【Light Peak終于發光】（一）：接口集約化是大趨勢

　　“利用光的Light Peak筆記本電腦也許7月份就上市了”。

　　2011年5月底，美國。聽到眼前采訪對象的這番話，筆者有一瞬懷疑是否是自己聽錯了。但幾度確認，得到的回答都是一樣的。那就是：配備美國英特爾開發的光傳輸技術“Light Peak”（開發代碼）的筆記本電腦將于今年7月亮相。盡管他表示“上市產品的具體企業還不清楚”，但他的表情明顯告訴筆者他掌握著確切的信息。果不其然，他的消息是正確的。2011年6月28日，索尼宣布將于7月底上市配備Light Peak光接口的筆記本電腦（圖1）。也就是說，“光版”Light Peak閃亮登場了。

　　業界早就“傳聞”說索尼正考慮將光版Light Peak配備在筆記本電腦上。但筆者一直認為，Light Peak筆記本電腦不會在2011年內面世。因為“電氣版”Light Peak，也即“Thunderbolt”率先實現了實用化。

　　Light Peak是英特爾于2009年9月在IDF上發布的高速接口技術。面世之初，該公司表示將采用光傳輸技術，這是其最大的特點。但之后英特爾宣布，最初將利用電信號而非光信號。然后在2011年2月，美國蘋果公司發布了配備Thunderbolt的筆記本電腦“MacBook Pro”。所以筆者認為2011年內采用光傳輸技術的Light Peak該不會亮相。

　　但筆者的想法完全錯了。索尼預定2011年7月底上市的筆記本電腦“VAIO Z”系列的新產品“VPCZ21V9E”將配備基于Light Peak的設備間光接口。為此，本文將分數回介紹Light Peak相關的內容。

　　實現接口的“集約化”

　　Light Peak于2009年9月首次在IDF上公開。其最大特點是采用了光傳輸技術。由此，數據傳輸速度提高到了10Gbit/秒以上，將來有望實現100Gbit/秒。通過提高速度，利用一根線纜可傳輸多種規格的接口信號。也就是說，物理層等下位層可在各接口規格間共用，協議層等上位層可按照接口規格利用不同的信號。簡言之，該技術就是如同在一根粗管道中流通各種不同的東西。

　　準備一個高速的物理層，在此之上傳輸多種接口信號以實現集約化。這種想法已經成為目前接口業界的一種潮流。例如，DisplayPort可利用轉換適配器連接DisplayPort與HDMI和DVI。DisplayPort的數據傳輸速度較高，因此還能傳輸HDMI信號。在現行標準v1.2中，每個信道的數據傳輸速度為5.4Gbit/秒。最大可利用4信道，一根線纜能實現21.6Gbit/秒的數據傳輸速度。如果利用輔助信道“AUX”，還能傳輸USB 2.0規格的信號。

　　HDMI也從1.4版本開始支持以太網信號的收發。被稱為中國版HDMI的“DiiVA”不但能傳輸音頻和非壓縮HD影像，還可傳輸以太網和USB 2.0的信號，甚至還能供應電力。以色列Valens Semiconductor公司等主導的“HDBaseT”除了音頻和非壓縮HD影像外，也能傳輸以太網和USB 2.0信號，而且可供給100Ｗ級的電力。

　　其中DiiVA和HDBaseT的特點是，其線纜可利用以太網線纜。也就是說，DiiVA和HDBaseT利用以太網的物理層傳輸視聽類信號。

　　另外，面向便攜終端的接口包括美國晶像（Silicon Image）公司等推進的“MHL”、意法合資公司意法半導體（STMicroelectronics）和瑞士ST-Ericsson共同開發的“Mobility DisplayPort（MYDP）”以及美國硅谷數模半導體（Analogix Semiconductor）公司開發的“SlimPort”，均可共用5端子microUSB傳輸非壓縮HD影像。也即支持USB數據信號和HD影像。由于可共用microUSB，3種接口技術均無需專用連接器。

　　其中，率先實現實用化的是MHL。目前已經用于韓國三星電子的智能手機“Galaxy S II”。MHL和HDMI一樣，利用TMDS傳輸影像數據，因此，如果利用轉換適配器，可連接配備HDMI端子的電視。據筆者所知，Galaxy S II并沒有特別強調“配備MHL”，而是強調了可利用轉換適配器與HDMI連接。

