淺談有線﹧無線傳輸技術發展趨勢

USB 3.1加入Type-C無方向性連接頭、獨立A/V頻寬後，連Thunderbolt 3.0連接頭也加入，PC？手機週邊介面即將大一統。Source：USB-IF/Intel IDF/Razer/HP

PC從80、90到21世紀初期並列匯流排技術為主流，從AT-Bus、EISA、PCI到針對伺服器衍生出的64bit PCI、PCI-X等擴展規格，以及針對繪圖卡傳輸頻寬需求所推出的繪圖加速埠(Accelerated Graphics Port；AGP) 1X？8X規格，已經達到並列匯流排技術上的極限。

匯流排高速序列化 PCIe 4.0將蓄勢待發

2003年代PC的匯流排導入PCI Express高速序列化技術，以多個位元串流訊號透過不同相位、旋轉向量角度的調變方式，在既有頻率下以(2/4/8/16/...)的方式做傳輸頻寬的倍增，這也正是串列化匯流技術突破Gbps傳輸門檻，對外以USB 3.X、Thunderbolt或更高速的光纖介面等樣貌，讓電腦創造續High的動力。

2010年11月定案的PCIe 3.0，在Intel於第三代Core i3/5/7處理器(Sandy-Bridge)，開始提供PCIe 3.0匯流排(x16或x8/x8設計)的驅動能力；XEON系列處理器還提供到最多40 lanes (x16/x16/x8)，加速PCIe 3.0成為PC匯流排基本主流規格。

其基本款的單線道(x1 lane)8GT/s的傳輸速率，優異的128b/130b編碼，提供達985MB/s(PCIe 3.0 x1)傳輸速率；若並列擴展到16線道(x16 lanes)模式下，資料頻寬將近16GB/s，早以是當今伺服器網路背板、磁碟陣列與旗艦級繪圖卡不可或缺的傳輸技術主流。

Intel於2017年第1季發表針對第七代Kaby Lake架構的CM238(200系列晶片組)與QM175、HM175等系列晶片組。其中最高階的CM238晶片組提供20線道PCIe 3.0、8組SATA 6Gbps介面埠與10組USB 3.0埠；QM175/HM175則提供16線道PCIe 3.0、4組SATA 6Gbps介面埠與8組USB 3.0埠，以供應外接週邊如SSD、GbE網路晶片甚至繪圖晶片(GPU)做x16、x8、x4的頻寬切換。

率先支援PCIe 3.0的是高階顯示卡。自2011年AMD推出 Radeon HD 7870到今年(2017)推出的Radeon RX580家族，2012年NVIDIA推出的GeForce GTX680/670到最近的GeForce GTX 1080Ti顯示卡，均支援到PCIe 3.0 x16(16GB/s)的傳輸頻寬。另外也有廠商如Marvell、HGST、Intel等推出支援PCIe 3.0(x8)設計的SSD控制晶片或SSD卡。

PCI SIG於2011年11月宣布PCIe 4.0規格，傳輸頻寬倍增到16GT/s，以PCIe 4.0 x16計傳輸頻寬高達32GB/s；但受限於7？14英吋佈線長度、需搭配高速ReDriver等限制，初期僅會在高階伺服器導入，其1.0正式版預估2017年第1？2季將正式公布。而PCI SIG組織也於去年(2016)中正式揭露，PCIe 5.0將走出實驗室，從早期評估階段開始進行前期研發作業，目前預定的傳輸速率在25？32GT/s之間。

USB-C一統USB與Thunderbolt連接頭

USB-IF協會於2008年11月推出USB 3.0，傳輸速率達5Gbps(500MB/s，8b/10b編碼)，隨著AMD與Intel晶片組支援原生USB 3.0規格，使其很快的成為2011年後PC週邊介面的主流規格。

2011年Intel推出結合DisplayPort(DP) + PCI Express + GP I/O三合一傳輸特色的Thunderbolt匯流排。其聯接器外觀採用miniDP Port的連接頭，可接銅線或光纖連接方式，串接最多6個Thunderbolt週邊，並提供10Gbps的雙向傳輸速率。

而2013年第1季的Thunderbolt 2.0規格，傳輸速度提升到雙向20Gbps，支援4K輸出並向下相容Thunderbolt 1.0。初期配置Thunderbolt系統以Apple的桌電？筆電為最大宗，PC部份則僅有少數強調高階規格的筆電、AIO一體成型電腦支援。

2013年USB-IF協會發表SuperSpeedPlus USB(USB 3.1)，使用USB 3.0相同的線材，連接頭部份特別增加了可正、反面熱插拔一萬次的Type-C連接頭(又簡稱為USB-C)等特性，傳輸速率倍增為10Gbps(Gen2)，並維持跟既有SuperSpeed USB(USB 3.1 Gen1)相容，特別是追加A/V獨立頻寬與DisplayPort(DP)等特點為訴求。USB 3.1要發揮USB 3.1 Gen2的速度，連接線長度限縮在1公尺以內。

USB 3.1以低成本與既有USB 2.0/3.0週邊相容性的優勢，藉由一條Type-C連接線，搞定所有資料傳輸、音訊、視訊、電源以及連接輸出入裝置的應用。蘋果於2015年1月推出僅提供USB-C連接埠的輕薄筆電－New MacBook，Googles隨後搶進推出左右側各一組USB Type-C埠的ChromeBook Pixel。NOKIA N1則率先推出第一款提供USB Type-C連接埠(USB 2.0)的7.9吋平板電腦。

