美国加州的一家技术公司Keyssa最近披露了一项名为「连网世界」(Connected World)的业界计划,并获得了富士康(Foxconn)和三星(Samsung)等大型公司的投资,藉以宣告这项行动将有助于推动Keyssa的毫米波(mmWave)技术进展。

Keyssa的mmWave技术是专为行动装置与连网装置之间的超高速数据传输而设计的。

如果你没听说过Keyssa,可能会认为这又是另一家新创企业,打算进军已存在几十年但尚未蓬勃发展的超高带宽无线连接市场——类似于WirelessHD和WiGig。

然而,只要更仔细地观察,就能清楚地发现,Keyssa对于无线技术市场竞赛毫无兴趣。Keyssa瞄准的是连接器市场。

Keyssa开发出一种更低成本的低功耗mmWave无线芯片,执行速度高达6Gbps。更重要的是,该公司还有一种微型的商用化非触点连接模块。一向专注于可制造性的Keyssa所设计的模块,能够满足所有系统中关键的电磁和机械要求。

009ednc20171013 低功耗的mmWave无线芯片搭载Kiss Connectivity技术,以专用的嵌入式固态连接器为基础,透过60GHz的极高频率提供高达6Gbps的高速数据传送

Keyssa将这颗芯片视为其「掌上明珠」。其使命在于凭借着低成本、低功耗和高可靠性的优势以取代连接器,并吸引系统OEM采用Keyssa的行动产品和其它系统产品。

但是,随之而来的一个问题显得非常重要:Keyssa的技术是否有机会与目前大家习惯使用且经测试验证的连接器一较高下?

Keyssa认为,在业界无止境追求速度的过程中,这项技术至关重要。Keyssa指出,「使用铜缆管理更高速的讯号,尤其是在外形尺寸越来越小的装置中,正成为一项重大的工程挑战。」该公司宣称,系统工程师已经开始寻找装置到装置连接的替代技术了。

有趣的是,Keyssa发现,这种限制在内部连接还更加明显。当必须发送的讯号变得如此快速时,你打算如何处理板对板或是相机对应用处理器之间的连接?

在进一步阐述之前,我们先来谈谈Keyssa执行长Eric Almgren,因为他代表了这项先进技术背后的人为因素。

010ednc20171013 Keyssa执行长Eric Almgren

Eric Almgren曾经是晶鐌科技(Silicon Image)创办人之一,他可说是少数几位幸运的工程技术主管之一:有幸获得第二次机会得以利用他曾经支持的技术做对(或做错)的每件事。如今,他可以在不同的公司卷土重来。

Almgren领导Silicon Image达11年之久。他经历了HDMI的一举成功,深知赢得市场需要付出什么代价。他也见证了客户最初如何与新的连接技术磨合的过程。

当Silicon Image于2011年收购SiBEAM时(当时Almgren仍是Silicon Image执行长),Almgren也亲眼目睹了他的公司如何艰辛地推动SiBEAM的WirelessHD技术。

WirelessHD是一种专有技术,设计用于使高解析(HD)视讯内容以无线的方式传送至消费电子产品。它运作在60GHz极高频(EHF)无线频段中的7GHz通道。Silicon Image希望将它改变成一种能被广泛接受的HDMI无线版本,但这一切并未实现。

2012年10月,Almgren离开Silicon Image后,加入2009年成立的新创企业Keyssa担任执行长。Keyssa开发出‘Kiss Connectivity’技术,它以一种专有的嵌入式固态连接器为基础,透过极高频率提供低功耗、高速的数据传送。

011ednc20171013 透过Kiss Connectivity技术,就能让手机播放的影音档案流畅地在大屏幕上同步播放(如首图)或快速下载影音数据,而无需连接任何装置

上述介绍引出了一个问题:Keyssa是否想追逐一个业已被其它高带宽无线技术(如WirelessHD或WiGig提出的IEEE 802.11ad)占据的市场?

