拥抱超高速 迎接USB 3.0新时代
祥硕电子(asmedia Technology)成立于2004年,为华硕电脑集团的子公司,着重于高速类比电路设计IC开发,目前公司成员中有80% 以上为专业研发人员, 其中包含了数码逻辑设计、类比设计、软件研发、系统研发以及实体设计团队。
议题主讲人祥硕科技技术行销部经理张钦俞先生,一开始就指出从2010年开始,USB 3.0就是市场上最热门的高速传输界面,一开始是从主机板、桌上型电脑与笔记本电脑在规格上的纳入与支持,接下来是周边装置部分的支持,如USB 3.0读卡机?集线器(Hub)、U盘与SSD的推出。从2011年起,USB 3.0则朝向可携移动设备渗透,像是智能手机、数码镜头与DV摄录影机这个市场领域,都会纷纷支持USB 3.0。预料到2012年,USB 3.0将进一步进入家庭,成为机顶盒(Set-Top Box)、智能电视(Smart TV)以及游戏机的标准规格。
市调机构DIGITIMES预估2011年下半,全球USB 3.0主控芯片出货达到8,964万颗,USB 3.0在桌上型电脑以及笔记本电脑渗透率,会从2010年7%、1%拉昇到45%、10%;至于USB 3.0装置端芯片部分,DIGITIMES则预估2011年全球USB 3.0装置端芯片出货量达5,787万颗。并预估瑞萨所主导的USB 3.0主控芯片市占率将会逐渐下滑;其他IC业者可视2011年全球PC出货成长率的高低,分别获取3成甚至6成的市占率商机。
USB 3.0芯片由主控、装置到转接驱动芯片三分天下
目前开发USB 3.0应用芯片可分为3大类:1.主控芯片(Host chip),直接连接主机板、笔记本电脑上的南桥芯片,并提供桌上型电脑?服务器或笔记本电脑周边USB 3.0连接埠能力的附加芯片。2.装置端芯片(Device),为周边装置所使用,提供整个周边装置对外USB 3.0连接规格以及USB 2.0/1.1兼容规格的控制芯片。3.转接驱动芯片(Re-Driver),提供主控芯片到装置端之间的中继?延伸驱动芯片,可作为信号优化、延伸并且一接多的分接集线器(Hub)使用。
主控芯片(Host)开发商有祥硕、瑞萨(Renesas)、睿思科技(Fresco)、钰创、威锋电子(VIA Lab Inc)等。装置端(Device)芯片开发商则有芯微科技(Symwave)、美商LucidPort、富士通、祥硕、钰创、威锋、旺玖、银灿、创惟等,至于转接驱动芯片(Re-Driver)部分,外商仅有德仪、NXP与Pericom,而祥硕是唯一一家同时推出横跨Host/Device/Re-Driver的台系IC设计业者。
祥硕也是第1个获得USB IF商标认证的台湾IC业者。目前通过USB 3.0 IF认证的厂商与产品有15家42个,其中就有6个产品是使用祥硕的USB 3.0芯片。
PCIe汇流排的USB 3.0主控芯片规划
祥硕在PCI Express汇流排的USB 3.0主控芯片规划上,像ASM1061 PCIe SATA 6Gbps控制器芯片已经量产,采PCIe v2.0规格,提供2组符合AHCI规格的SATA 6Gbps连接埠,SATA 6Gbps实体层(PHY IP)自主研发且通过协会验证,经过CrystalDiskmark v2.1软件实测,循序读写效能分别达到344.8MB/s、225.3MB/s。在2011年3Q预定推出2S+1P(加入1组PATA界面)的ASM1062控制器芯片,以抢占主机板市场;随后也会有加入硬件磁碟阵列(RAID 0/1/0+1/5)功能的ASM1061R、ASM1062R芯片推出。
ASM1041/42 PCIe USB 3.0主控芯片的效能表现上,在桌上型电脑?服务器平台以CrystalDiskmark软件进行实测,循序读写效能较竞争对手提升18%,笔记本电脑部分搭配最佳化效能软件调校下,循序读写效能较竞争对手提升30%,功耗节省10%,并且也符合欧盟与大陆制定的BC v1.2电池充电规范。
装置端USB 3.0芯片在消费型电子市场的应用规划
针对MID、读卡机、U盘、外接硬盘、MP3/MP4播放器等消费型电子产品市场,祥硕规划ASM1041/42 PCIe USB 3.0主控芯片、ASM1051 USB3/SATA2桥接芯片,以及已量产的ASM1030U盘芯片,2010年4Q推追加UASP的ASM1051U以及支持SATA3的ASM1051E芯片,随后有更小封装的ASM1054 USB3/SATA3桥接芯片推出。
