USB 80Gbps：USB4 Version 2.0最新進(jìn)展

通用標準總線(xiàn)應用論壇（USB-IF）于2022年10月宣布推出USB4 Version 2.0，亦即下一代USB標準。在USB4發(fā)布三年后，這項新標準在業(yè)界掀起一股旋風(fēng)，三大理由如下。
一、歐盟宣布自2024年起，USB Type-C將成為智能型手機和其他行動(dòng)裝置統一采用的「通用充電器」。屆時(shí)USB裝置市場(chǎng)即將出現驚人成長(cháng)，因為過(guò)去不愿支持USB生態(tài)系統的科技公司，將轉而采用USB以符合法令規范。
二、在高速數字通訊領(lǐng)域，持續更新標準已是大勢所趨，目標是將數據速率翻倍，以實(shí)現更快的數據傳輸。人工智能（AI）、擴增實(shí)境（Augmented Reality；AR）和虛擬現實(shí)（virtual reality；VR），以及高強度影音串流等創(chuàng )新技術(shù)，帶來(lái)了前所未見(jiàn)的爆量數據處理需求，迫使數據中心、無(wú)線(xiàn)通信和消費性裝置，也必須跟著(zhù)提升速度。
三、USB4 Version 2.0是第一個(gè)支持脈沖振幅調變（Pulse Amplitude Modulation；PAM）信令的USB標準。為了提高數據傳輸速度，最近幾代的以太網(wǎng)絡(luò )標準OIF CEI和IEEE 802.3以及PCI Express均轉移到PAM4標準。USB-IF選擇PAM3作為下一代USB標準的信號編碼機制。


 
圖一 : 自最初的USB標準問(wèn)世20年以來(lái)，USB的數據傳輸速度已大幅躍升。（source：USB-IF；2022/11）

Version 2.0標準最新進(jìn)展
USB4 Version 2.0，又稱(chēng)為USB 80Gbps，支持80 Gb/s的數據傳輸速率，即每個(gè)方向兩個(gè)信道，每信道40 Gb/s。USB Version 2.0是第一個(gè)使用高階信令調變機制的USB標準，可支持每秒達25.6 Gbaud/s的PAM3信令。跟前幾代標準一樣，它向下兼容于先前的USB和Thunderbolt 3標準版本。
同樣的，該標準將持續更新，以符合最新版本的DisplayPort（DP）和PCI Express（PCIe）標準。USB4 Version 2.0透過(guò)USB4架構的穿隧功能，支持PCIe和DP協(xié)議。


 
圖二 : PAM3信令大幅增加了每個(gè)周期所傳輸的位數（約1.58位）（source：USB-IF；2022/11）

在這份聲明中有個(gè)值得注意的細節：針對某些特定應用，USB Type-C現在可支持非對稱(chēng)傳輸。這表示在實(shí)作上，需透過(guò)3個(gè)40 Gb/s USB通道，進(jìn)行同方向的120 Gb/s傳輸，并透過(guò)另一個(gè)通道，進(jìn)行另一個(gè)方向的40 Gb/s傳輸，而不是像過(guò)去一樣，以默認的兩個(gè)通道，分別進(jìn)行兩個(gè)方向的傳輸。


 
圖三 : 利用非對稱(chēng)鏈路模式，某些應用可在一個(gè)通道進(jìn)行同方向的120 Gb/s數據傳輸，并且在另一個(gè)通道進(jìn)行另一方向的40 Gb/s傳輸。（source：USB-IF；2022/11）

此外，USB-PD 3.1規格也已更新，可透過(guò)USB Type-C纜線(xiàn)提供高達240W的電力，讓各式各樣的USB供電應用應運而生。USB Type-C規格同樣也經(jīng)過(guò)更新，以支持新標準。所有這些發(fā)展都朝著(zhù)USB-IF的目標邁進(jìn)，亦即成為消費性電子產(chǎn)品的主要I/O連接器，以便為所有裝置提供數據、電源、音頻和顯示訊號連接。
除了發(fā)布第一版規格外，USB-IF還發(fā)表新的品牌推廣和營(yíng)銷(xiāo)指南，協(xié)助消費者清楚了解各式USB裝置和纜線(xiàn)的兼容性。前幾代標準的名稱(chēng)讓消費者備感困惑，例如USB 3.2 Gen 2x2，又稱(chēng)為「SuperSpeed USB 20Gbps」。有了該品牌推廣指南，消費者可輕松辨識端口和纜線(xiàn)的速度及電源特性。USB4 Version 2.0的消費性名稱(chēng)為USB 80Gbps，清楚標示其數據傳輸速度。


 
圖四 : USB-IF在發(fā)現到前幾代USB標準名稱(chēng)不易辨識后，便將品牌推廣列為首要任務(wù)。（source：USB-IF；2022/11）

USB4 Version 2.0測試解決方案
USB4 Version 2.0仍處于早期發(fā)展階段，但已有開(kāi)發(fā)工程師使用這項標準進(jìn)行產(chǎn)品設計和開(kāi)發(fā)，使得新標準對開(kāi)發(fā)人員和消費性電子產(chǎn)業(yè)的影響愈發(fā)清晰。USB-IF預估USB4 Version 2.0相符性測試規范要到2023年底才會(huì )定案。而第一批通過(guò)認證的USB 80Gbps裝置，可能要到2023年底或2024年初才會(huì )問(wèn)市。此后，主要的USB4認證將納入這些相符性測試變更。


 
圖五 : USB4 2.0版規格的USB-IF認證時(shí)程。（source：USB-IF；2022/11）

是德科技已開(kāi)始與USB-IF共同進(jìn)行USB4 Version 2.0規格探索，以便提供早期采用者所需的新標準設計和驗證解決方案。這些解決方案有助于推動(dòng)USB4標準的發(fā)布，讓更多通過(guò)認證的USB 80Gbps產(chǎn)品能更快問(wèn)市。

（本文作者Ben Miller為是德科技產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理）