高速訊號傳輸介面，顯示晶片設計公司， 譜瑞-KY(4966.TW)

最近，歐盟強制要採用USB Type-C法案通過。台股有不少在做USB Type-C的晶片設計公司，就來簡單介紹，高速訊號傳輸介面，顯示晶片設計公司， 譜瑞-KY(4966.TW)。

譜瑞為研發設計高速訊號傳輸介面及顯示晶片與觸控螢幕控制晶片公司。產品主要應用在桌上型電腦、電腦顯示器、多功能電腦、筆記型電腦、平板電腦、伺服器、 汽車、智慧型手機產品和電腦週邊設備所需之時序控制器(Timing Controller, T-CON)、 顯示器驅動晶片(Source Driver)、信號轉換器(Converter)、信號重定時器(Retimer)、信號中繼器(Repeater)、多工器(MUX)、反多工器(DeMUX)、電壓位準移位器(Level Shifter) 及觸控螢幕控制器(Touch Controller)等相關產品之解決方案。

公司之晶片產品可區分為四個主要產品線，其包括顯示器解決方案、高速訊號介面方案、高速信號轉換器及TrueTouch觸控螢幕控制器。其中顯示器解決方案主要係時序控制器(Timing Controller, eDP T-CON)及影像驅動晶片，以及內建驅動晶片的時序控制器(TED)，另高速訊號介面方案，則提供信號中繼器(Repeater)、信號重定時晶片(Retimer)、多工器(MUX)、反多工器(DeMUX)、電壓位準移位器(Level Shifter)、USB主控晶片、USB集線器與PD控制器等產品。高速信號轉換器主要係轉換DisplayPort到HDMI1.4及DisplayPort到HDMI2.0等信號轉換器產品。 而TrueTouch觸控螢幕控制器產品包含觸控晶片以及DDI及TDDI晶片。

高速傳輸介面產業

傳輸速率每秒超過數千兆位元的高速傳輸介面現今已成為兩個設備的外部連接以及兩個內建裝置的內部連接標準。目前普遍採用之外部傳輸協定包括DisplayPort、 高清晰度多媒體介面 (HDMI)、通用序列匯流排 (USB)、串列高級技術體系結構 (SATA)及Thunderbolt。而內建裝置間通訊協定包括PCI Express、eDP (Embedded DisplayPort)、串列高級技術體系結構(SATA)及通用序列匯流排(USB)。而過去5年這些高速傳輸協定之傳輸速率均已增快2倍，使得需求更多的頻寬也有同樣的增長趨勢。

舉例來說，PCI Express近年已更新其最高傳輸速率從5Gbit/sec (Gen 2)增加到8Gbit/sec (Gen 3)、16Gbit/sec (Gen 4)、32Gbit/sec (Gen 5)及64Gbit/sec (Gen 6)。USB推廣小組亦推出傳輸速率由5Gbit/sec增加到10Gbit/sec的下一世代 USB3.1規格， 且USB 3.2更藉由2條每條連接埠10Gbit/sec或每個連接器20Gbit/sec使數據傳輸速率提高了一倍，USB 4.0增加資料傳輸速率至每條連接埠20Gbit/sec或每個連接器40Gbit/sec。在DisplayPort 2.0規格裡，DisplayPort也將其傳輸速率由5.4Gbit/sec、 8.1Gbit/sec增加到13.5Gbit/sec、20Gbit/sec。另HDMI 2.1也已將其傳輸速率增加到12 Gbit/sec，甚至Thunderbolt每條傳輸速率高達20 Gbit/sec，Thunderbolt 3利用2條傳輸線能使傳輸速率高達40Gbit/sec。USB 4.0也可以支援DisplayPort 2.0及Thunderbolt 3介面。

由於傳輸介面不斷增加其傳輸速率，因而帶來很多產品設計與資料傳輸上的挑戰，其中包括因類比傳輸頻寬上有其先天上的限制，資料訊號在印刷電路板線路上及內部之連接線上傳輸會造成訊號失真情形。而此訊號失真情形若遇上相鄰的其他高速傳輸訊號干擾，將使傳輸資料產生數據錯誤或造成錯誤螢幕顯示。因此要設計出能克服前述傳輸問題的優質高速數位訊號傳輸器與接收器有其相當技術難度，特別是如又考量在較輕薄及較長電池使用時數之系統上所需要較低的電力功耗時。

