聯合國國際電信聯盟（ITU）去年底發布評估報告，指2022年全球73%的10歲以上人口持有手機；We Are Social《Digital 2023:TAIWAN》報告指出，2023年台灣網路使用總人數已達2,168萬人，相當於全台90.7%的人口，較2022年增加16萬人。台灣民眾的數位裝置內容也漸趨多元化，《Digital 2023:TAIWAN》數據顯示，23%的民眾擁有一台以上的遊戲主機、35%擁有智慧手環/手錶，平板電腦的普及率更高達42%。隨著元宇宙應用、手機聯網與智慧生活成為日常，串聯智慧載具的USB占據重要的戰鬥位置。

USB發展史：從分治到統一

USB(Universal Serial Bus)的中文名稱是「通用序列匯流排」，白話的說法就是「接頭」，可以串聯各種智慧載具，1994年由Compaq、DEC、IBM、Microsoft、Intel、NEC和Nortel等公司聯合提出，發展迄今歷經多種介面及版本迭代，如USB Type-A、USB Type-B、USB Type-C。有點年紀的使用者應該記得那段電腦插槽不夠用或不好用的年代，直到1996年USB1.0登場，USB開始神進化。

在USB1.0的年代，使用者已經明顯發現跟過去的接口相比，USB具有諸多優勢，如USB隨插即用，使用過程中即使拔去USB也不用擔心影響裝置運作，還能提供2.5W的電力，傳輸速度達1.5Mbit/s，但缺點是傳輸線信號衰減狀況嚴重。1998年USB1.1推出後在這部分缺點獲得改善，甚至傳輸速率來到12Mbit/s。2000年USB2.0推出後傳輸速度達480Mbit/s，而且相容性變佳，USB儼然成為另一種3C標配。

以手機使用的USB來說，在Nokia、Sony Ericsson等手機大廠稱霸的年代，雖然手機多能支援USB傳輸，但手機接口多半是一人一把號，各吹各的調，不同廠牌裝置的相容性並不高。在USB-IF(USB Implementers Forum)協會的促成下，各大業者同意使用共同接頭，2007年出現Micro-USB，不僅保有USB2.0協議，還搭配BC(Battery Charge)充電協議，距離手機USB接口大一統之路再近了一些，擋在路上的是蘋果(Apple)的FireWire傳輸介面，形成iOS與Android分庭抗禮的局面，2012年蘋果(Apple)推出iPhone 5，改成正反面接可插的Lighting接口。

時至今日，常見的手機充電接頭規格約有三種：USB micro-B、USB Type-C及Lightning。從市占率來看，市售手機隨附充電器中約50%屬於USB micro-B規格，在非蘋果(Apple)智慧型手機中，充電器接口已逐步轉換至USB Type-C，市占約29%，蘋果（Apple）手機仍以Lightening為主，市占約21%。

前述市占比可能很快出現變化。歐盟(EU)於2022年6月決議，2024年秋季前，歐盟國家銷售的中小型電子裝置(如智慧手機、平板電腦、耳機、數位相機、遊戲機、電子書閱讀器等)都必須將充電器接孔改為USB Type-C，至於不同充電接孔及功率型號複雜的筆電產品另有額外的40個月緩衝期調整相關零組件。此舉宣告充電規格百家爭鳴的局面告終，未來，USB Type-C將成為歐盟電子產品的通用充電接頭。這也代表未來USB Type-C規格將遍及各類3C產品，而蘋果(Apple)也可能改用USB Type-C以符合歐盟法規。

USB迭代進化：充更快、傳輸更快、正反可插

圖一 : USB產品種類

依產品種類區分，USB大分為Host（System）、Peripheral（Device）、Hub、Compound Device、Embedded Host及OTG（On-The-Go）。Host（System）可連接USB設備硬體，如筆電、桌上型電腦等；隨身硬碟、印表機等電腦外部裝置多使用Peripheral(Device)；Hub集線器可將多條乙太網路雙絞線或光纖集合連接在同一段物理媒介下，可連接數個Device；Compound Device擁有提供系統的人機裝置、影像裝置、儲存裝置等功能(Function)，也帶有一個Hub，與其他裝置連接時可以作為Host使用；Embedded Host泛指非Windows系統的裝置(如Chrome、Linux OS等)；OTG（On-The-Go）是USB2.0規格的補充標準，可使USB周邊裝置變為USB主機，與其他USB裝置連接通信。

多年來，USB-IF協會秉持充更快、傳輸更快、正反可插三大原則，持續開發新的標準與規格，如2009年發表USB BC1.1、2010年修改充電標準為USB BC1.2、2012年發布USB PD(Power Delivery)，並支援BC與USB2.0/USB3.0，首先達成「快充」目標。2013年發表USB3.1標準，達成「傳輸更快」目標，同時將USB3.0標準改稱為USB3.1 GEN1/5Gbps。2014年推出正反可插的USB Type-C，並且支援USB PD。2017年推出速度達20Gbps的USB3.2，同時再度更改分類，出現多數使用者都霧煞煞的USB3.2GEN1/5Gbps、USB3.2GEN2/10Gbps及USB3.2GEN2x2/20Gbps等規格。