　　便攜終端的內部方面，預定將傳輸技術“MIPI（Mobile Industry Processor Interface）”的新一代物理層“M-PHY”作為多種內部接口規格的物理層使用。比如，連接無線通信模塊和應用處理器等的“DigRF v4”、連接攝像頭模塊和應用處理器的“CSI-3”。另外，預計面向存儲卡的高速接口UFS也將采用M-PHY。

　　在這些計劃實現集約化的接口群中，Light Peak具備的最大特點是支持影像傳輸類和數據傳輸（存儲）類兩種接口規格。目前，已確定Thunderbolt支持的是DisplayPort和PCI Express。前者屬于影像傳輸類，后者屬于數據傳輸類。如果支持這二者，那么還能支持其他多種接口規格。例如，DisplayPort可支持HDMI、DVI和VGA。而PCI Express可支持SATA等。

　　實現集約化的三個理由

　　為何接口“集約化”的趨勢會不斷加速呢？理由至少有三個。第一，可削減連接器數量。目前，筆記本電腦和平板終端對薄型化的要求越來越高。為此，需要削減連接器數量。另外，數碼相機和手機等小型便攜終端增加連接器數量本來就很困難。

　　第二，可降低成本。首先，減少連接器數量后，可相應削減連接器部件和電磁噪聲對策部件等的成本。如果能共用物理層，通過量產效果還能削減物理層自身的制造成本。

　　第三，可進行高速數據通信的物理層技術取得了進步。目前，支持5Gbit/秒以上速度的接口規格不斷增加。這是因為，在發送端實施的加重處理和在接收端實施的均衡器處理技術取得了進步。

　　連接器和兼容性測試尤為重要

　　要想實現接口規格的集約化，光有高速傳輸技術還不夠。關鍵在于連接器和兼容性測試。

　　連接器之所以重要，是因為如果向旨在實現集約化的高速接口追加新連接器，削減連接器數量的效果就不明顯了。大多情況下，作為“舊（Legacy）規格”，會配備原來的接口連接器。因此，即使可傳輸多種規格接口信號的新規格出現，很多時候也只是追加這種新規格的連接器。

　　因此，Light Peak計劃盡量使連接器實現通用。Thunderbolt直接沿用了DisplayPort的迷你連接器。另外，估計索尼采用的光版Light Peak采用了與USB 3.0具有兼容性的新連接器。Light Peak在連接器前方設置了USB 2.0端子，里面設置了USB 3.0端子，另外，里面設置的配備光信號收發專用端子的專用連接器目前正在開發中（參閱本站報道10）。此外，還可以插拔原來的USB連接器，而且能傳輸光信號。

　　索尼的個人電腦配備之所以采用上述的新連接器，就是判斷今后將會以這種連接器為基本器件。因為從索尼在發布資料中公開的照片來看，從Light Peak光收發模塊中延伸出來的光纖是與USB連接器相連的（圖2）。另外可插入USB 3.0連接器，所以可以判斷電腦會根據連接終端的接口種類來改變傳輸信號。

　　圖：紅圈部分是可支持USB 3.0的光接口連接器。估計開口部的尺寸與USB 3.0相同。（點擊放大）

　　兼容性測試之所以重要是因為，在與號稱兼容的接口連接時，如果出現無法連接的情況，用戶對其易用性印象會變差。例如，DVI就很難保證相互連接性，即使是支持DVI的終端，也發生過無法順利相互連接的“兼容問題”。這是阻礙DVI普及的原因之一。對此，HDMI引以為戒，雖然采用了與DVI相同的傳輸技術TMDS，但加強了對兼容性的測試容，非常重視確保相互連接性。

　　目前蘋果和索尼雖然沒有公布Thunderbolt和光版Light Peak之間的兼容性測試詳情。不過，如果支持DisplayPort和PCI Express等多種接口，就“需要通過某種形式進行”（熟悉DisplayPort的某業界相關人士）各接口之間的相互兼容性測試。至少在2011年5月份時，“Thunderbolt尚未給出相關的兼容性測試方法”（熟悉DisplayPort的某業界相關人士）。

