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檢視IEEE 1394之過往、現況與展望
個人外接高速介面何時有正解?

【作者: 陳隱志】   2002年10月05日 星期六

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從Windows 95發表以來,隨插即用(Plug and Play;PnP)即是個人電腦的基本能力,在此之前要電腦添加新功能,不僅要學會拆機殼插卡,還要會調設介面卡上的資源組態,避免資源衝突等,相當麻煩,而PnP盛行後這些煩人的資源衝突與排解問題即不復見。


不過,拆殼插卡仍是件麻煩事,如果為電腦新增一樣功能,能跟接滑鼠、鍵盤一樣簡單則更完美,因此1996年Microsoft與Intel提出USB以及IEEE 1394,希望將隨插即用的方便從機殼內延伸到機殼外,而USB將提供低速的外接介面,IEEE 1394則為高速的外接介面,兩者皆是可任意熱插拔(Hot Plugging)、且不對連接設備種類設限的通用型串列傳輸介面。


USB與1394推展初期並不順遂,但1998年Apple iMac以果凍色討喜造型暢銷後,由於iMac捨棄以往Mac電腦使用長達10年的ADB(Apple Desktop Bus)介面,一切僅以USB連接,在機種暢銷後帶動大量的USB週邊市場需求,使得USB介面與週邊逐漸普及,如今普及率已達94%,甚至更高。


反觀IEEE 1394,時至今日仍未夠普及,個人電腦出貨時即具備IEEE 1394埠的機種少之又少,僅少數頂級家用機種具備,商務用電腦更是缺乏,倒是Apple電腦以IEEE 1394取代原有的外接SCSI(Small Computer System Interface)介面,Wintel陣營似乎對1394興趣缺缺,甚至有用USB 2.0來取代IEEE 1394的意圖,USB 1.0/1.1的傳輸率僅12Mbps,根本無法與IEEE 1394a的400Mbps相比擬,但USB 2.0的480Mbps則明顯超越IEEE 1394a,因此IEEE 1394a若不能盡快進入更高速的IEEE 1394b,將傳輸率進一步推升至800Mbps、1600Mbps、甚至3200Mbps的規格,則將令人懷疑IEEE 1394b是否在個人資訊市場上有其必要性。


為此我們必須重新檢視IEEE 1394規格的過往發展與其現有問題,以及未來當如何修正與強化等,以下是本文的探討。


初期發展歷程

針對介面統合而設計

IEEE 1394最初的制訂目的並非是今日的外接式串列傳輸介面,而是作為機殼內各種並列傳輸匯流排間的轉換與溝通介面(當時常見的系統並列式匯流排,有Motorola用於68K系列的VMEBus 16/32bit、Intel用於x86系列的Multibus 16/32bit、以及IEEE自己開發的Futurebus 32bit,IEEE 1394即是要用來跨越與轉接這3類匯流排),另外也是希望在並列傳輸匯流排發生故障時,能用1394的串列介面來檢測故障,或是用來連接較低速的系統模組等。


蘋果電腦是最先力推者

IEEE 1394自1986年開始研擬,到了隔年1987年的11月,1.0正式版本的1394規格便提出,再隔1年後,Apple電腦也開始研究1394,將他稱為「FireWire」,並進行一連串的系統試驗,以及將相關規格申請專利(1989、1990年),於1991年順利取得專利。


雖然Apple電腦將IEEE 1394稱之為「FireWire」,但並不表示FireWire與1394規格分歧或變異,而是一體兩面,就如同大家慣稱的乙太網路「Ethernet」,在IEEE標準中稱為IEEE 802.3的道理是一樣的,即是Ethernet=IEEE 802.3,FireWire=IEEE 1394,但Ethernet為當年Xerox全錄的註冊商標,FireWire為Apple電腦的註冊商標而已。


擺脫SCSI的缺點來設計

1.0版(1988年11月)的1394相當簡陋,僅有2Mbps、8Mbps的傳輸速度,這種低速表現只能用來接滑鼠、鍵盤等低速週邊設備。而Apple以1.0版為基礎做進一步的規格強化,Apple希望1394能夠取代SCSI,以及當時興盛以電腦做多媒體影音編輯的背景下,Apple決定加快1394的傳輸速率,好讓1394可以傳輸影音資料,為了保證影音播放可以及時播放、呈現,所以為1394加入Isochronous的傳輸模式(講究時效傳輸,中文有時也譯做「等時傳輸」),另外為了取代落伍、不統一、相容性差的SCSI,Apple希望1394沒有SCSI的終端電阻(Terminal Resister),不需要手調SCSI ID(讓1394自動組態),可自動熱插拔等等。


傳輸速率提升至100Mbps

Apple所發展的1394,初期實質資料傳輸率只有39Mbps,後來捨棄4B5B編碼傳輸,改用DS-Link傳輸後,減少同步時脈信號所佔據的頻寬,實質資料傳輸率拉升到49.152Mbps,接近50Mbps,後來又因為DS-Link傳輸有其壓縮傳輸間隔的潛力與空間,因此將時脈加快一倍,達到100Mbps的水準。


