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检视IEEE 1394之过往、现况与展望
个人外接高速接口何时有正解?

【作者: 陳隱志】2002年10月05日 星期六

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从Windows 95发表以来,即插即用(Plug and Play;PnP)即是个人计算机的基本能力,在此之前要计算机添加新功能,不仅要学会拆机壳插卡,还要会调设适配卡上的资源组态,避免资源冲突等,相当麻烦,而PnP盛行后这些烦人的资源冲突与排解问题即不复见。


不过,拆壳插卡仍是件麻烦事,如果为计算机新增一样功能,能跟接鼠标、键盘一样简单则更完美,因此1996年Microsoft与Intel提出USB以及IEEE 1394,希望将即插即用的方便从机壳内延伸到机壳外,而USB将提供低速的外接接口,IEEE 1394则为高速的外接接口,两者皆是可任意热插入(Hot Plugging)、且不对连接设备种类设限的通用型串行传输接口。


USB与1394推展初期并不顺遂,但1998年Apple iMac以果冻色讨喜造型畅销后,由于iMac舍弃以往Mac计算机使用长达10年的ADB(Apple Desktop Bus)接口,一切仅以USB连接,在机种畅销后带动大量的USB外围市场需求,使得USB接口与外围逐渐普及,如今普及率已达94%,甚至更高。


反观IEEE 1394,时至今日仍未够普及,个人计算机出货时即具备IEEE 1394埠的机种少之又少,仅少数顶级家用机种具备,商务用计算机更是缺乏,倒是Apple计算机以IEEE 1394取代原有的外接SCSI(Small Computer System Interface)接口,Wintel阵营似乎对1394兴趣缺缺,甚至有用USB 2.0来取代IEEE 1394的意图,USB 1.0/1.1的传输率仅12Mbps,根本无法与IEEE 1394a的400Mbps相比拟,但USB 2.0的480Mbps则明显超越IEEE 1394a,因此IEEE 1394a若不能尽快进入更高速的IEEE 1394b,将传输率进一步推升至800Mbps、1600Mbps、甚至3200Mbps的规格,则将令人怀疑IEEE 1394b是否在个人信息市场上有其必要性。


为此我们必须重新检视IEEE 1394规格的过往发展与其现有问题,以及未来当如何修正与强化等,以下是本文的探讨。


初期发展历程

针对接口统合而设计

IEEE 1394最初的制订目的并非是今日的外接式串行传输接口,而是作为机壳内各种并列传输总线间的转换与沟通接口(当时常见的系统并列式总线,有Motorola用于68K系列的VMEBus 16/32bit、Intel用于x86系列的Multibus 16/32bit、以及IEEE自己开发的Futurebus 32bit,IEEE 1394即是要用来跨越与转接这3类总线),另外也是希望在并列传输总线发生故障时,能用1394的串行接口来检测故障,或是用来连接较低速的系统模块等。


苹果计算机是最先力推者

IEEE 1394自1986年开始研拟,到了来年1987年的11月,1.0正式版本的1394规格便提出,再隔1年后,Apple计算机也开始研究1394,将他称为「FireWire」,并进行一连串的系统试验,以及将相关规格申请专利(1989、1990年),于1991年顺利取得专利。


虽然Apple计算机将IEEE 1394称之为「FireWire」,但并不表示FireWire与1394规格分歧或变异,而是一体两面,就如同大家惯称的以太网络「Ethernet」,在IEEE标准中称为IEEE 802.3的道理是一样的,即是Ethernet=IEEE 802.3,FireWire=IEEE 1394,但Ethernet为当年Xerox全录的注册商标,FireWire为Apple计算机的注册商标而已。


摆脱SCSI的缺点来设计

1.0版(1988年11月)的1394相当简陋,仅有2Mbps、8Mbps的传输速度,这种低速表现只能用来接鼠标、键盘等低速外围设备。而Apple以1.0版为基础做进一步的规格强化,Apple希望1394能够取代SCSI,以及当时兴盛以计算机做多媒体影音编辑的背景下,Apple决定加快1394的传输速率,好让1394可以传输影音数据,为了保证影音播放可以及时播放、呈现,所以为1394加入Isochronous的传输模式(讲究时效传输,中文有时也译做「等时传输」),另外为了取代落伍、不统一、兼容性差的SCSI,Apple希望1394没有SCSI的终端电阻(Terminal Resister),不需要手调SCSI ID(让1394自动组态),可自动热插入等等。


传输速率提升至100Mbps

Apple所发展的1394,初期实质数据传输率只有39Mbps,后来舍弃4B5B编码传输,改用DS-Link传输后,减少同步频率信号所占据的带宽,实质数据传输率拉升到49.152Mbps,接近50Mbps,后来又因为DS-Link传输有其压缩传输间隔的潜力与空间,因此将频率加快一倍,达到100Mbps的水平。


