介面一小部分的功率進行短距離傳輸,但同時仍維持大部分類比USB 2.0連接的軟體相容性,可適用於可攜式電子產品等應用,相較於類比USB 2.0介面,ICC技術能進一步減少功率消耗與晶片面積。

據了解,史恩希的ICC技術已於2010年4月20日獲得美國專利。而已同時簽署USB 2.0採用者協議(Adopters Agreement)和相關HSIC修訂書的USB 2.0推廣者(Promoter)和廠商,可在合理與非差別性(RAND)條款情況下,取得史恩希的ICC技術授權。至於其他業者,也可透過與史恩希個別協商的方式,取得相關專利授權。

截至目前,除史恩希本身已推出具備HSIC介面的USB集線器方案外,包括高通(Qualcomm)、超微(AMD)、輝達(NVIDIA)等晶片大廠也陸續向史恩希取得ICC技術授權,未來亦可開發出符合HSIC規範的USB 2.0主控端(Host)或裝置端解決方案。

值得注意的是,不同於HSIC規範須透過授權方式取得相關技術,未來由USB 3.0推廣小組與MIPI聯盟所合作開發的SSIC規範,則將以免權利金的形式,開放給雙方組織內所有採用者層級的會員。屆時,勢將讓USB在晶片互連應用領域更為蓬勃,一改過去USB僅局限於裝置間互連介面的發展局面。

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