另一因高速資料傳輸所帶來的挑戰為射頻頻率干擾，其干擾主要來自同一裝置中 所使用的無線傳輸上。當需要同時使用更多種類的無線傳輸、需要支持更小的裝置以及更快的傳輸速率時，射頻頻率干擾將成為裝置設計時重要關注焦點。因而射頻頻率干擾對於資料傳輸器與接受器晶片之電路設計也帶來不小的挑戰。 

大部分在過去10年間推出的高速訊號傳輸介面，例如USB、PCIe、SATA、HDMI、 DisplayPort與eDP，出於使得該等高速傳輸介面得與系統、顯示器與週邊晶片相整合的考慮，需要使用低電壓傳輸訊號。然而因資料傳輸速率非常快，當裝置需使用較長的印刷電路線路，較長連接線，或者較複雜的連接時（例如筆記型電腦的擴展塢）， 都需要使用訊號再生器來支援該等高速訊號傳輸。另外一些較舊的傳輸介面像是LVDS、DVI及HDMI 2.0衍生的標準MHL，經常需要特定介面晶片處理其高電壓訊號，同時也通常需要訊號再生器。

總括前述，由於各高速傳輸介面標準不斷增快其傳輸速率指標，CPU、GPU供應商以及系統製造商為確保其裝置功能、耗電性佳且成本合理，將越來越依賴高速訊號傳輸介面晶片。最近USB Type-C整合了USB3.1與DisplayPort的資料流以及Thunderbolt在單一連接器上，而此單一連接器亦可支援電源傳輸，可大幅改善資料高速傳輸的效率與使用者體驗。USB4.0利用相同的USB Type-C連接器整合DisplayPort、 Thunderbolt和原生20Gbit/sec資料與影像資料，將成為所有桌上型電腦及可攜式電腦裝置的下一代主流外部介面。由此可預見整個產業對高速訊號傳輸介面晶片的需求將較整體電腦應用市場的成長更為快速。

顯示器驅動晶片與時序控制器產業

作為外部影像傳輸介面標準，DisplayPort持續取代VGA、DVI、HDMI而取得更高的市佔率。而與DP使用同樣電子介面，用於中央處理器或繪圖處理器的eDP，已大幅取代LVDS (Low Voltage Differential Signaling)成為在筆記型電腦、平版電腦及一體機中主機板到顯示面板間主要的內嵌影像顯示介面。 

上述嵌入式顯示器系統中的液晶面板上載有時序控制晶片(Tcon)。Tcon接收由繪圖處理器(GPU)傳來的訊號，控制液晶面板所需訊號的時序，再傳送像素資料給另一 種LCD驅動晶片(source driver)。過去十年來，Tcon的設計複雜度不高，一般來說主要由使用較成熟製程大量生產低毛利晶片的亞洲晶片廠商供應。但新的顯示器系統要求正在打亂現行的供應鏈。現今窄邊框高階筆記型電腦市場新趨勢係採用eDP Tcon內嵌驅動晶片的整合型單晶片(TED)，並使用低溫多晶矽(LTPS)薄膜電晶體(TFT)技術之LCD面板。此外，市場持續需求更輕薄的可攜式設備，驅使LCD面板減少厚度， 因而創造出整合觸控、時序控制器與驅動晶片的新品類別tTED。tTED利用內嵌式觸控技術整合顯示面板與消除額外的觸控感應層使整體面板厚度更輕巧。對於主流的非晶矽(a-Si)和氧化物半導體(Oxide) LCD面板，可通過與現有架構相似的多個元件來實現內嵌式觸控技術，包含將觸控類比前端(AFE)整合到驅動晶片中，並將觸控控制器和微控制器(MCU)整合到eDP Tcon中。

LVDS做為主流的嵌入式顯示傳輸介面已超過10年，這波由LVDS轉到eDP的趨勢已經對Tcon的市場造成重大的影響。主機板上的繪圖處理器(GPU)或整合繪圖處理晶片的中央處理器(CPU)等影像訊號輸出晶片都在向更小的高階製程發展。而這類深亞微米(deep-submicron)的製程要支持LVDS的高電位訊號是相當困難的，而這成為eDP成長最主要的驅動力。除此之外，eDP擁有更高的傳輸速率，相較LVDS而言需求的線數較少，晶片的腳位也可以降低；同時eDP通過數據加擾(data scrambling)， 較對EMI與RFI抗干擾性增強，因此可降低系統EMI/RFI屏蔽的需求。同時因為eDP運用與通訊傳輸類似的封包方式傳輸，也能夠增加從前無法實現的新功能。 

eDP較高的影像資料傳輸速率亦可支援高解析度面板、高刷新率遊戲用面板，及廣色域面板(每個像素採用更多影像資料位元)。若使用LVDS而非高速的eDP，結果將導致使用無法接受的更多連接線與腳位以及高功耗。 