Apple实际实现了1394后,将具体的技术细节呈给IEEE 1394委员会,并将这些成果订为标准规格,另外Apple本身不设计与开发芯片,相关1394的功能芯片,则委由TI德州仪器设计与生产,并由Apple采购,用于Apple的计算机上。


新力索尼的加入

除了信息厂商有兴趣外,消费性电子、影音家电的厂商也对1394颇有兴趣,因此日本Sony新力索尼也开始研究1394用于消费性电子产品上的可行性,当时Sony正在找寻VTR(录放机)与VTR,以及VTR与PC间的连接方案,而且在研发上碰到许多困难(1991年,自行研发接口的计划称为「Love Call」),直到发现Apple的1394已经可达100Mbps的技术后(Apple内部对1394计划称为Chefcat),1993年3月放弃自行研发,改采1394。


Sony也为1394规格尽份心力,虽然Isochronous传输是由Apple提出,但Sony则为此传输模式提出其串行总线的管理方式,另外针对1394用于AV消费性电子产品上,也开发了1394上使用的影音传输协议,最后也开发出AV电子产品专用的1394接头,比一般信息产品用的1394接头更为轻小(信息用为六蕊,家电用为四蕊,少去电源供应线路),Sony也将1394称为「iLink」接口。


IBM也支持1394

Apple与Sony都采用1394后,1993年IBM也与Apple共同在美国拉斯韦加斯Comdex Fall 93计算机展发表1394/FireWire,有了IBM支持后,1394的声势一时高涨,并开始向生产硬盘的信息厂商,如Quantum(昆腾)、Maxtor(励拓)、Western Digital(威腾)等推销1394。


IEEE 1394受Fibre Channel、SSA夹击

不过硬盘厂商并不领情,反而较为钟情Fibre Channel与SSA等其他高速接口,理由是Fibre Channel与SSA的传输达100MB/Sec,而1394则只有50MB/Sec(400Mbps),1394的插拔容易性、较佳的多媒体传输性等并不受硬盘厂商重视,此外SCSI也从原有的20MB/Sec提升至40MB/Sec,拉近与1394间的传输差距,由于硬盘厂商的普遍消极态度,使IBM最后也放弃推广1394,加上Apple在此时(1993年)受到Microsoft的Windows 3.1的图像化窗口操作系统威胁,不能再支持这种短时间无法获利的规格推展,因此放弃继续推展1394,改由1394TA组织接手推展,甚至Apple希望在1394规格上收取权利金,藉此弥补对1394的投入与研发所花费的大量资源。


@大标推广策略转向消费性电子


Apple抽腿 1394TA接手

1394的主推者由Apple转到1394TA组织后,检讨以往的推展挫折,决定不再以取代SCSI接口或新的硬盘接口为目标,而是改打「让信息产品与消费性电子产品连接」的招牌继续推动。


微软也支持1394

之后到了1994年,Microsoft的相关人员也开始接触1394,认为这个容易插拔的高速接口确实不错,决定支持此一接口,但是当时已经来不及加入此一支持功能于新的操作系统中了(当时研发代号为Chicago芝加哥的操作系统,后来正式名称为Windows 95)。


后来Microsoft与Intel连手制订PC'97规格,Microsoft便把1394列入建议规格中。而Microsoft将Intel推出的USB定位为低速的热插入外接串行接口,1394则为高速的热插入外接串行接口。


1394最大优势为点对点传输

最近在市场上相当受到关注的USB规格,其技术发展方向,即是要让USB外围装置相互间可以直接连接,而不需要透过PC的信息装置,如此USB数字相机可以直接连接打印机,将拍到的数码相片直接打印出来。


由于USB当初在制订规格时,就是以个人计算机为主控端,控制所有USB总线上的插拔与装置状态,因此没有将USB装置相互间的数据传输之用途考虑进去,如此一来,当发现有此需求时,则需要新的规格加以支持此一应用。


反观1394,在Sony也决定采用1394后,曾建议Apple将1394制订成不需透过个人计算机也能传输的架构,因为就Sony这类的影音家电、消费性电子厂商而言,各产品互相连接的情形相当常见,不能凡事都要透过个人计算机(此处个人计算机泛指Apple的Macintosh计算机),而Apple接纳了这个建议。


由于1394很早就有这样的考虑,因此不用像USB今日才再重新制订此一功能,各位可以想象Sony PS2的游戏破关画面,直接透过iLink/1394传到录放机上然后录下,作为以后证明亲自破关的纪录,从头到尾不需要使用到计算机,岂不是很好吗?