针对这个问题,Almgren斩钉截铁地回答「不!」他说,那完全不符合事实。「这二者的唯一共同点就只是使用60GHz频段。」

他强调:「Keyssa同样使用60GHz频段,但针对短距离进行了优化。」这让Keyssa得以提供更高的带宽、更短的延迟、更小的天线以及更低功耗。「我们的技术是一种点对点的解决方案,而不是像其它技术那样的共享网络。」

当其它无线技术的目标在于长距离连接,Keyssa则将其Kiss Connectivity定位于近距离传输技术,让消费者「只需简单地将一款装置碰触另一款装置,就能分享视讯和其它档案。」

Keyssa的近场、高带宽途径「能避免其它无线技术面对的问题。」Almgren表示,Wi-Fi或蓝牙与生俱来的问题包括配对困难、必须输入密码、讯号可能中断或被窃听等等。

透过Kiss,「产品设计师就能免于有线连接器的设计挫折,以及无线通信对用户造成的挫折感。」

连接器至关重要

首先,Keyssa有别于其它无线技术供货商之处在于Keyssa始终专注于「连接器」。

大约在十年前,技术供货商(和消费者)仍然热衷于无线「酷炫」的一面。而今,这种热情已经一去不复返了。仅仅是无线技术再也吸引不了消费者或系统OEM。

Almgren的智慧就在于将Keyssa的技术描述从无线特性转变为连接器替代方案。

正如Keyssa所解释的,Kiss Connectivity支持所有当代的有线协议,如USB 3.0、DisplayPort、SATA与PCIe。总之,Keyssa正设法让系统OEM考虑放弃目前整合于其系统中所有难看的连接器。

012ednc20171013 Keyssa董事长Tony Fadell

Almgren并回忆起几年前与Tony Fadell的第一次见面。Fadell的故事让他「真的打脸了」。

Fadell曾经领导苹果(Apple)的一支团队,管理iPod的设计和生产,后来成立了Nest公司。他表示他的团队主要负责像iPod这一类微型系统中的机械连接器。要让连接器在系统中发挥作用并不是一件轻松的事,他告诉Almgren,因为其间存在着电磁波、射频(RF)干扰和静电放电等问题。

连接器在工业设计中也面临挑战。在开发一款美观、轻薄和微型的手持装置时,设计师最不想处理的一件事就是系统中的金属连接器和穿孔。

连接器产业怎么看?

那么连接器产业如何看待Keyssa这家公司?专注于观察电子连接器和互连市场的市场研究公司Bishop & Associates资深副总裁David Pheteplace提出了一个有利的观点:「鉴于这种产品的功能和特性,Keyssa致力于探索连接器市场是十分正确的策略。连接器设计用于连接电路,就像这款产品一样。」

他认为使得Keyssa技术商用化可行的因素如下: .Keyssa的产品支持高数据量(高达6Gb/s)的非接触传输; .作为I/O的产品在外壳上必须毫无实体穿孔(才能让装置密封,如智能型手机); .产品在PCB上所占的实体空间比标准连接器更小; .产品支持标准的数字传输协议,如USB和HDMI。

但是,连接器供货商会与Keyssa打成一片吗?Pheteplace认为,「除了一些例外,这种技术对于大多数连接制造商来说还没有足够的吸引力。但当它开始取得市占率时,你可能会看到不同的反应。」

学到的教训

回顾在Silicon Image的岁月,Almgren还记得客户一直被诸如功耗、成本和支持多种协议等问题困扰。

Keyssa副总裁、HDMI Licensing前总裁Steve Venuti告诉我们,他在Silicon Image时学会了如何从系统角度看待由复杂的有线和无线技术带来的问题。

关于连接的规格内容只是解决方案的一部份。测试速度、传输能力以及可在终端产品上再现是截然不同的。Venuti表示:「我体会到了技术可为客户带来高良率的重要性。」

下一步是测试终端产品以确保兼容性的问题。Almgren表示,「如今,Keyss正将我们从HDMI所学到的一切运用到Keyssa的业务上,而且使其发展得更好。」

为什么耽搁这么久?

Keyssa成立于2009年,当时的公司名称是Waveconnex。该公司充份利用了交通大学校长张懋中(Frank Chang)当时在美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)高速无线实验室的研究成果。他的设计目标在于打造低成本的电子连接方法,让系统设计师得以终结与传统机械连接器之间的抗争。

Keyssa日前发布了无线收发器和接收器芯片——KSS104M,并承诺很快将推出名为KSS104M-CW的商用连接模块。

KSS104M是一款3x3mm的整合模块,支持多种协议、DSP、RF、内建天线,并采用专为EM通道管理而设计的材料打造背板。

013ednc20171013 Kiss Connectivity技术架构(来源:Keyssa)

然而,Keyssa的链路技术其实可以追溯到2011年。那么,这不禁让人好奇:这些年来,Keyssa都在做些什么?