　　現在已經確定Thunderbolt支持DisplayPort和PCI Express。估計索尼采用的光版Light Peak也一樣。Thunderbolt與光版Light Peak支持的接口規格今后會進一步增加。比如HDMI和SATA等。隨著支持接口規格的增加，兼容性測試也將變得更加重要。

　　【Light Peak終于發光】（二）：配備方面存在的三項課題

　　在上一篇中曾介紹，連接器和兼容性測試是實現接口集約化的重要因素。本篇將介紹在消費類產品上配備Light Peak等光傳輸技術時存在的課題——成本、耗電量以及模塊尺寸等。

　　Light Peak目前正在試圖解決上述三項課題。為光通信和Light Peak開發光元件驅動IC及光敏元件后段放大器等元件的美國Ensphere Solutions公司就表示，Light Peak光收發模塊可較光通信利用的收發模塊降低價格、縮小尺寸并削減耗電量。

　　具體指標如下：光通信利用的“SFP+”標準收發模塊的制造成本為每10Gbit/秒數據傳輸速度約14美元，尺寸為56.5mm×13.4mm，高度為8.5mm。耗電量為每10Gbit/秒1W（圖1）。

圖1：Light Peak和SFP+光收發模塊的比較（圖由本站根據Ensphere Solutions的資料制作）（點擊放大）

　　而Light Peak光收發模塊的目標價格是，將每10Gbit/秒的制造成本降至2美元以下。美國Ensphere Solutions認為只要進行量產，這一數值是可能實現的。模塊尺寸可縮小至12mm×10mm，高度可降至2mm（圖2）。耗電量為每10Gbit/秒130mW，是SFP+的約1/8。

　　Light Peak光收發模塊之所以能降低價格，是因為其構成部材價格低，而且部件數量少。首先光源的激光元件采用振蕩波長為850nm的低價位面發光激光器（VCSEL）。傳輸通道利用多模光纖。一般情況下，多模光纖要比光通信利用的單模產品便宜。光通信利用的激光器是可進行單模振蕩，而且波長穩定性較高的高價位半導體激光器。光纖也采用單模產品。

　　其次構成部材較少。例如，沒有配備用來保證激光器一定程度光輸出的“APC（Automatic Power Control）”功能用光敏元件。而在光通信中，為實現穩定的通信，會盡量將激光器的光輸出保證在一定程度上。此時，為實現光輸出的穩定化，通常需要實時檢測激光器的光輸出。該檢測用途配備了不同于數據通信的光敏元件。而Light Peak沒有配備這種光敏元件。

　　另外，消費類產品利用的Light Peak無需像社會基礎設施利用的光通信那樣的可靠性和產品壽命，因此可削減成本。

　　光收發模塊能夠實現小型化是因為構成部材少，而可削減耗電量是因為無需采用APC用光敏元件等。

　　那么，制造Light Peak光收發模塊部材的都是哪些企業呢？

圖2：上面是Light Peak光收發模塊。配備了Ensphere Solutions公司的激光器驅動IC和放大器元件。制造模塊的是“香港新科集團”（Ensphere Solutions）。下面是用來在基板上配置光收發模塊的模塊收納金屬盒。可以看見“富士康”的標志。（點擊放大）

　　目前已知，美國Oclaro正在開發光源VCSEL。美國Ensphere Solutions正在開發激光器驅動IC和放大器元件。另外，該公司還開發出了將電力管理IC和存儲器等收發光信號所需的半導體元件集成在一枚芯片上的技術。

　　開發光模塊的是美國安華高科技（Avago Technologies）和TDK的關聯企業——香港新科集團（SAE Magnetics）（參閱本站報道）。估計正在開發連接器的是臺灣鴻海精密工業（通稱富士康）等。

　　索尼似乎也在開發用于Light Peak的元件，熟悉Light Peak的某位人士介紹索尼開發的應該是“光敏元件”。索尼擁有激光器和光敏元件等光元件技術。正因為如此，除了光敏元件外，索尼還有可能在開發VCSEL。

　　【Light Peak終于發光】（三）：光版USB的誕生？

　　前兩回大致介紹了什么是Light Peak。本文將根據索尼的發表，依次介紹筆者感興趣之處。

　　1．索尼配備的Light Peak的正式名稱是什么？

　　只要正式名稱公開，至少就可以判明索尼與英特爾今后發展Light Peak光接口的方向。就結論而言，筆者感覺索尼有意把這次的光接口應用于新一代USB，也就是USB 4.0。至少也會作為USB 3.0的選配指標。

