USB 3.1 Type C将成高速传输新标准
近几年一直引领个人电脑与移动设备发展的苹果电脑,在2015年春季新品发表会展示新Macbook时,除其轻薄外型重新为笔记本电脑写下定义之外,仅内建Type C埠的前卫作法,也等于正式对外界宣布USB 3.1技术不再仅止于纸上谈兵阶段,将正式成为改变个人电脑发展的重要新技术。
相较于个人电脑各种元件的发展速度,USB埠规格演变的速度算是相当缓慢,从第一代USB 1.0推出至今,已经有20年左右历史,由于每次改变幅度都不算小,每每都会带动个人电脑产业汰旧换新的风潮。如通用序列汇流排开发者论坛(USB-IF)在2007年制订USB 3.0标准时,即认为新一代USB技术若要赶上个人电脑产业的发展趋势,唯有朝超高速传输的方向规划,否则USB埠势必会被市场淘汰。
因此被称为SuperSpeed USB Gen1时代的USB 3.0,不仅加入全双工数据传输的功能,数据传输速度更达到5Gbps,足是USB 2.0的10倍以上,此举除可让高速外接储存设备的销售量大增,也可连带扩大USB埠应用范围。
相较于过去USB技术,USB 3.0可说是一项划时代的产品,在传输速度暴增之外,供电能力也有明显提升。在USB-IF制订的USB Power Delivery电力传输规范中,USB 3.0具备4.5W输出功率,能藉由透过5V变电压提供900mA电流,解决USB 2.0仅能提供低功率的小电流,无法快速地为智能手机、平板电脑充电的问题。
而欧盟组织推动的充电器(Battery Chargers;BC)规范,也同步制订出移动设备的充电与传输接头标准,规定需统一规定采用USB接头标准,减少不必要的资源浪费。因此许多生产USB 3.0芯片的业者,也进一步在产品中加入支持7.5W的BC 1.2规范,搭配5V变电压使用后可提供1,500mA电流,并且能自动判别移动设备或3C设备的种类,进而可提供更佳效率的充电服务。
USB 3.0缺点不少 催生USB 3.1技术问世
受限于USB 3.0技术推广初期的芯片成本较高,以及部分芯片品牌兼容性的关系,USB 3.0芯片在消费市场普及时间不算长,直到近3~4年才成为个人电脑的标准配备,不过随着笔记本电脑逐渐朝轻薄方向发展,加上移动设备扮演的角色愈来愈吃重,USB 3.0在技术规格上也浮现不少改善空间。
首先,是现行USB 3.0埠尺寸过大,让笔记本电脑难以朝更轻薄的方向发展,其次USB 3.0埠依然有正反面之分,对消费者来说仍然存在使用不方便的问题。另一方面,以USB埠为基础发展的BC 1.2规范,其仅能提供7.5W输出功率的技术,完全无法应付较大装置的充电需求,如笔记本电脑或是液晶屏幕,无力解决充电器规格不兼容的问题。
长期以来市面上笔记本电脑充电器的规格并没有统一,即便是相同公司推出的产品,每种笔记本电脑规格所需的变压器、接头仍然不同,除会增加厂商在备料与制造上的成本外,一旦消费者更换笔记本电脑后,旧有变压器几乎只有丢弃一途,对地球环境伤害其实非常大。此外,对经常需要携带笔记本电脑到公司使用的商用人士,也需额外添购第二组变压器,才能免去经常拆拔的困扰,对地球资源来说亦是一种浪费,所以USB-IF一直有想要以USB Power Delivery电源规范,达成统一充电器规格的目标。
此外,若要实践USB埠当初发展初衷,成为个人电脑设备中唯一的连接埠,现有USB 3.0的5Gbps速度明显不够,首先在4k影像来临之际,无法应付大流量影像传输需求,所以很难取代HDMI连接埠的地位。其次,苹果电脑中Mini DisplayPort埠采用的Thunderblot技术,其传输速度高达10Gbps,足足是USB 3.0的2倍以上,因此推出新时代USB技术确实迫在眉睫。
数据传输上看10Gbps Type C可望取代HDMI 1.4