不像LVDS僅單純地傳輸像素資料，eDP使用封包方式傳輸，相當類似通訊資料傳輸協定，除像素資料外同時也傳輸控制訊號。這將大幅提高設計難度與複雜度，成為其他傳統Tcon廠商進入eDP市場最大的障礙。為了eDP可在較少線數上高速傳輸資料，Tcon廠商必須使用高精確的高速接收器與等化器等專門的技術，而大多數Tcon廠商都沒有這方面的經驗。 

Tcon後端傳輸介面(Tcon到LCD驅動晶片)也同樣面臨改變，過去幾年mini-LVDS與RSDS主導面板內部傳輸介面的情形也開始改變，被點對點高速序列傳輸介面 SIPI™給取代。他不僅可以減少晶片腳位、訊號線數也可降低功耗。 

Tcon的多項需求功能中包括能進一步降低系統功耗，這包含一個全畫面面板自主刷新畫面功能(Panel-Self-Refresh)或部分面板自主刷新畫面功能(PSR2)。系統在顯示靜止畫面時可進入PSR模式，此時Tcon透過內建的緩衝記憶體將接管GPU全部或部分刷新畫面例行性的工作，降低GPU的負載，於是GPU與顯示介面得以進入低功 耗狀態來降低系統整體的功耗。PSR動作時同時運用資料壓縮技術，這也意味Tcon必須同時具備解壓縮技術；其他還有自動背光調整及多樣影像處理，如提高對比度及廣色域(HDR)，等各種技術可同時降低功耗並改善顯示色彩精準度。 

透過內建液晶面板驅動晶片之eDP時脈控制器(TED)，面板廠商得以將TED晶片直接貼合在TFT玻璃上，這不僅簡化了傳統上TFT 玻璃與Tcon板連接時所需的軟排線，亦可減少Tcon板上的所需的零件與線路，僅需留下背光驅動晶片及一些電源相關周邊線路，縮小了Tcon板的面積以及下邊框的面積。在玻璃的走線上處理高速訊號傳輸是很困難的，要讓TED在玻璃上成功地跑eDP高速訊號更是高難度的挑戰， 要對高速訊號處理有非常深的了解與經驗才有辦法開發這種晶片。相較於傳統FHD液晶面板，根據不同TFT設計架構，一共需要3顆或5顆分離式的Tcon加驅動晶片， 而LTPS面板僅需一顆TED即可驅動橫式FHD液晶面板。而全新整合觸控與時序控制器並內嵌顯示驅動的晶片(tTED)，進一步降低面板設計複雜度，因無需使用觸控板而減少PCB使用空間並負責使用額外的觸控感應層，進而降低觸控顯示面板整體厚度。

譜瑞，是一家高速訊號傳輸介面，顯示晶片設計公司。近5年ROE為39%，29%，23%，22%，24%。毛利率為48%，44%，43%，42%，40%。資產負債率為25%，23%，18%，19%，21%。2021年銷售產品DisplayPort系列佔47.77%，高速傳輸介面晶片佔34.94%，Source Drivers佔11.6%，TrueTouch系列佔5.69%。銷售區域以中國佔37.2%，台灣佔30.94%，南韓佔20.58%，日本佔10.84%。

競爭

在嵌入式顯示器應用市場， 譜瑞eDP Tcon產品的主要競爭對手有Analogix、聯詠(Novatek)、聯發科(Mediatek) 與奇景光電(Himax)等。在高速訊號傳輸介面晶片，主要競爭對手有德州儀器(TI)、恩智浦半導體(NXP)、祥碩、硅谷數模和達爾科技。在MIPI DSI-to-eDP轉換器，支援高解析度面板介面轉換需求，MegaChips及瑞昱為此一產品的市場競爭者。在觸控螢幕控制器，其主要競爭者為新思、敦泰與匯頂科技。