至於USB接頭種類，最常見的是Standard A（Type-A），又分為Plug及Receptacle；Standard B（Type-B）接頭多用於印表機、外接硬碟等裝置。USB-IF於2014年推出的USB Type-C可以正反插，在Host或Device端皆適用，也是未來市場主流。蘋果(Apple)使用的Lightning接頭與USB Type-C相似，隨著Type-C主流地位漸趨穩固，蘋果(Apple)也將逐步朝Type-C靠攏。

常見的USB Type-A內部有4個觸點，主要存在於電腦設備上，用來控制USB規格的數據傳輸，是使用範圍最廣、使用時間最長的介面之一，仍有少數舊設備使用。USB Type-B主要用於影印機、掃描機、CD燒錄等數據上傳。AB二者的缺點是體積大、使用不便，而且容易損壞，加上傳輸能力有限，很快被後起之秀取代。

2015年亮相的USB Type-C被歸類為USB3.1，實際傳輸規格可以提供USB1.0與USB2.0規格。相較於USB Type-A，USB Type-C接頭內部最多可容納24個針腳，執行的功能更多，而且體積小、支持盲插，多數Android手機使用USB Type-C。

Lightning正反可插，傳輸速度為USB2.0，介面為Thunderbolt，是2011年英特爾(Intel)與蘋果(Apple)合作開發，技術代號為Light Peak。多功能介面融合PCIE和DisplayPort兩種通信協議，可同時支援高速資料傳輸和視頻/音訊廣播，同時具備USB和DP或HDMI/DVI/VGA轉接輸入/輸出功能，頻寬達10Gbps/20Gbps(Lightning1/Lightning2)，是相當先進的技術，在USB Type-C出現之前曾獨領風騷。

Lightning3則採用USB Type-C物理介面，傳送速率、視頻拓展、充電性能等介面協定堪稱頂級，功能強大，還可以連接外置顯卡。缺點是所費不貲，消費者卻步，加上專利掌握在英特爾(Intel)手中，導致廠商須支付高昂的授權費，USB-IF協會2019年9月推出USB4.0(40Gbps)規範後，稍微淡化了這個問題。

USB4.0介面具備Thunderbolt3的超大頻寬資料傳輸能力，可支援同等於Lightning3的視頻拓展及充電功能，堪稱功能最全、體積最小、速度最快的物理介面，而且相容USB3.2、USB3.1、USB3.0、USB2.0及Lightning3。2019年英特爾(Intel)已授權將Thunderbolt3傳輸技術向USB-IF協會開放給所有使用者。

3C界新CP：USB4.0+USB Type-C！

USB4.0與USB發展路徑不同，是基於英特爾(Intel)的Thunderbolt3所開出的傳輸介面標準，2011年起導入蘋果Macbook，2015年全面轉為USB Type-C連接器後，逐漸使用於非蘋果(Apple)電腦。超微(AMD)於2022年Ryzen 6000新平台宣布支援USB4.0，加上英特爾(Intel)Thunderbolt4相容USB4.0及其他USB系列產品，市場相當看好USB4.0的未來性。

現代人多半使用多種行動載具，也必須使用不同的USB傳輸資料，出門在外還得張羅一堆傳輸線。USB4的誕生使得手機為首的消費性電子裝置的傳輸介面趨於一致，未來，串聯各種載具只要一條傳輸線。USB4.0的資料傳輸速度每秒可達40Gbps，效能是USB3.2 Gen2x2（20 Gbps）的2倍，接頭也改為USB Type-C，未來使用者不僅只要一條傳輸線可以搞定數個載具，隨意插拔也不用擔心插錯孔。

2021年起，英特爾(Intel)的桌上型電腦與筆電處理器已同時支援Thunderbolt4與USB4.0，加上超微(AMD)處理器跟進，至少未來電腦傳輸介面走向另一個一統階段。另一方面，歐盟宣布在2024年前將手機、平板電腦與數位相機等裝置充電接頭統一使用USB Type-C規格，是否促成USB Type-C接頭搭配USB4.0傳輸線成為3C新組合，值得期待。

新一代介面技術Battle：USB4.0與Thunderbolt4

圖二 : Thunderbolt 4與Thunderbolt 3技術皆提供高達40 Gbps的總頻寬。(source：Intel)

基本上，USB4.0和Thunderbolt4都是下一代介面技術，都使用USB Type-C介面，都能實現高達40Gbps的資料傳輸速度，而且都是基於Thunderbolt3的底層協議而來，二者可以相容及互補，不同之處在於介面使用的技術協議。USB4.0介面具有廣泛的通用性，裝置要求低。不過，由於Thunderbolt4介面性能具有更嚴苛的產品功能、驗證測試與認證要求，相對來說，支援Thunderbolt4的裝置對於使用者體驗來說，可能略勝一籌。