　　英特爾公司和索尼等公司雖然沒有正式發表，筆者這樣揣摩的理由有如下幾條。首先，英特爾公司對于光化非常執著。過去制定USB 3.0標準時，該公司就曾打算加入光傳輸的標準。但由于其他USB-IF成員的反對，USB 3.0最終沒有加入光傳輸，并于2008年正式完成了標準化。但就在USB 3.0即將普及之際，英特爾公司于2009年9月提出了Light Peak設想。

　　第二個理由是英特爾對于支持USB 3.0態度謹慎。英特爾上市支持USB 3.0的芯片組是在2012年。當時USB 3.0已經問世了3年多。鑒于此，甚至有看法認為，“英特爾公司的目的估計是普及Light Peak，而不是USB 3.0”。

　　接下來的理由是，試制Light Peak連接器的臺灣鴻海精密工業（Hon Hai Precision Industry，通稱Foxconn或富士康）一開始就把Light Peak叫做“USB 4.0”。筆者多次采訪過鴻海的連接器負責人，在交談中，對方頻頻提到USB 4.0。

　　如果成為USB標準規格，就可以在各類產品中配備，市場有望得到擴大。而且，雖說是標準品，制作Light Peak連接器十分困難，可以確保先行者利益。這就意味著，對連接器廠商來說有可能是筆“劃算”的買賣，鴻海或許最希望Light Peak連接器成為USB連接器。

　　連接器制作之所以困難，是因為既要支持USB 3.0，還必須支持光傳輸，其結構將趨于復雜。USB 3.0的連接器已經在此前的USB 2.0端子的基礎上，配備了最大數據傳輸速度達到5Gbit/秒的“Super Speed”模式專用端子。如果再加上光傳輸端子，結構還會更加復雜。特別是光傳輸線路具有光軸校準等傳統電信號沒有的設計要素，因此，連接器的實現比較困難。

　　如今，公認如此難以實現的連接器已經達到了可以配備到個人電腦產品的水平。索尼配備光接口的個人電腦似乎安裝了能夠進行光傳輸、可以與USB 3.0兼容的連接器。如果英特爾與索尼，以及鴻海借助這一“成果”，在USB-IF上參與討論，光傳輸也有望成為USB的指標。

　　其實，在接口性能參數的制定中，幾家公司首先制作試制品，在實際產品中配備后，再申請成為正式標準的情況屢見不鮮。例如DisplayPort的迷你連接器。蘋果公司在制定DisplayPort的性能參數之前，就為該公司的個人電腦配備了DisplayPort的迷你連接器（參閱本站報道1）。當時的迷你連接器由鴻海制造。之后，該公司以這項成果為武器，成功使DisplayPort的連接器性能參數成為了標準。英特爾與索尼，以及鴻海或許也有著相同的目的。

　　鑒于以上情況，Light Peak今后成為USB的可能性非常大。

　　當然，除了成為USB之外，還有其他的可能。例如成為Thunderbolt的光版標準。這樣一來，光版Light Peak估計會和電版一樣使用“Thunderbolt”的名稱。

　　此外，索尼配備的Light Peak光接口的名稱還可能既不是Thunderbolt，也不是USB。那樣的話，市場上將會出現同樣利用英特爾公司開發的Light Peak接口技術，但名稱各異的接口標準。從而出現以往圍繞IEEE1394的名稱，蘋果使用的“FireWire”與索尼使用的“i.LINK”相互對峙的格局。

　　倘若思維再活躍一些，或許DisplayPort今后不會進行大幅更新性能參數，Thunderbolt將歸入新一代DisplayPort的框架內，光版Light Peak將成為USB的新一代指標。這樣在未來，個人電腦和數字家電等產品配備的接口也許會向Thunderbolt和新一代光版USB兩個種類集中。也就是說，Light Peak將橫掃市場。

　　2．線纜會變成什么樣？

　　Light Peak似乎將利用多模玻璃光纖。這樣的話，線纜也將使用玻璃光纖。音頻產品傳輸音頻使用的是塑料光纖（POF）。但把玻璃光纖應用于通信以外的消費產品用途基本還是第一次（在FTTH室內光布線用途或許已經得到了應用）。因此，筆者對線纜的耐久性和價格十分關注。

