高速傳輸介面種類

電腦內部的傳輸介面主流技術為 SATA 和 PCI-e 兩項技術標準，對外連 結的部分，則在面對高解析、高畫質應用當道，不論是針對數位資料、影像 或是其他應用目的設置的傳輸介面，則包括了通用序列匯流排（USB）、高 畫質多媒體介面（HDMI）、Displayort、SATA、eSATA(external SATA)或是 PCI Express…等介面，以及英特爾公司籌備多年、於 2011 年 2 月 25 日正式 伴隨蘋果新款 MacBook Pro 產品上市的 Thunderbolt (研發代號為 Light Peak) 新一代高速傳輸介面。（電子時報中文網，2011/3）

以下將只針對通用序列匯流排（USB）及 Thunderbolt 這兩種高速傳輸 介面的特性逐一說明。

(一) 通用序列匯流排（USB）

一般來說從傳輸介面的發展史（如圖 2.1）可以說就是整個個人資訊電 腦產業的進化史，其中 USB 是目前最具影響力也最為普及的 I/O 介面，USB 在整台電腦架構中的地位舉足輕重，理解 USB 整個的發展演化就可一目瞭 然電腦科技的演化。

圖 2.1 傳輸介面發展史 資料來源：程震亞（2011）

通用序列匯流排（Universal Serial Bus）簡稱 USB，是連接電腦系統與 外部週邊設備的一個串口匯流排標準，也是一種輸入輸出介面技術規範，被 廣泛應用於個人電腦和移動設備等信息通訊產品，是目前個人電腦週邊產品 最為廣泛使用的一種傳輸介面。USB 介面最初是由英特爾與微軟發起，其最 大的特點是支持熱插拔(Hot-Plug)和即插即用(Plug-n-Play)，使用者可以在不 需重新開機的情況下安裝硬體特性，使用操作遠比透過擴充的 PCI 和 ISA 匯流排方便。

過去 PC 外部主要的輸出入周邊設備，如鍵盤、滑鼠等都是低速裝置，

掃描器和監視器的低階解析度，序列和並列串接埠足可應付。 1990 年代以

後周邊設備的解析度和資料傳輸速度，以及周邊設備數目增多同步提昇，既 有介面連接方式已無法滿足需求。因此在 1994 年，由 Intel、Compaq、NEC、

Digital 、 Northern 、 IBM 、 Microsoft 等 七 家 公 司 成 立 了 USB-IF （ USB Implementers Forum）協會，顧名思義即為共同協定串接 PC 與周邊設備的目 標所成立的組織，並於 1996 年 1 月 15 日以英特爾為首，正式制定 USB1.0 界面晶片組的規範標準。

如圖 2.2 是各 USB 規格分類說明表，在 1998 年 USB 1.1 傳輸介面被推 出，統稱 USB 的連接介面。隨後在 2000 年英特爾又發表 USB 2.0 的正式規 格，目前市面上已有眾多支援 USB 傳輸介面的電腦周邊產品，如行動硬碟、

印表機、滑鼠等等。而 USB 1.1 和 USB 2.0 的差別在於傳輸速度。USB 2.0(High-Speed)最大傳輸速度 (480Mbps)為 USB 1.1(Full-Speed)最大傳輸速 度(12Mbps)的 40 倍，而 2008 年底定義完成的 USB 3.0(Super-Speed)傳輸頻 寬達 5Gbps，更是 USB 2.0 的 10 倍。

圖 2.2 USB 規格分類說明表 資料來源：三泰公司（2010）

如圖 2.3 是 USB3.0 A TYPE Connector Pin Aaaignments，分析 USB 介面 之所以被廣泛推廣，最重要的原因就是可以向下相容性，最新的 USB3.0 也 承襲了這項優勢， USB3.0 接口可以相容於 USB2.0 與 USB1.1 裝置，使用者 可以將既有的 USB 裝置安插在最新的 USB3.0 接口，如此可以大幅加速 USB3.0 的普及性。此外 USB3.0 傳輸線增加一組差分信號線，並由原先的四