USB4.0在Thunderbolt3的基礎下，最高雙向傳輸頻寬從USB 3.2 Gen 2×2的20Gbps提升到40Gbps，除了資料傳輸，也可支援影像資料及電力傳輸，甚至支援Thunderbolt3、PCIe (PCI Express)等功能，還能改為隧道(Tunneling)傳輸模式。

至於Thunderbolt4則是全面支援電力傳輸、影像資料、PCIe等功能，最低雙向傳輸頻寬為32Gbps、充電輸出功率為15W，相較於USB4.0最低雙向傳輸頻寬的20Gbps、充電輸出功率7.5W，規格更勝一籌。尤有甚者，Thunderbolt4搭配長度2公尺以上的傳輸線，卻仍能維持40Gbps頻寬，而USB4.0則需要保持在1公尺內的距離，才能維持40Gbps，超過距離可能降至20Gbps。不過，隨著USB4 v2.0規格的出現，這場較量尚未分出勝負。

USB-IF協會於2022年底發布新一代USB4 v2.0規格，是近期USB介面標準的一次重大更新，傳輸速率翻倍至80Gbps，支援現有被動傳輸線，同時更新定義主動傳輸線，使高速資料傳輸與顯示訊號傳輸協定（Protocols）更為優化。為提高USB4 v2.0傳輸速度，USB-IF協會與英特爾(Intel)採用PAM3(Pulse Amplitude Modulation 3-level)取代不歸零（NRZ）編碼。由於USB4.0加入USB Type-C需要更大電力輸送的USB-PD標準，為優化高速資料，維持傳輸穩定性，被動及主動傳輸線都需通過認證並搭載eMarker以確認符合認證設計。

圖三 : 鈺創USB Type-C E-Marker傳輸線控制IC—EJ903通過USB-IF 40Gbps USB4與Intel Thunderbolt4認證。(source：鈺創)

USB4 v.2.0是基於全新物理層架構開發，為USB Type-C生態系統提供更高的性能支援。未來不只筆電能直接輸出8K/120Hz的顯示訊號，高速硬碟、顯示卡擴展塢等裝置也有機會在不損耗性能的前提下接入電腦。隨著各類裝置對產出的照片與影片畫質、存儲容量要求越來越高，動輒4K、8K超高畫質的資料上傳速度也需要更快，具有快充特性的USB4.0、USB4 v.2.0及Thunderbolt4，未來性不言可喻。

對使用者來說，未來USB4.0只需一條線就能進行資料傳輸、影音傳輸、PCIe、充電等工作，還同時相容前幾代USB，甚至相容Thunderbolt3，便利性的確大為提升。不過功能越多，內部結構越複雜，除了矽智財(IP)需求，也拉高了主控端(Host)、裝置端(Device)等控制IC設計的技術門檻。

圖四 : 新唐開發USB 4.0 Re-Timer晶片。(source：新唐)

滲透率與殺手級應用有待時間催化

USB4.0不只速度提升，而且架構大改，高速之下會衍生雜訊干擾等問題，如果需要支援過去幾代的USB裝置，連線埠物理層(PHY)跟邏輯層都要同時提升，硬體邏輯設計也相當困難，對於業者來說是挑戰，也是機會。

目前台灣業者鈺創的全資子公司鈺群打入關鍵高速傳輸供應鏈，包含Thunderbolt及USB 4.0，USB 4.0以E-Marker晶片切入供應鏈；創惟、威鋒分別以USB Hub、USB Device端等控制IC打入USB 4.0供應鏈；新唐開發USB 4.0 Re-Timer晶片，搶攻USB 4.0高速傳輸介面所需中繼器晶片商機。

圖五 : 祥碩Host端IC ASM4242的雙向傳輸速度最高趨近40Gbps。(source：祥碩)

祥碩於2022年底推出兩款USB4.0產品，Host端IC ASM4242的雙向傳輸速度最高趨近40Gbps，同時支援PCIe Gen 4及Thunderbolt3；整合PD控制IC推出ASM2464PD Device端控制IC，已通過第三方專業測試機構完整測試，並取得USB-IF協會認證。至於未來USB4.0是否能取代USB 3.0，一如USB3.0取代USB2.0？祥碩總經理林哲偉表示，USB4.0單價高，屬於金字塔頂端商品，滲透需要時間發酵，希望2023年電競或高階產品可以搭載主控端應用。

USB4.0與Thunderbolt4都走向諸多功能整合到一條線的應用領域，USB4 v2.0與Thunderbolt4更朝最高雙向傳輸頻寬80Gbps邁進，就市場落地來說，現階段40Gbps尚未普及，未來哪些應用可能需要80Gbps？業者坦言，殺手級應用尚未出現，但是擴充基座（Docking Station）的角色勢必更為吃重，不少業者已積極布局。