通用标准总线应用论坛(-IF)于2022年10月宣布推出4 ,亦即下一代标准。在发布三年后,这项新标准在业界掀起一股旋风,三大理由如下。
一、欧盟宣布自2024年起,USB Type-C将成为智能型手机和其他行动装置统一采用的「通用充电器」。届时USB装置市场即将出现惊人成长,因为过去不愿支持USB生态系统的科技公司,将转而采用USB以符合法令规范。
二、在高速数字通讯领域,持续更新标准已是大势所趋,目标是将数据速率翻倍,以实现更快的数据传输。人工智能(AI)、扩增实境(Augmented Reality;AR)和虚拟现实(virtual reality;VR),以及高强度影音串流等创新技术,带来了前所未见的爆量数据处理需求,迫使数据中心、无线通信和消费性装置,也必须跟着提升速度。
三、 是第一个支持脉冲振幅调变(Pulse Amplitude Modulation;PAM)信令的USB标准。为了提高数据传输速度,最近几代的以太网络标准OIF CEI和IEEE 802.3以及PCI Express均转移到PAM4标准。USB-IF选择PAM3作为下一代USB标准的信号编码机制。
图一 : 自最初的USB标准问世20年以来,USB的数据传输速度已大幅跃升。(source:USB-IF;2022/11)
标准最新进展
Version 2.0,又称为USB 80Gbps,支持80 Gb/s的数据传输速率,即每个方向两个信道,每信道40 Gb/s。USB Version 2.0是第一个使用高阶信令调变机制的USB标准,可支持每秒达25.6 Gbaud/s的PAM3信令。跟前几代标准一样,它向下兼容于先前的USB和Thunderbolt 3标准版本。
同样的,该标准将持续更新,以符合最新版本的DisplayPort(DP)和PCI Express(PCIe)标准。USB4 Version 2.0透过USB4架构的穿隧功能,支持PCIe和DP协议。
图二 : PAM3信令大幅增加了每个周期所传输的位数(约1.58位)(source:USB-IF;2022/11)
在这份声明中有个值得注意的细节:针对某些特定应用,USB Type-C现在可支持非对称传输。这表示在实作上,需透过3个40 Gb/s USB通道,进行同方向的120 Gb/s传输,并透过另一个通道,进行另一个方向的40 Gb/s传输,而不是像过去一样,以默认的两个通道,分别进行两个方向的传输。
图三 : 利用非对称链路模式,某些应用可在一个通道进行同方向的120 Gb/s数据传输,并且在另一个通道进行另一方向的40 Gb/s传输。(source:USB-IF;2022/11)
此外,USB-PD 3.1规格也已更新,可透过USB Type-C缆线提供高达240W的电力,让各式各样的USB供电应用应运而生。USB Type-C规格同样也经过更新,以支持新标准。所有这些发展都朝着USB-IF的目标迈进,亦即成为消费性电子产品的主要I/O连接器,以便为所有装置提供数据、电源、音频和显示讯号连接。
除了发布第一版规格外,USB-IF还发表新的品牌推广和营销指南,协助消费者清楚了解各式USB装置和缆线的兼容性。前几代标准的名称让消费者备感困惑,例如USB 3.2 Gen 2x2,又称为「SuperSpeed USB 20Gbps」。有了该品牌推广指南,消费者可轻松辨识端口和缆线的速度及电源特性。USB4 Version 2.0的消费性名称为USB 80Gbps,清楚标示其数据传输速度。
图四 : USB-IF在发现到前几代USB标准名称不易辨识后,便将品牌推广列为首要任务。(source:USB-IF;2022/11)
USB4 Version 2.0测试解决方案
USB4 Version 2.0仍处于早期发展阶段,但已有开发工程师使用这项标准进行产品设计和开发,使得新标准对开发人员和消费性电子产业的影响愈发清晰。USB-IF预估USB4 Version 2.0相符性测试规范要到2023年底才会定案。而第一批通过认证的USB 80Gbps装置,可能要到2023年底或2024年初才会问市。此后,主要的USB4认证将纳入这些相符性测试变更。
图五 : USB4 2.0版规格的USB-IF认证时程。(source:USB-IF;2022/11)
是德科技已开始与USB-IF共同进行USB4 Version 2.0规格探索,以便提供早期采用者所需的新标准设计和验证解决方案。这些解决方案有助于推动USB4标准的发布,让更多通过认证的USB 80Gbps产品能更快问市。
(本文作者Ben Miller为是德科技产品营销经理)