美國加州的一家技術公司Keyssa最近披露了一項名為「連網世界」(Connected World)的業界計畫,並獲得了富士康(Foxconn)和三星(Samsung)等大型公司的投資,藉以宣告這項行動將有助於推動Keyssa的毫米波(mmWave)技術進展。

Keyssa的mmWave技術是專為行動裝置與連網裝置之間的超高速資料傳輸而設計的。

如果你沒聽說過Keyssa,可能會認為這又是另一家新創企業,打算進軍已存在幾十年但尚未蓬勃發展的超高頻寬無線連接市場——類似於WirelessHD和WiGig。

然而,只要更仔細地觀察,就能清楚地發現,Keyssa對於無線技術市場競賽毫無興趣。Keyssa瞄準的是連接器市場。

Keyssa開發出一種更低成本的低功耗mmWave無線晶片,執行速度高達6Gbps。更重要的是,該公司還有一種微型的商用化非觸點連接模組。一向專注於可製造性的Keyssa所設計的模組,能夠滿足所有系統中關鍵的電磁和機械要求。

20171013_Keyssa_NT31P1 低功耗的mmWave無線晶片搭載Kiss Connectivity技術,以專用的嵌入式固態連接器為基礎,透過60GHz的極高頻率提供高達6Gbps的高速資料傳送

Keyssa將這顆晶片視為其「掌上明珠」。其使命在於憑藉著低成本、低功耗和高可靠性的優勢以取代連接器,並吸引系統OEM採用Keyssa的行動產品和其它系統產品。

但是,隨之而來的一個問題顯得非常重要:Keyssa的技術是否有機會與目前大家習慣使用且經測試驗證的連接器一較高下?

Keyssa認為,在業界無止境追求速度的過程中,這項技術至關重要。Keyssa指出,「使用銅纜管理更高速的訊號,尤其是在外形尺寸越來越小的裝置中,正成為一項重大的工程挑戰。」該公司宣稱,系統工程師已經開始尋找裝置到裝置連接的替代技術了。

有趣的是,Keyssa發現,這種限制在內部連接還更加明顯。當必須發送的訊號變得如此快速時,你打算如何處理板對板或是相機對應用處理器之間的連接?

在進一步闡述之前,我們先來談談Keyssa執行長Eric Almgren,因為他代表了這項先進技術背後的人為因素。

Keyssa_Eric Almgren Keyssa執行長Eric Almgren

Eric Almgren曾經是晶鐌科技(Silicon Image)創辦人之一,他可說是少數幾位幸運的工程技術主管之一:有幸獲得第二次機會得以利用他曾經支持的技術做對(或做錯)的每件事。如今,他可以在不同的公司捲土重來。

Almgren領導Silicon Image達11年之久。他經歷了HDMI的一舉成功,深知贏得市場需要付出什麼代價。他也見證了客戶最初如何與新的連接技術磨合的過程。

當Silicon Image於2011年收購SiBEAM時(當時Almgren仍是Silicon Image執行長),Almgren也親眼目睹了他的公司如何艱辛地推動SiBEAM的WirelessHD技術。

WirelessHD是一種專有技術,設計用於使高解析(HD)視訊內容以無線的方式傳送至消費電子產品。它運作在60GHz極高頻(EHF)無線頻段中的7GHz通道。Silicon Image希望將它改變成一種能被廣泛接受的HDMI無線版本,但這一切並未實現。

2012年10月,Almgren離開Silicon Image後,加入2009年成立的新創企業Keyssa擔任執行長。Keyssa開發出‘Kiss Connectivity’技術,它以一種專有的嵌入式固態連接器為基礎,透過極高頻率提供低功耗、高速的資料傳送。

20171013_Keyssa_NT31P2 透過Kiss Connectivity技術,就能讓手機播放的影音檔案流暢地在大螢幕上同步播放(如首圖)或快速下載影音資料,而無需連接任何裝置

上述介紹引出了一個問題:Keyssa是否想追逐一個業已被其它高頻寬無線技術(如WirelessHD或WiGig提出的IEEE 802.11ad)佔據的市場?

