USB4? 是 USB 開(kāi)發(fā)者論壇 （USB-IF） 制定的一種新的連接標(biāo)準(zhǔn)。USB4 支持多種高速接口協(xié)議，包括 USB4、DisplayPort、PCI Express 和 Thunderbolt 3，可通過(guò)單根 USB Type-C 電纜高效地傳輸數(shù)據(jù)并同時(shí)傳遞電源和高分辨率視頻。USB4 實(shí)現(xiàn)高達(dá) 40Gbps 的速度，是USB 3.2 Gen 2x2 標(biāo)準(zhǔn)的兩倍。本文將給大家簡(jiǎn)要介紹復(fù)雜的 USB4 新標(biāo)準(zhǔn)，包括電纜和連接器，以及片上系統(tǒng) （SoC） 構(gòu)建塊。

USB4定義全新電纜

USB4 可以使用與 USB 3.2 相同的無(wú)源 Type-C 到 Type-C 電纜，但是電纜長(zhǎng)度可能不同。USB 3.2 在最長(zhǎng) 2 米的電纜上可以保持 5 Gbps 的超高速，同樣的電纜USB4 可達(dá)到 20 Gbps 的速度。USB 3.2在最長(zhǎng) 1 米的電纜上可達(dá)到10 Gbps - 20 Gbps 的超高速，同樣的電纜USB4 可達(dá)到 20 Gbps 的速度，而在0.8 米長(zhǎng)的電纜上， USB4 傳輸速度可達(dá)到40 Gbps。因此，我們預(yù)計(jì)使用 USB 3.2 的 1 米電纜將被淘汰，取而代之的是使用新的 USB4 標(biāo)準(zhǔn)的 0.8 米電纜。除 DisplayPort 切換模式外，這些 0.8 米的電纜還適用于 USB 3.2 和 USB4。

當(dāng)USB4 40 Gbps 的電纜長(zhǎng)度大于 0.8 米，USB4 20 Gbps 的電纜長(zhǎng)度大于 2 米時(shí)，需要使用有源電纜。有源電纜的設(shè)計(jì)很復(fù)雜。

USB4有哪些規(guī)范？

USB4 規(guī)范描述了不同 USB4 產(chǎn)品類型的特性和功能。USB4 雙總線系統(tǒng)架構(gòu)，其中 USB 2.0（用于向后兼容）與 USB4 分開(kāi)布線。USB 主機(jī)“下游端口”連接到 USB4 集線器、USB 擴(kuò)展塢（圖 1 中未顯示）和 USB4 設(shè)備“上游端口”。其他 USB4 集線器、USB4 擴(kuò)展塢和/或 USB4 設(shè)備的連接就像 USB 2.0 和 USB 3.2 規(guī)范中已知的標(biāo)準(zhǔn) USB 拓?fù)浜驮O(shè)備樹(shù)一樣。

USB4為什么需要構(gòu)建塊？

USB4 主機(jī)、集線器、擴(kuò)展塢和設(shè)備的描述表明，設(shè)計(jì) USB4 產(chǎn)品需要許多不同的構(gòu)建塊。新思科技提供設(shè)計(jì) USB4 產(chǎn)品所需的各種 DesignWare? IP。

USB4 PHY 能用在哪里？

DesignWare USB4 PHY IP 可在 USB4 主機(jī)、USB4 集線器下游端口 （DFP）、USB4 擴(kuò)展塢 DFP 和某些 USB4 設(shè)備應(yīng)用的高級(jí)工藝節(jié)點(diǎn)中使用。新思科技 USB4 PHY 可以通過(guò)定制 Type-C 輔助 （TCA） 數(shù)字cross-bar切換功能，以實(shí)現(xiàn)主機(jī)應(yīng)用的通道多路復(fù)用。數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)確保最佳的信號(hào)質(zhì)量，這對(duì)于保證 10 Gbps 和 20 Gbps 的數(shù)據(jù)速率至關(guān)重要。新思科技還在為某些 USB4 設(shè)備應(yīng)用提供合適的低成本工藝節(jié)點(diǎn)的 USB4 PHY。USB4 主機(jī)、集線器和擴(kuò)展塢上用于 DFP 的 USB4 PHY 必須以多種模式運(yùn)行：USB4、Thunderbolt3、USB 3.x 和 DisplayPort TX 切換模式。

如何在USB4 PHY 中使用 DisplayPort 2.0？

DisplayPort 2.0 流量不會(huì)通過(guò) USB4 或 Thunderbolt 進(jìn)行隧道傳輸，因?yàn)?USB4 規(guī)范僅定義了 DisplayPort 1.4a 隧道傳輸。新思科技USB4 PHY 支持 DisplayPort 1.4 TX 切換模式，可以根據(jù)新發(fā)布的 DisplayPort 2.0 切換模式規(guī)范進(jìn)行定制以支持 DisplayPort 2.0 TX。當(dāng)通過(guò)定制支持 DisplayPort 2.0 TX 后，新思科技的 USB4 PHY 支持 UHBR10、UHBR13.5 和 UHBR20 數(shù)據(jù)速率。UHBR20 的四個(gè)通道可提供 80 Gbps 的原始數(shù)據(jù)速率，能夠支持 8K甚至 16k 顯示器和電視、高刷新率游戲、高級(jí) AR/VR 和其他高級(jí)顯示應(yīng)用。