　　3．對產品內光布線的波及效果如何？

　　過去Light Peak問世時，由于采用光傳輸技術，人們曾期待隨著普及的推進，會獲得消費產品采用光布線的效果。因為Light Peak這一先行者問世后，除了能夠積累“光傳輸技術”在消費產品中使用的知識經驗，還有望降低光布線使用的部材成本。例如光軸校準等光傳輸獨有的調整技術知識，VCSEL、光敏元件和光傳輸線路的低成本化等（參閱本站報道2）。對于產品內光布線，消費產品配備“光傳輸技術”這一事實最有望成為巨大的推動力。

　　隨著利用電信號的Thunderbolt的登場，上述期待灰飛煙滅，但索尼的個人電腦問世后，獲得普及效果的期待再度出現。而且，如果USB采用了Light Peak，普及效果估計還會更加強勁。

　　而且，從索尼發布的筆記本電腦的內部結構來看，連接器與光收發模塊的距離較遠，可見機殼內鋪設了光纖（圖1）。也就是采用了“產品內光布線”。索尼一直在研發光布線（參閱本站報道3）。涉及的范圍包括光驅、激光器元件、攝像元件以及鏡頭等。因此，該公司對于處理光學部件是輕車熟路。這恐怕也是索尼率先采用Light Peak的一個原因。

　　4.利用場景是哪些？

　　圖：就筆記本電腦的內部結構來看，連接器與光收發模塊的距離長，由此可見，機殼內鋪設了光纖。（點擊放大）

　　采用Light Peak光接口后，會產生哪些利用場景呢？這也是筆者關心的地方。索尼在推出采用光接口的筆記本電腦的同時，還將上市通過光接口連接的外設“Power Media Dock”。Power Media Dock配備有光驅和高處理能力GPU等。按照推測，這兩款產品使用光接口的利用場景可能如下。

　　在外出時，隨身攜帶超薄輕量（約1.2kg）的筆記本電腦，在外面完成工作和資料編輯等。回家后，當進行視頻編輯、3D圖形游戲等大處理負荷的操作時，通過Light Peak把Power Media Dock與筆記本電腦連接。然后，利用Power Media Dock內置的美國AMD（Advanced Micro Devices）的GPU“Radeon HD 6650M”和1GB視頻存儲器（VRAM），進行大處理負荷的操作。因為處理性能高于筆記本電腦的GPU，所以可以流暢地享受視頻編輯、3D圖形游戲等操作的樂趣。

　　現在，能夠想到的“Light Peak獨特”的利用場景，還只有這種與外部高速GPU連接的用途。實際拿到相應產品后，或許還能發現更多巧妙的用途。

　　5.接口行業的格局將如何改變？

　　Light Peak集成了各種接口。如果能夠作為Thunderbolt得到蘋果公司個人電腦，以及索尼個人電腦的采用，Light Peak接口估計也將向其他公司的個人電腦和外設拓展。到未來，除了個人電腦之外，還有可能拓展到諸如平板終端、智能手機、電視之類的產品。這一動向將如何改變接口行業的格局呢？

　　可能產生的變化至少有兩個。一個是減少個人電腦配備的連接器數量。這樣一來，除了能夠大量低價生產連接器的廠商，以及在連接器方面具有卓越技術實力的廠商，其他廠商的生存將變得困難。

　　另一個變化是遵循特定接口標準的收發LSI的數量將會減少。只要使用基于Light Peak的接口技術，不只是DisplayPort和PCI Express，就連HDMI和SATA信號也能夠傳輸。也就是無需再為各個標準逐一準備收發LSI。而且，英特爾公司的芯片組還可能配備Light Peak橋接LSI和控制器LSI等部件，或是在CPU中集成。因此，收發LSI廠商今后給自身產品添加附加值會恐怕將是難上加難。

　　并且，如果Light Peak接口普及，能夠傳輸幾乎全部接口標準的數據的話，新接口標準陸續問世的情形今后或許會減少。過去，每當新接口標準問世的時候，都會出現生產相應收發LSI的新興企業，隨著新接口的擴大實現發展。但是，隨著Light Peak的普及，這種商業模式在今后有可能無法再現。