針對這個問題,Almgren斬釘截鐵地回答「不!」他說,那完全不符合事實。「這二者的唯一共同點就只是使用60GHz頻段。」

他強調:「Keyssa同樣使用60GHz頻段,但針對短距離進行了最佳化。」這讓Keyssa得以提供更高的頻寬、更短的延遲、更小的天線以及更低功耗。「我們的技術是一種點對點的解決方案,而不是像其它技術那樣的共用網路。」

當其它無線技術的目標在於長距離連接,Keyssa則將其Kiss Connectivity定位於近距離傳輸技術,讓消費者「只需簡單地將一款裝置碰觸另一款裝置,就能分享視訊和其它檔案。」

Keyssa的近場、高頻寬途徑「能避免其它無線技術面對的問題。」Almgren表示,Wi-Fi或藍牙與生俱來的問題包括配對困難、必須輸入密碼、訊號可能中斷或被竊聽等等。

透過Kiss,「產品設計師就能免於有線連接器的設計挫折,以及無線通訊對用戶造成的挫折感。」

連接器至關重要

首先,Keyssa有別於其它無線技術供應商之處在於Keyssa始終專注於「連接器」。

大約在十年前,技術供應商(和消費者)仍然熱衷於無線「酷炫」的一面。而今,這種熱情已經一去不復返了。僅僅是無線技術再也吸引不了消費者或系統OEM。

Almgren的智慧就在於將Keyssa的技術描述從無線特性轉變為連接器替代方案。

正如Keyssa所解釋的,Kiss Connectivity支援所有當代的有線協定,如USB 3.0、DisplayPort、SATA與PCIe。總之,Keyssa正設法讓系統OEM考慮放棄目前整合於其系統中所有難看的連接器。

Keyssa_Tony Fadell Keyssa董事長Tony Fadell

Almgren並回憶起幾年前與Tony Fadell的第一次見面。Fadell的故事讓他「真的打臉了」。

Fadell曾經領導蘋果(Apple)的一支團隊,管理iPod的設計和生產,後來成立了Nest公司。他表示他的團隊主要負責像iPod這一類微型系統中的機械連接器。要讓連接器在系統中發揮作用並不是一件輕鬆的事,他告訴Almgren,因為其間存在著電磁波、射頻(RF)干擾和靜電放電等問題。

連接器在工業設計中也面臨挑戰。在開發一款美觀、輕薄和微型的手持裝置時,設計師最不想處理的一件事就是系統中的金屬連接器和穿孔。

連接器產業怎麼看?

那麼連接器產業如何看待Keyssa這家公司?專注於觀察電子連接器和互連市場的市場研究公司Bishop & Associates資深副總裁David Pheteplace提出了一個有利的觀點:「鑒於這種產品的功能和特性,Keyssa致力於探索連接器市場是十分正確的策略。連接器設計用於連接電路,就像這款產品一樣。」

他認為使得Keyssa技術商用化可行的因素如下: .Keyssa的產品支援高資料量(高達6Gb/s)的非接觸傳輸; .作為I/O的產品在外殼上必須毫無實體穿孔(才能讓裝置密封,如智慧型手機); .產品在PCB上所佔的實體空間比標準連接器更小; .產品支援標準的數位傳輸協定,如USB和HDMI。

但是,連接器供應商會與Keyssa打成一片嗎?Pheteplace認為,「除了一些例外,這種技術對於大多數連接製造商來說還沒有足夠的吸引力。但當它開始取得市佔率時,你可能會看到不同的反應。」

學到的教訓

回顧在Silicon Image的歲月,Almgren還記得客戶一直被諸如功耗、成本和支援多種協定等問題困擾。

Keyssa副總裁、HDMI Licensing前總裁Steve Venuti告訴我們,他在Silicon Image時學會了如何從系統角度看待由複雜的有線和無線技術帶來的問題。

關於連接的規格內容只是解決方案的一部份。測試速度、傳輸能力以及可在終端產品上再現是截然不同的。Venuti表示:「我體會到了技術可為客戶帶來高良率的重要性。」

下一步是測試終端產品以確保相容性的問題。Almgren表示,「如今,Keyss正將我們從HDMI所學到的一切運用到Keyssa的業務上,而且使其發展得更好。」

為什麼耽擱這麼久?

Keyssa成立於2009年,當時的公司名稱是Waveconnex。該公司充份利用了交通大學校長張懋中(Frank Chang)當時在美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)高速無線實驗室的研究成果。他的設計目標在於打造低成本的電子連接方法,讓系統設計師得以終結與傳統機械連接器之間的抗爭。

Keyssa日前發佈了無線收發器和接收器晶片——KSS104M,並承諾很快將推出名為KSS104M-CW的商用連接模組。

KSS104M是一款3x3mm的整合模組,支援多種協定、DSP、RF、內建天線,並採用專為EM通道管理而設計的材料打造背板。

20171013_Keyssa_NT31P3 Kiss Connectivity技術架構(來源:Keyssa)

然而,Keyssa的鏈路技術其實可以追溯到2011年。那麼,這不禁讓人好奇:這些年來,Keyssa都在做些什麼?