USB4 設(shè)備路由器如何用于AI加速？

新思科技提供 DesignWare? USB4 設(shè)備路由器 IP，該 IP 最初面向的是邊緣和大容量存儲(chǔ)應(yīng)用的人工智能（AI）加速器。每個(gè) AI 加速器如何與關(guān)聯(lián)的本地計(jì)算和存儲(chǔ)器一起運(yùn)行，取決于具體實(shí)際情況，但是圖 3 展示了一個(gè)可能的示例。在 USB4 模式下，這個(gè) AI 加速器使用 USB4 連接到帶有隧道 PCIe 的 PCIe 4.0 嵌入式端點(diǎn)。這種模式使 AI 加速器可以利用連接到主機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)器的低延遲直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) （DMA） 連接。在 USB 3.x 模式下，該 AI 加速器使用舊版 USB 流（同步）或大量流量連接到 USB 主機(jī)。支持 PCIe 4.0 的定制 USB4 PHY。集成定制的 USB4 PHY 時(shí)，可以將 AI 加速器安裝在嵌入式主機(jī)中的 PCB 上，或安裝在 PCIe 擴(kuò)展卡上。

如何使用額外的USB4構(gòu)建塊完成 SoC 設(shè)計(jì)？

除了 DesignWare USB4 PHY IP 和 USB4 設(shè)備路由器外，新思科技還提供 xHCI 增強(qiáng)型超高速控制器 IP，可用于 USB4 主機(jī)、USB4 集線器和 USB4 擴(kuò)展塢產(chǎn)品。此外，新思科技還提供用于 USB4 擴(kuò)展塢和 USB4 設(shè)備產(chǎn)品的 USB 2.0 和 USB 3.2 設(shè)備控制器 IP，以及用于 USB4 擴(kuò)展塢和 USB4 設(shè)備產(chǎn)品中的舊版 USB 端口的 USB 2.0 和 USB 3.2 PHY IP。對(duì)于顯示應(yīng)用，新思科技通過(guò)使用新思科技HDCP 2.3嵌入式安全模塊提供支持高清內(nèi)容保護(hù)（HDCP）的DisplayPort 1.4 TX（源）控制器IP 。這種 IP 組合可用于 USB4 主機(jī)、USB4 擴(kuò)展塢和 USB4 設(shè)備產(chǎn)品。

新思科技還提供 DesignWare USB/DisplayPort 1.4 PHY IP，可與 USB4 擴(kuò)展塢和 USB4 設(shè)備產(chǎn)品使用的舊版 DisplayPort 連接器一起使用。設(shè)計(jì)人員如果想要推出與眾不同的 USB4 擴(kuò)展塢設(shè)計(jì)，可以將新思科技HDMI 控制器和 PHY IP 與適合舊版 HDMI 端口的 HDCP 2.3 ESM 安全 IP 一起集成到 USB4 擴(kuò)展塢或 USB4 設(shè)備上。新思科技DesignWare 用于 USB4 主機(jī)的 PCIe 控制器（PCIe 根復(fù)合體）IP，用于 USB4 集線器、USB4 擴(kuò)展塢和復(fù)雜 USB4 設(shè)備的 PCIe 交換機(jī)，以及 PCIe 設(shè)備控制器（PCIe 嵌入式端點(diǎn)），均可用于 USB4 擴(kuò)展塢和 USB4 設(shè)備產(chǎn)品。

總結(jié)

用戶需求促使 USB4 變得日益復(fù)雜，消費(fèi)者希望 USB4 產(chǎn)品能夠同時(shí)支持 USB、Thunderbolt 和 DisplayPort 操作模式以及現(xiàn)有產(chǎn)品。根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范精心設(shè)計(jì)的 USB4 產(chǎn)品也會(huì)支持未來(lái)的產(chǎn)品，但是目前還不能確定 2019 年發(fā)布的 USB4 規(guī)范是不是最終版、是否會(huì)出現(xiàn) USB4 發(fā)展放緩，和/或設(shè)計(jì)人員將來(lái)是否必須面對(duì) USB5等問(wèn)題。無(wú)論如何，滿足用戶“USB 正好合適的”的期望的 USB4 產(chǎn)品設(shè)計(jì)將會(huì)令 USB4 取得成功。

作為 USB 技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的主要貢獻(xiàn)者，新思科技為幾乎所有已發(fā)布的 USB 標(biāo)準(zhǔn)提出了意見(jiàn)。作為世界上最受歡迎和使用最廣泛的 USB IP 供應(yīng)商，新思科技的產(chǎn)品符合從 USB 1.1 到 USB4 的所有標(biāo)準(zhǔn)。
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