根 PIN 增加為九根，電源輸出也從 5V/500mA 增加到 5V/900mA，讓現行 90%

以上的的 USB 設備可以不再接額外的電源順利使用，再加上高達近 5G 的傳 輸速度使得 USB3.0 介面如虎添翼。

圖 2.3 USB3.0 Type A Connector Pin Aaaignments 資料來源：USB IF 協會 USB3.0 規格書(2008)

在 USB 3.0 的規範中，其接口介面亦分為 USB 3.0 Type A Connector 及 USB 3.0 Type B Connector。如圖 2.4 是 USB 3.0 Type A Connector 的外觀圖，

在 USB 3.0 的規範中，其接口定義的規範為藍色 Blue（Pantone 300C）。而 USB 3.0 Type A Connector 是與既有的 USB 1.1 與 USB 2.0 Connector 完全相 容，所以 USB 3.0 最大優點即是可以適用既有的電腦架構，這對於 USB 3.0 的普及將會是最重要的因素之一。

圖 2.4 USB3.0 Type A Connector 外觀圖 資料來源：USB IF 協會 USB3.0 規格書(2008)

如圖 2.5 是 USB3.0 Type B Connector 的外觀圖，USB 3.0 Type B Connector 的差別在於藍色塑膠座高出的部份，內藏 5-Pin，因此 USB 3.0 Type B Cable 唯一缺點就是無法插入 USB 2.0 Device，但舊有的 USB 2.0 Type B Cable 則可以插入 USB 3.0 Device。

圖 2.5 USB3.0 Type B Connector 外觀圖 資料來源：本研究整理

如圖 2.6 是 USB 3.0 Type B Connector 前視圖， 圖 2.7 是 USB 3.0 Type B Connector Pin Aaaignments，USB 介面可以提供電源輸出不稀奇，因為所有 的主機(Host)端都可以提供至少 5V/500mA 電源，但是 USB 在裝置（Device）

端也可以提供電才稀奇，USB 3.0 Type B 接口變化的規格，其增加了兩個 PIN 接角(如下規格的第 10 與 11 接角)可自 USB 裝置竊電的特殊設計，總共 可以承載 5V/2A 電流，也就是連接在 USB 裝置後的設備未來可以不用在外 接電源供應，直接由 USB 設備取電。這項應用可以用在下面這個例子，例 如 USB 介面印表機要連接 UWB (WirelessUSB) Dongle 做無線傳輸，目前應 用必須對於印表機與 Dongle 給予分別的電源，相當的不便，未來可以使用 此新定義 Powered-B 連接口，僅要對於印表機提供電源，Dongle 即可自印 表機取電。

圖 2.6 USB 3.0 Type B Connector 前視圖 資料來源：USB IF 協會 USB3.0 規格書（2008）

圖 2.7 USB3.0 Type B Connector Pin Aaaignments 資料來源：USB IF 協會 USB3.0 規格書（2008）

(二) Thunderbolt

Thunderbolt 主要由英特爾公司所提出，如圖 2.8 為 Thunderbolt Logo 標誌，Thunderbolt I/O 是自 Light Peak 衍生的高速傳輸介面，因為 Light Peak 為以「光纖」為主要傳輸介質的介面技術，但 卻 因 為 光 纖 (optical cable)在 裝 置 應 用 方 面 的 發 展 未 能 到 位，在初期商品化與功能整合 階段，會遭遇新傳輸材質推廣、應用方面的市場接受度問題，影響普及 速度，而且在初期介面使用量不高的前提下，光纖的信號轉換元件成本 相對較高，整體應用成本也大幅增加。故轉 而 推 出 可 以 適 應 目 前 應 用 環 境 的 Thunderbolt 介 面 （ 銅 軸 線 ）。

圖 2.8 Thunderbolt Logo 標誌 資料來源：Intel 網站(2011)

Thunderbolt 介面目前分成兩個部份，一個是由 Apple 公司所主導 的 Mini DisplayPort Connector（mDP），一個則是由 Intel 公司所主導的 Thunderbolt Connector（TBT），事實上，Intel 所主導的 TBT Connector 其實也就是 Mini DisplayPort Connector，兩者最大的不同點除了名稱不 同外，另一設計不同處僅在於焊接腳的配置部份，其餘則大致相同。

Apple 公司所主導的 Mini DisplayPort Connector 的焊接腳係配置成 3 排，而 Inter 所主導的 Thunderbolt Connector 的焊接腳則係配置成 4 排。