Apple實際實現了1394後,將具體的技術細節呈給IEEE 1394委員會,並將這些成果訂為標準規格,另外Apple本身不設計與開發晶片,相關1394的功能晶片,則委由TI德州儀器設計與生產,並由Apple採購,用於Apple的電腦上。


新力索尼的加入

除了資訊廠商有興趣外,消費性電子、影音家電的廠商也對1394頗有興趣,因此日本Sony新力索尼也開始研究1394用於消費性電子產品上的可行性,當時Sony正在找尋VTR(錄放影機)與VTR,以及VTR與PC間的連接方案,而且在研發上碰到許多困難(1991年,自行研發介面的計畫稱為「Love Call」),直到發現Apple的1394已經可達100Mbps的技術後(Apple內部對1394計畫稱為Chefcat),1993年3月放棄自行研發,改採1394。


Sony也為1394規格盡份心力,雖然Isochronous傳輸是由Apple提出,但Sony則為此傳輸模式提出其串列匯流排的管理方式,另外針對1394用於AV消費性電子產品上,也開發了1394上使用的影音傳輸協定,最後也開發出AV電子產品專用的1394接頭,比一般資訊產品用的1394接頭更為輕小(資訊用為六蕊,家電用為四蕊,少去電源供應線路),Sony也將1394稱為「iLink」介面。


IBM也支持1394

Apple與Sony都採用1394後,1993年IBM也與Apple共同在美國拉斯維加斯Comdex Fall 93電腦展發表1394/FireWire,有了IBM支持後,1394的聲勢一時高漲,並開始向生產硬碟的資訊廠商,如Quantum(昆騰)、Maxtor(勵拓)、Western Digital(威騰)等推銷1394。


IEEE 1394受Fibre Channel、SSA夾擊

不過硬碟廠商並不領情,反而較為鍾情Fibre Channel與SSA等其他高速介面,理由是Fibre Channel與SSA的傳輸達100MB/Sec,而1394則只有50MB/Sec(400Mbps),1394的插拔容易性、較佳的多媒體傳輸性等並不受硬碟廠商重視,此外SCSI也從原有的20MB/Sec提升至40MB/Sec,拉近與1394間的傳輸差距,由於硬碟廠商的普遍消極態度,使IBM最後也放棄推廣1394,加上Apple在此時(1993年)受到Microsoft的Windows 3.1的圖像化視窗作業系統威脅,不能再支持這種短時間無法獲利的規格推展,因此放棄繼續推展1394,改由1394TA組織接手推展,甚至Apple希望在1394規格上收取權利金,藉此彌補對1394的投入與研發所花費的大量資源。


@大標推廣策略轉向消費性電子


Apple抽腿 1394TA接手

1394的主推者由Apple轉到1394TA組織後,檢討以往的推展挫折,決定不再以取代SCSI介面或新的硬碟介面為目標,而是改打「讓資訊產品與消費性電子產品連接」的招牌繼續推動。


微軟也支持1394

之後到了1994年,Microsoft的相關人員也開始接觸1394,認為這個容易插拔的高速介面確實不錯,決定支持此一介面,但是當時已經來不及加入此一支援功能於新的作業系統中了(當時研發代號為Chicago芝加哥的作業系統,後來正式名稱為Windows 95)。


後來Microsoft與Intel聯手制訂PC'97規格,Microsoft便把1394列入建議規格中。而Microsoft將Intel推出的USB定位為低速的熱插拔外接串列介面,1394則為高速的熱插拔外接串列介面。


1394最大優勢為點對點傳輸

最近在市場上相當受到關注的USB規格,其技術發展方向,即是要讓USB週邊裝置相互間可以直接連接,而不需要透過PC的資訊裝置,如此USB數位相機可以直接連接印表機,將拍到的數位相片直接列印出來。


由於USB當初在制訂規格時,就是以個人電腦為主控端,控制所有USB匯流排上的插拔與裝置狀態,因此沒有將USB裝置相互間的資料傳輸之用途考慮進去,如此一來,當發現有此需求時,則需要新的規格加以支援此一應用。


反觀1394,在Sony也決定採用1394後,曾建議Apple將1394制訂成不需透過個人電腦也能傳輸的架構,因為就Sony這類的影音家電、消費性電子廠商而言,各產品互相連接的情形相當常見,不能凡事都要透過個人電腦(此處個人電腦泛指Apple的Macintosh電腦),而Apple接納了這個建議。


由於1394很早就有這樣的考量,因此不用像USB今日才再重新制訂此一功能,各位可以想像Sony PS2的遊戲破關畫面,直接透過iLink/1394傳到錄放影機上然後錄下,作為以後證明親自破關的紀錄,從頭到尾不需要使用到電腦,豈不是很好嗎?