大陸樂視集團(LETV Group)則全球第一隻採USB-C連接頭的智慧手機樂(Le)系列，2016年4月發表樂2？樂2 PRO？樂MAX 2，把耳機輸出孔取消，改以USB Type-C的數位音訊輸出。宏達電的HTC 10、LG的G5旗艦手機，以及小米(MI)手機5等的加入，使USB-C成為2016年第2季之後，各大廠商旗艦手機的介面主流。

2015年6月Intel推出Thunderbolt 3.0，除了提供雙向40Gbps的傳輸頻寬(5GB/s)、100W供電量、具備連接雙4K UHD或單一5K顯示器的能力。最大改變在於Thunderbolt 3.0等於ThunderBolt 2.0x2+USB 3.1，也就是直接採取跟USB 3.1 Type-C連接埠？連接頭腳位相容的設計，以外觀多了個閃電符號做區別。

當Thunderbolt 3.0連接埠接上採USB-C介面設計的USB 3.1 Gen1、Gen2裝置時，傳輸速率為5、10Gbps；若接上Thunderbolt 3.0裝置時，傳輸速率可提升至40Gbps。至此介面埠大一統的時代宣告來臨。

Razer於2016推出12.5吋輕薄筆電Razer Blade Stealth，提供4K UHD或2560x1440 QHD的IZGO面板。搭配採Thunderbolt 3.0(USB-C)連接埠，以PCIe 3.0x4的雙向4GB/s頻寬，連接到Razer Core內裝頂級繪圖卡的外接顯示盒，提升筆電的繪圖╱遊戲效能到電競等級。HP亦於同年推出一組USB 3.1、兩個Thunderbolt 3.0規格的USB-C介面規格的Spectre系列筆電。隨後ACER、ASUS、Alienware、DELL、HP、MSI、TOSHIBA等也都推出提供Thunderbolt 3.0超高速介面埠的筆電。

行動裝置的高速無線技術趨勢

1999年IEEE所制定的5GHz、2.4GHz頻段的802.11a(54Mbps)、802.11b(11Mbps)，到2004年的802.11g(54Mbps)等Wi-Fi無線區域網路技術的推出，讓Wi-Fi成為PC/NB甚至是PDA、PMP、數位相機到智慧手機、平板電腦的無線主流規格，也帶動了家庭？企業無線路由器(Wi-Fi Router)產品的發展。

2009年802.11n推出，採用2.4/5GHz ISM頻段與最新4x4 MIMO (多重天線收發)技術，串流速率達150？600Mbps；2014年定案的802.11ac，以5GHz頻段、頻寬倍增(wave 1 80MHz，Wave2 160MHz)與QAM256調變、波束成型技術，傳輸速率達到1.3Gbps (3x3資料串流， Wave 1)？7Gbps (8x8資料串流， Wave 2)；且無法以802.11ac最高速連接時，會切回5GHz甚至2.4GHz頻段的802.11n模式。

2006年WirelessHD聯盟，推出以60Ghz頻譜、IEEE 802.15.3c規格為基礎、純A/V影音傳輸的WiHD技術，傳輸速率10？28 Gbps。唯一晶片廠SiBEAM曾針對手機、平板推出UltraGig6400 SIP晶片，也有部份電競筆電、投影機、頭盔顯示器採用；由於未能像WiGig取得跟Wi-Fi規格整合，使WiHD/UltraGig進展受限，SiBeam於2011年由晶鐌(SiliconImage)所購併，晶鐌於2015年3月被萊迪思半導體(Lattice)所購併。

2009年英特爾、博通、高通、WiLocity等廠商成立WiGig聯盟，以60GHz頻段的WiGig無線傳輸技術，單資料串流速度可達7Gbps。由以色列Wilocity供應晶片(隨後被高通購併)，WiGig積極與Wi-Fi聯盟的2.4GHz 802.11n、5GHz 802.11ac整合成三頻(2.4/5/60GHz)多模應用方案，IEEE也正式將WiGig定案為IEEE 802.11ad。TP-LINK於2016年展出提供2.4GHz、5GHz與60GHz三頻的Talon AD7200無線路由器，英特爾於2016年6月推出Tri-Band Wireless-AC18260網卡，提供了2x2 2.4GHz、5GHz以及四頻段60GHz 802.11ad連接能力。

博通(Broadcom)於2015提出AC3200規格的三頻(Tri-Band)的Wi-Fi路由器架構概念，該年第3季進一步發表BCM4366網通晶片，提供2.4/5GHz雙頻x4(4Spartial，40/80MHz)與5GHz x4 (4spartial，80/160MHz)規格，當Tri-Band路由器搭配博通的無線網卡？裝置時，可啟動1024QAM調變技術，最大網路頻寬提升到5,400Mbps；遇到不支援1024QAM的一般Wi-Fi裝置時，總服務頻寬會下降到4,066Mbps。

另外正在制定階段的LTE-A與5G行動通訊，預料將會使用一種LTE-U/LTE-LAA技術，也就是蜂巢式行動基地台或微型基地台，使用非授權的無線電頻段甚至是在既有Wi-Fi頻段上，以類似Wi-Fi的技術來增加行動通訊的可用的網路流量。這種技術優點在於像公共Wi-Fi熱點一樣，用戶可在營運商的蜂巢式網路和LTE-U網路之間無縫切換，且覆蓋成本比一般Wi-Fi熱點還低。據市調機構預測到2020年，支援LTE-U/LTE-LAA技術的裝置將增加到約110萬台。