Almgren表示,Keyssa花了這麼久的時間才走到這一步,主要是因為「我們一直專注於『可製造性』」。Keyssa希望這款連接解決方案能夠易於大量製造。

Almgren指出,採用其毫米波非接觸技術而實現的系統可讓每個連接器的執行功耗低於100mW,但在EMI、RFI和ESD方面帶來了巨大挑戰。

此外,Keyssa還必須確保其技術支援所有業界標準。但在「沒有軟體開銷的條件下」做到這點也很困難,Almgren補充道。

因此,過去幾年來,該公司的資源大部份都用在無線晶片設計之外。Keyssa的設計選擇和工程技術涵蓋材料、波導、連接架構、特定的EMI結構、氣隙和結構保護等。

除了設計無線晶片外,Almgren說:「我們必須進行所有的[材料和機械]科學,以便讓兩種晶片——收發器和接收器——彼此互動,同時保持溫度和條件中立,才能使連接技術實現低功耗和高可靠度。」

Keyssa法務長Patrick Reutens表示,這促使Keyssa開發了「涉及其非接觸技術實現的深度專業技術,以實現可製造性和大量生產。」而其結果呢?Reutens表示:「一系列廣泛的專利組合(累積申請的專利應用超過250件,以及全球超過100個發佈且經認可的專利)涵蓋系統級建置(包括材料、波導、連接架構和連接器結構)、生產測試和使用案例。」

即將面對一場硬仗?

儘管具有可製造性專業技術,但Keyssa的Kiss Connectivity技術仍然勢必要打一場硬仗。

Bishop & Associates分析師Pheteplace認為,Kiss Connectivity面臨最大的挑戰是「說服謹慎的大型OEM不再使用傳統的標準連接器進行設計。」他表示:「Keyssa需要讓產品得到整個電子產業的接受,成為隨插即用的一種實用技術(想想USB在最初啟用的時候吧)。」

Almgren坦承,「幾十年來,工程師一直順利地使用機械連接器和單針彈簧連接器。」然而,他認為目前還有幾種關鍵趨勢正逐漸吸引工程師和產品設計師採用其它解決方案。

其一是速度。每個人都希望速度更快。在他看來,「銅纜線對於高速訊號的限制正迅速地顯現出來。」他表示,金屬在業界的使用效果向來不錯,但隨著外形尺寸縮小,使用銅纜線管理這些更高速度的訊號變得越來越困難。

令人好奇的是,他也看到了Kiss在內部連接方面的潛力。

未來的資料中心或自動駕駛車將會如何處理大量資料傳輸的負荷?對於從CMOS影像感測器傳送至中央感測器融合晶片的原始資料來說,哪一種連接方案能夠足夠快速地進行處理?目前承載這些訊號的脆弱、昂貴軟性電纜也許無法勝任。

還有訊號干擾問題

在較高速度時,金屬連接器輻射的訊號可能干擾其它訊號(大多數時候是Wi-Fi)。他解釋:「英特爾(Intel)曾經寫過有關這個主題的白皮書。他們發現,透過金屬傳輸的USB 3訊號所輻射的訊號會直接干擾2.4GHz的Wi-Fi訊號。」

Keyssa並未透露目前有哪些OEM的產品計劃整合Kiss Connectivity。但邀請富士康加入Keyssa的「連網世界」計畫意味著富士康可能對製造其模組感興趣。然而,三星是否考慮在其智慧型手機中使用Keyssa的無線連接器,目前則不得而知。

Keyssa最近發佈的KSS104M晶片「將以超小型的3x3mm封裝」,並採用台積電(TSMC)的65nm製程技術製造。Almgren解釋,由於它包含了類比和RF電路,對於像Keyssa這樣的新公司來說是一個「很好的起點」。

他也非常明白,如果無線連接器要用在諸如智慧型手機等大規模市場中,那麼這些晶片還需要第二個供應來源。因此,Almgren透露,Keyssa可能在今年第4季宣佈與一家大型半導體公司合作。

(參考原文:Using mmWave Tech to Redefine Connectors,by Junko Yoshida)