Intel被迫支援1394

Microsoft表態支持1394後,另一關鍵支持者便是Intel了,Intel提出的USB,與1394間並不衝突,但是Intel自行研發的另一項串列高速傳輸介面:「Serial Express」,則與1394定位與功用重疊與衝突。


由於Microsoft已經表態支持1394,不大可能再支持Serial Express,因此Intel向IEEE 1394委員會建議,將Serial Express也列入IEEE 1394規格內,不過Serial Express與既有1394並不相容,1394TA的推廣組織反對Intel這種作法,認為既然不相容就不該列入1394規格中,最後Intel也放棄自己研發的Serial Express,轉而支持1394(1996年12月)。


IEEE 1394的發展趨勢

1394達400Mbps的傳輸速度,主要是1394a規格,更早之前的為1394-1995,即是1995年所制訂的1394介面規格,比400Mbps低的還有200Mbps以及100Mbps,更早則是8Mbps以及2Mbps,以及中間研發階段的39Mbps、49Mbps等。


1394也有後續的提升計畫,一方面持續強化傳輸速度,新的1394b(也稱為Gigabit 1394)將可達800Mbps,甚至是1600Mbps、3200Mbps等等,但傳輸線路與接頭等規格也會有所改變,否則無法達到如此高的傳輸要求。


另一方面1394的傳輸線路限制也是改善的一大重點,1394每段長度最多4.5公尺,比USB的5公尺還短,因此新的看法有3種新傳輸線的選擇,分別是CAT.5的雙絞銅線(沒有電源供應線路)、塑膠光纖(Plastic Optical Fiber;POF)、以及硬聚合物包纖(Hard Polymer Clad Fiber;HPCF)。


使用其他材質進行傳輸,預計能維持既有100/200/400Mbps的傳輸速度,但傳輸距離可拉至50公尺以上,事實上日本沖電氣(OKI)就曾以1394-1995的規格,在50公尺的距離內進行200Mbps的傳輸。


不過這3種傳輸線路都是成本與普及的折衷作法,真正要更快速與更遠距的傳輸,則需要依賴石英、玻璃纖維的光纖,預計也可以突破50公尺的傳輸距離,並將傳輸率拉到1.6Gbps、3.2Gbps。


結語

IEEE 1394對Apple與Sony而言已經不可或缺的規格介面,現在Apple的主流電腦PowerMac G3、G4,或筆記型電腦PowerBook、iBook或教育市場專用的eMac,都具備有Fire Wire埠,就連Apple的MP3隨身聽iPod也使用Fire Wire;而Sony也類似,舉凡V8、D8等,以及PlayStation 2電視遊樂器也都具備有i.Link,這些都是IEEE 1394已經攻陷的市場,影音家電、影音消費性電子、影音編輯應用的電腦等已經少不了IEEE 1394。


不過IEEE 1394能否打入更普遍的Wintel家用娛樂資訊陣營,則仍有待觀察,因此這場規格爭戰最後只有兩種結果:(1)無論Sony、Apple、Wintel都同時支援與具備USB與1394介面,即是最後Wintel投降於眾多的影音家電或資訊家電採用IEEE 1394,逼使Wintel電腦出廠預設就配備IEEE 1394介面。(2)USB 1.0/1.1/2.0的電腦週邊、資訊家電大量普及,取代掉IEEE 1394的功用,如此Wintel僅支援USB,Apple、Sony可能仍提供IEEE 1394埠的產品,但也會提供USB埠的產品,不過逐漸僅走USB,持續提供IEEE 1394埠只是保障原有用戶的投資,最後可能漸漸全數轉移至USB,然後讓IEEE 1394走進歷史。


至於哪種答案較為可能,得看1394介面的裝置在生活上的普及程度,Apple在全球的佔有率僅剩不到3%,美國本土也不到6%,因此無優勢可言,完全看Sony,或者是有更多的業者與廠商真的以此介面實現產品,才有可能逼Wintel也具備1394埠,或者1394b規格成熟,始終與USB的速度保持在一定的區隔,這些都有可能讓第一個結果實現,反之即是第二的結果實現。



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《圖二 IEEE 1394b 9支接腳的新接頭》
《圖二 IEEE 1394b 9支接腳的新接頭》

新接頭的接腳比原有IEEE 1394、1394a的6支接腳多3支新腳位,其中2支新接腳用於資訊信號傳輸,另一支新接腳則留待未來定義,目前尚無用途〈資料來源:http://www.1394ta.org〉


《圖三 IEEE 1394b所使用的塑膠光纖線路〈資料來源:http://www.1394ta.org〉》
《圖三 IEEE 1394b所使用的塑膠光纖線路〈資料來源:http://www.1394ta.org〉》
《圖四 IEEE 1394使用各種傳輸介質可達到的最高傳輸率〈資料來源:http://www.1394ta.org〉》
《圖四 IEEE 1394使用各種傳輸介質可達到的最高傳輸率〈資料來源:http://www.1394ta.org〉》
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