TBT Connector 或 mDP 亦分為公端（Plug，插頭）與母端（Receptacle，

插座）兩種，如圖 2.9。

圖 2.9 Thunderbolt Connector 的公端與母端外觀示意圖 資料來源：Thunderbolt 規格書（2011）

而與 Light Peak 不同的是，Thunderbolt I/O 為採取相對容易實踐的「銅 軸線」作為訊號傳輸介質，而 Thunderbolt I/O 在傳輸介質沿用多數近端周邊

連接常用的銅軸線進行傳輸，連接介面選用方面，為達到降低元件開發成 本，甚至免付授權金的目的，介面推出即不考慮重新創建專屬連接器設計，

而採取目前開放使用的 DisplayPort 工業標準介面，作為主要連接傳輸線的介 面標準，此舉解決了 Light Peak 最麻煩的傳輸線纜與介面問題。（電子時報中 文網，2011）

Thunderbolt 介面為求讓傳輸技術能兼具高效能與低成本目標，利用系統 端的 PCIe 傳輸介面進行技術整合，如圖 2.10 為 Thunderbolt 的傳輸架構圖，

讓原先設備端的 PCIe 高效能傳輸技術(達到 10Gb/s 的高效傳輸能力)可以透 過 Thunderbolt 介面讓需要高效能傳輸應用的外接裝置，也可享受如同內接 裝置的高效傳輸效能。由於 Thunderbolt 介面採取 PCIe 4，基於 PCIe 4 的效 能水平，使得 Thunderbolt 介面可以輕鬆達到超越 USB 3.0 的傳輸效能。

（DIGITIMES 中文網，2011）

圖 2.10 Thunderbolt 傳輸架構圖 資料來源：Intel 網站(2011)

且 Thunderbolt 介面係採兩種通信協議進行資料傳輸，一個是用於數據傳 輸的 PCI Express，另一個是用於顯示的 DisplayPort。PCI Express 具備十足 的應用彈性，高效能的優勢幾乎能因應任何裝置的傳輸銜接需求，而 DisplayPort 介面則可滿足輸出 1080p 視訊與 8 聲道音效要求。目前銅軸線形 式的 Thunderbolt 傳輸技術已能達到 3 公尺線長、達 10Gbps 傳輸效能、10W 供電能力的技術應用價值。未來在光纖成本降低後，透過光/電轉換傳輸內容 訊號後，還可將傳輸架構整個升級至光纖基礎。（電子時報中文網，2011）

Thunderbolt 技術目前採用 mini DisplayPort 作為 Thunderbolt 傳輸介面，

可讓多數 Thunderbolt 技術裝置全都能共享 1 個接頭進行銜接，可使用串接 或是多種形式接續，因此利用原本就相當成熟且為公開標準的介面設計，讓 投入 Thunderbolt 傳輸技術的周邊業者，不用再為開發商品的介面選擇浪費 額外成本或是授權費用，使初期投入生產線材、周邊的業者可再節省成本支 出。尤其 DisplayPort 為開放組織，使用其介面設計具免認證、免授權優勢，

免授權代表成本可更為壓縮，免認證代表送測、驗證造成的費用成本與時間 成本可以大幅降低，最重要的是科技廠商多數已經為了在設備添加 HDMI 介 面支援，付出不少學費與成本，而 Thunderbolt 傳輸技術運用公開標準同時 免費的 mini DisplayPort，讓相關業者減輕不少使用疑慮。（電子時報中文網，

2011）

Thunderbolt 傳輸技術可說具備數位影像、數據資料傳輸的雙重能力，

如果用現有的實際介面技術來觀察，Thunderbolt 傳輸技術可以近似於 HDMI( 影 音 資 料 傳 輸 ) 及 USB 3.0( 數 位 資 料 傳 輸 ) 的 整 合 產 品 ， 加 上 Thunderbolt 傳輸技術為以 PCI Express 4x 為發展基礎，其傳輸技術可承載的 資料量尤其驚人，不只超越 USB 3.0，由於直接銜接和電腦系統處理器與晶 片組的傳輸架構，未來 Thunderbolt 的傳輸性能勢必又會有更驚人的爆發性 成長。（電子時報中文網，2011）