Intel被迫支持1394

Microsoft表态支持1394后,另一关键支持者便是Intel了,Intel提出的USB,与1394间并不冲突,但是Intel自行研发的另一项串行高速传输接口:「Serial Express」,则与1394定位与功用重迭与冲突。


由于Microsoft已经表态支持1394,不大可能再支持Serial Express,因此Intel向IEEE 1394委员会建议,将Serial Express也列入IEEE 1394规格内,不过Serial Express与既有1394并不兼容,1394TA的推广组织反对Intel这种作法,认为既然不兼容就不该列入1394规格中,最后Intel也放弃自己研发的Serial Express,转而支持1394(1996年12月)。


IEEE 1394的发展趋势

1394达400Mbps的传输速度,主要是1394a规格,更早之前的为1394-1995,即是1995年所制订的1394接口规格,比400Mbps低的还有200Mbps以及100Mbps,更早则是8Mbps以及2Mbps,以及中间研发阶段的39Mbps、49Mbps等。


1394也有后续的提升计划,一方面持续强化传输速度,新的1394b(也称为Gigabit 1394)将可达800Mbps,甚至是1600Mbps、3200Mbps等等,但传输线路与接头等规格也会有所改变,否则无法达到如此高的传输要求。


另一方面1394的传输线路限制也是改善的一大重点,1394每段长度最多4.5公尺,比USB的5公尺还短,因此新的看法有3种新传输线的选择,分别是CAT.5的双绞铜线(没有电源供应线路)、塑料光纤(Plastic Optical Fiber;POF)、以及硬聚合物包纤(Hard Polymer Clad Fiber;HPCF)。


使用其他材质进行传输,预计能维持既有100/200/400Mbps的传输速度,但传输距离可拉至50公尺以上,事实上日本冲电气(OKI)就曾以1394-1995的规格,在50公尺的距离内进行200Mbps的传输。


不过这3种传输线路都是成本与普及的折衷作法,真正要更快速与更远距的传输,则需要依赖石英、玻璃纤维的光纤,预计也可以突破50公尺的传输距离,并将传输率拉到1.6Gbps、3.2Gbps。


结语

IEEE 1394对Apple与Sony而言已经不可或缺的规格接口,现在Apple的主流计算机PowerMac G3、G4,或笔记本电脑PowerBook、iBook或教育市场专用的eMac,都具备有Fire Wire埠,就连Apple的MP3随身听iPod也使用Fire Wire;而Sony也类似,举凡V8、D8等,以及PlayStation 2电视游乐器也都具备有i.Link,这些都是IEEE 1394已经攻陷的市场,影音家电、影音消费性电子、影音编辑应用的计算机等已经少不了IEEE 1394。


不过IEEE 1394能否打入更普遍的Wintel家用娱乐信息阵营,则仍有待观察,因此这场规格争战最后只有两种结果:(1)无论Sony、Apple、Wintel都同时支持与具备USB与1394接口,即是最后Wintel投降于众多的影音家电或信息家电采用IEEE 1394,逼使Wintel计算机出厂默认就配备IEEE 1394接口。(2)USB 1.0/1.1/2.0的计算机外设、信息家电大量普及,取代掉IEEE 1394的功用,如此Wintel仅支持USB,Apple、Sony可能仍提供IEEE 1394埠的产品,但也会提供USB埠的产品,不过逐渐仅走USB,持续提供IEEE 1394埠只是保障原有用户的投资,最后可能渐渐全数转移至USB,然后让IEEE 1394走进历史。


至于哪种答案较为可能,得看1394接口的装置在生活上的普及程度,Apple在全球的占有率仅剩不到3%,美国本土也不到6%,因此无优势可言,完全看Sony,或者是有更多的业者与厂商真的以此接口实现产品,才有可能逼Wintel也具备1394埠,或者1394b规格成熟,始终与USB的速度保持在一定的区隔,这些都有可能让第一个结果实现,反之即是第二的结果实现。



《》
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《图二 IEEE 1394b 9支接脚的新接头》
《图二 IEEE 1394b 9支接脚的新接头》

新接头的接脚比原有IEEE 1394、1394a的6支接脚多3支新脚位,其中2支新接脚用于信息信号传输,另一支新接脚则留待未来定义,目前尚无用途〈数据源:http://www.1394ta.org〉


《图三 IEEE 1394b所使用的塑料光纤线路〈数据源:http://www.1394ta.org〉》
《图三 IEEE 1394b所使用的塑料光纤线路〈数据源:http://www.1394ta.org〉》
《图四 IEEE 1394使用各种传输介质可达到的最高传输率〈数据源:http://www.1394ta.org〉》
《图四 IEEE 1394使用各种传输介质可达到的最高传输率〈数据源:http://www.1394ta.org〉》
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