而2011年上半,祥硕推出内建ROM的ASM1050桥接芯片、纳入AES/UASP/IEEE1667等业界规范的ASM1051A芯片、ASM1031/32U盘芯片以及ASM1074 1对4集线器芯片等;到2011年下半,则会有ASM1052读卡机芯片、支持双SATA3界面埠的ASM1056,以及双埠eSATA3的ASM1052/E桥接芯片等产品推出。
张经理认为,祥硕ASM1051系列桥接芯片的规格优势,首先是提供优异的SuperSpeed信号传输特性,能跟PC、Apple显示器与传统?液晶电视连接显示的搭配性。ASM1051E更是全球率先量产与通过认证的USB 3.0/SATA3桥接芯片。目前在ASM1051成品实测上,除了一般PC附加卡、周边装置之外,也通过苹果全系列产品?装置验证,搭配Toshiba、Thomson以及Sony等大厂的LCD/LED液晶电视,兼容度与通过项目也是领先业界。
弹性化展频抑讯功能 简化周边EMI防护设计
张经理也表示,目前USB主控芯片藉由外接固定时脉来源来做展频抑讯(Frequency Spectrum)以抑制EMI电磁干扰,但早期装置端芯片设计上,打开展频抑讯功能时,偶尔会导致传输数据封包遗失的问题;但关闭此功能却又容易使整个系统无法通过EMI检测,只能改以成本较高的扼流圈(Choke)取代。
ASM105X芯片内建展频抑讯时脉产生器(Spread Spectrum Controller;SSC),可以程序化的微调展频抑讯时脉的功能,在同时打开USB 3.0装置端EMI功能情况下,使得整体时脉信号维持在正负5,000ppm的时基误差内,发挥最大的抑制EMI电磁干扰效果,无需成本高昂的扼流圈(Choke)。
其次是对IEEE1667业界规格的广泛支持,像是UASP(USB Attached SCSI Protocal;USB连接SCSI命令协定),支持到SPC-4 SCSI命令集等加速区块读取与排序效能,以及在IEEE1667中的Security/Password防护保全机制。
ASM105X系列桥接芯片依据是否内建ROM以及双埠规格来划分出两大产品线,不管是走低价入门内建Rom的ASM1050系列,或者是提供双SATA 6Gbps连接埠,诉求高效能高规格的ASM1054/1056,都会维持全系列Pin to Pin脚位兼容,使系统开发者于产品开发?维护与更新上更加方便。
张经理特地展示1张由下游业者开发,应用祥硕USB 3.0桥接芯片设计的USB 3.0转SATA3硬盘背接转板的实际成品。藉由仅5mm x 5mm超小封装的ASM1054 USB3/SATA3桥接芯片,设计出1个超纤细小巧的迷你背接转板,其PCB面积、高度与厚度都相当纤细,硬盘厂商直接把背接板接到既有2.5寸笔记型硬盘,并且做外型整合,成为一个纤细且一体成形的2.5寸可携式移动硬盘,大小与苹果iPhone手机差不多。
转接驱动芯片与PCIe 3.0高速切换开关方案
类似USB 3.0、PCIe等高于5Gbps以上的高频信号传输时,伴随着趋肤效应(Skin Effect)所造成的导线阻抗以及信号波型衰减的情况开始显着,也局限了主控芯片到USB、PCIe连接界面的线距;若在PCB电路布在线导入转接驱动芯片(Re-driver)将信号重新强化,可以拉长传输距离并且稳定信号品质,增加周边装置互连性。
祥硕ASM1463/ASM1466/ASM1465转接驱动芯片(Re-Driver),能将信号重新强化,增加芯片线路?传输线距离。搭配ASM1465 Re-Driver芯片的平台设计,可将USB 3.0连接埠与Re-Driver芯片线距拉至8~10英寸,对外连接线长度也得以延展5~7米左右。
祥硕也推出ASM1083/ASM1085 PCIe to PCI汇流排桥接芯片并已量产供货。甫量产的ASM1480 PCI高速切换开关?多工芯片,支持到最新8Gbps超高频的PCI Express GenIII规格,供业界设计支持PCI Express v3.0汇流排的主机板、服务器、笔记本电脑、扩充船坞等装置。
祥硕ASM103x系列U盘控制芯片(UFD Contoller),目前规格尚未具体揭露,仅知道支持大于60bit ECC修正能力、USB 3.0规格、TLC以及ONFI规格NAND快闪存储器,预计2011年第2季结束前导入量产。