Almgren表示,Keyssa花了这么久的时间才走到这一步,主要是因为「我们一直专注于『可制造性』」。Keyssa希望这款连接解决方案能够易于大量制造。

Almgren指出,采用其毫米波非接触技术而实现的系统可让每个连接器的执行功耗低于100mW,但在EMI、RFI和ESD方面带来了巨大挑战。

此外,Keyssa还必须确保其技术支持所有业界标准。但在「没有软件开销的条件下」做到这点也很困难,Almgren补充道。

因此,过去几年来,该公司的资源大部份都用在无线芯片设计之外。Keyssa的设计选择和工程技术涵盖材料、波导、连接架构、特定的EMI结构、气隙和结构保护等。

除了设计无线芯片外,Almgren说:「我们必须进行所有的[材料和机械]科学,以便让两种芯片——收发器和接收器——彼此互动,同时保持温度和条件中立,才能使连接技术实现低功耗和高可靠度。」

Keyssa法务长Patrick Reutens表示,这促使Keyssa开发了「涉及其非接触技术实现的深度专业技术,以实现可制造性和大量生产。」而其结果呢?Reutens表示:「一系列广泛的专利组合(累积申请的专利应用超过250件,以及全球超过100个发布且经认可的专利)涵盖系统级建置(包括材料、波导、连接架构和连接器结构)、生产测试和使用案例。」

即将面对一场硬仗?

尽管具有可制造性专业技术,但Keyssa的Kiss Connectivity技术仍然势必要打一场硬仗。

Bishop & Associates分析师Pheteplace认为,Kiss Connectivity面临最大的挑战是「说服谨慎的大型OEM不再使用传统的标准连接器进行设计。」他表示:「Keyssa需要让产品得到整个电子产业的接受,成为即插即用的一种实用技术(想想USB在最初启用的时候吧)。」

Almgren坦承,「几十年来,工程师一直顺利地使用机械连接器和单针弹簧连接器。」然而,他认为目前还有几种关键趋势正逐渐吸引工程师和产品设计师采用其它解决方案。

其一是速度。每个人都希望速度更快。在他看来,「铜缆线对于高速讯号的限制正迅速地显现出来。」他表示,金属在业界的使用效果向来不错,但随着外形尺寸缩小,使用铜缆线管理这些更高速度的讯号变得越来越困难。

令人好奇的是,他也看到了Kiss在内部连接方面的潜力。

未来的数据中心或自动驾驶车将会如何处理大量数据传输的负荷?对于从CMOS影像传感器传送至中央传感器融合芯片的原始数据来说,哪一种连接方案能够足够快速地进行处理?目前承载这些讯号的脆弱、昂贵软性电缆也许无法胜任。

还有讯号干扰问题

在较高速度时,金属连接器辐射的讯号可能干扰其它讯号(大多数时候是Wi-Fi)。他解释:「英特尔(Intel)曾经写过有关这个主题的白皮书。他们发现,透过金属传输的USB 3讯号所辐射的讯号会直接干扰2.4GHz的Wi-Fi讯号。」

Keyssa并未透露目前有哪些OEM的产品计划整合Kiss Connectivity。但邀请富士康加入Keyssa的「连网世界」计划意味着富士康可能对制造其模块感兴趣。然而,三星是否考虑在其智能型手机中使用Keyssa的无线连接器,目前则不得而知。

Keyssa最近发布的KSS104M芯片「将以超小型的3x3mm封装」,并采用台积电(TSMC)的65nm制程技术制造。Almgren解释,由于它包含了模拟和RF电路,对于像Keyssa这样的新公司来说是一个「很好的起点」。

他也非常明白,如果无线连接器要用在诸如智能型手机等大规模市场中,那么这些芯片还需要第二个供应来源。因此,Almgren透露,Keyssa可能在今年第4季宣布与一家大型半导体公司合作。

(原文发表于Aspencore旗下EDN姐妹媒体EETimes,参考链接:Using mmWave Tech to Redefine Connectors

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