综合上述种种问题,USB-IF在SuperSpeed USB Gen2计划发展USB 3.1时,便希望能够一口气解决传输速度、电源供应、连接口尺寸的问题,所以在2013年公布USB 3.1规范时,不仅将传输速率拉高至10Gbps,充电功率依照USB Power Delivery规范,也提升至100瓦。至于专为搭配USB 3.1技术设计的Type-C连接器,尺寸则仅有8.3×2.5mm,不仅比市面上传统USB埠更小,也支持正反插功能,有助于让笔记本电脑走向更轻薄。
一般个人电脑在USB埠以外的连接埠,尚且有以太网络埠、HDMI、音源埠、电源插孔等等,以USB 3.1技术提供的10Gbps传输速度来看,不仅远超过以太网络埠的1Gbps,也恰好与HDMI 1.4的10.2Gbps差不多。尽管传输速度尚且不及HDMI 2.0的18.6Gbps,但已经足以应付播放4k影片的需求,成为现阶段笔记本电脑的最佳选择,如苹果电脑新推出的Macbook即是如此。
USB-IF推动USB Power Delivery电力传输规范的目标,即是让各种装置均能透过单独一条USB线缆满足供电需求,而缩短装置充电时间的优点,更能优化移动应用的便利性,所以当Type-C顺利取代Display Port后,即可达成上述目标,解决充电器规格不兼容的问题。
在USB Power Delivery的架构中,液晶屏幕、笔记本电脑不仅同时是供电者、也可以是被充电者,所以商务人士携带笔记本电脑到公司使用时,完全无须额外携带第二条电源供应器,只要使用一条USB 3.1 Type-C传输线,即可透过液晶屏幕供电,甚至也能同步为移动设备充电,无须担心供电量不足的问题。
充电能力上看100W 统一充电器规格有望
USB-IF力推Type-C连接器的另一个目标,则是希望能取代过去智能手机惯用的USB 2.0 Micro-B埠,成为移动设备未来数据传输的新标准。近来智能手机同样走向轻薄趋势,尽管USB 3.0 Micro-B可以提供更好传输速度,但因宽度比USB 2.0大上不少,加上与个人电脑或大尺寸屏幕之间没有杀手级应用出现,不仅市面上几乎没有任何手机采用该技术,苹果电脑更乾脆采用自行研发的lightning接头。
不过在欧盟决议于2017年统一所有手机充电器规格的趋势下,向来走独家规格的苹果电脑,也在数年前加入USB-IF阵营,投入研发USB 3.1 Type C规格的制订,为确保日后产品能够符合欧盟规范进行布局。正因为如此,苹果电脑才会率先将Type C连接器应用在Macbook之上,此一作法也可见到Type C连接器亦会成为iPhone的新连接埠。
对Android阵营而言,过去为因应消费市场需求,让消费者享受可在大屏幕上观看手机中高画质影片的舒适感,曾经推出支持1080P影像传输的MHL技术。但是受制会导致生产成本增加,以及手机陆续开始进入4K录影时代,MHL最终还是成为叫好不叫座的传输技术,至今支持MHL技术的手机与屏幕并不多。但是当液晶屏幕与智能手机同时支持USB 3.1 Type C之后,便无须担心制造成本增加的问题,也让消费者得以享受在大屏幕中观看移动设备中4K影像的快感。
因此,在Type-C连接器普及后,笔记本电脑制造商与周边制造商势必会推出支持USB 3.0/USB 3.1功能的USB-PD扩充基座,以取代各式不同的电源供应器,让笔记本电脑更适合同时在家中与公司中使用。不过,在考量生产成本的前提下,市面上可能会有业者抢先推出价格较低廉、却不支持100W充电能力的USB 3.1 Type C扩充座,待生产成本逐渐滑落,以及相关环境逐渐成熟之后,才会看到支持100W充电能力的USB 3.1 Type C扩充座成为市场主流。
图说,苹果电脑新推出的Macbook,即是用Type C连接器用来取代传统USB埠,以及其他连接孔。(Apple)