在當(dāng)今的數(shù)字世界，小屏幕里景象和聲音也能夠栩栩如生。這背后涉及到一系列硬件和軟件技術(shù)，通用串行總線(xiàn)（USB）標(biāo)準(zhǔn)也在其中發(fā)揮著不容忽視的作用。特別是USB4 2.0，此標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到80Gbps，恰好可以滿(mǎn)足用戶(hù)進(jìn)行多媒體演示、視頻編輯或在多個(gè)顯示器上處理大量項(xiàng)目的需求。

USB的每個(gè)版本都能提供更快的速度，因此一直很受歡迎。2014年發(fā)布的USB Type-C接口具有超強(qiáng)靈活性，目前已成為人人皆知的常用有線(xiàn)互連接口。Type-C接口采用小巧、正反兩用的外形設(shè)計(jì)，充電功率最高可達(dá)240W，并可同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和視頻等內(nèi)容，用戶(hù)僅需使用同一接口即可為設(shè)備充電、傳輸數(shù)據(jù)或輸出視頻。

USB4 2.0版規(guī)范由USB開(kāi)發(fā)者論壇于2022年10月發(fā)布，之后將陸續(xù)應(yīng)用在新產(chǎn)品中。而在設(shè)計(jì)支持新版USB規(guī)范的產(chǎn)品時(shí)，開(kāi)發(fā)者還面臨著一些棘手挑戰(zhàn)。在本文中，我們將進(jìn)一步探討這個(gè)新版USB標(biāo)準(zhǔn)，以及IP如何幫助打造兼具USB4 v2功能的高性能SoC。

USB4 v2是如何工作的？

USB4可為筆記本電腦和類(lèi)似設(shè)備帶來(lái)更加精簡(jiǎn)的單線(xiàn)纜擴(kuò)展塢解決方案。USB4接口會(huì)在一次傳輸中同時(shí)包含USB 3.x、DisplayPort、PCIe和可選的主機(jī)至主機(jī)流量，從而支持USB擴(kuò)展塢和設(shè)備根據(jù)需要提取傳輸?shù)腢SB、PCIe和DisplayPort流量。USB4具有自己的協(xié)議和糾錯(cuò)功能，這樣就避免了一些傳統(tǒng)的傳輸協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)，從而增加了可用帶寬。

USB4很快就受到了主流芯片組制造商的歡迎，所以目前市面上有許多配備Type-C接口的筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)和一系列外圍設(shè)備。主機(jī)設(shè)備的可用性逐漸提高，越來(lái)越多的用戶(hù)也隨之認(rèn)識(shí)到自己的連接接口可以支持高性能外圍設(shè)備，例如超高速移動(dòng)硬盤(pán)、高清監(jiān)視器和顯示器。

USB4 v2將USB有線(xiàn)連接的性能提高了一倍，從而為這些移動(dòng)硬盤(pán)及4K和6K顯示器提供了更快的傳輸速度。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)采用了基于PAM-3信號(hào)編碼的新PHY架構(gòu)，適用于現(xiàn)有的40Gbps Type-C無(wú)源線(xiàn)纜和新定義的80Gbps Type-C有源線(xiàn)纜。當(dāng)進(jìn)行非對(duì)稱(chēng)配置時(shí)，USB4 v2可以在一個(gè)傳輸方向上最高實(shí)現(xiàn)120Gbps，并在另一個(gè)傳輸方向上保持40Gbps。

USB4 v2可以用在哪里？

借助USB4 v2，內(nèi)容創(chuàng)作者可以將高清視頻存儲(chǔ)在速度非?？斓耐庵糜脖P(pán)上，從而能快速訪問(wèn)素材，并以超低延遲來(lái)進(jìn)行視頻編輯等任務(wù)。此外，這個(gè)新版接口還支持移動(dòng)通訊和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)應(yīng)用。支持USB4 v2的下一代筆記本電腦僅需一根線(xiàn)纜便能傳輸視頻、音頻、數(shù)據(jù)以及為設(shè)備充電，讓用戶(hù)能夠流暢自如地出入辦公室、會(huì)議室和家庭辦公室等多元場(chǎng)景。

對(duì)于USB4 v2，還有另一個(gè)涉及到人工智能加速器的潛在有趣用例。針對(duì)邊緣應(yīng)用，可以使用USB4 v2線(xiàn)纜將數(shù)據(jù)發(fā)送到本地人工智能加速器進(jìn)行后處理，而不是將所有數(shù)據(jù)發(fā)送云端進(jìn)行人工智能處理。今后人工智能將更加普及，未來(lái)的帶寬也許不足以在確保實(shí)時(shí)性能的前提下，將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端并返回，而基于USB4 v2的方法可以減輕云端的部分負(fù)載。

首款USB4 v2 PHY測(cè)試芯片取得成功

在設(shè)計(jì)USB4 v2時(shí)，信道損耗是必須要注意的關(guān)鍵要素，新接口定義了每個(gè)不同端接的信道損耗，而損耗可能會(huì)導(dǎo)致USB4 v2設(shè)備的有效范圍縮小、錯(cuò)誤率增加、整體系統(tǒng)性能降低。因此，應(yīng)盡可能減少信道損耗，這一點(diǎn)非常重要。

經(jīng)驗(yàn)證的控制器和PHY IP可以通過(guò)強(qiáng)大的錯(cuò)誤代碼糾正來(lái)減輕信道損耗的影響，同時(shí)還有助于盡可能提高USB4 v2設(shè)備的性能。在DesignCon 2024上，新思科技展示了首款80G USB4 v2 PHY IP測(cè)試芯片，請(qǐng)觀看下面的視頻演示。這款PHY能夠以突發(fā)模式或不對(duì)稱(chēng)模式運(yùn)行，以120G發(fā)送、以40G接收。新思科技USB4 v2 PHY IP可用于個(gè)人和辦公室計(jì)算空間，以增強(qiáng)視頻、音頻和數(shù)據(jù)的連接。

除了PHY IP外，新思科技還提供完整的USB4 IP解決方案組合，其中包括控制器、路由器和驗(yàn)證VIP。憑借20多年開(kāi)發(fā)USB解決方案的豐富經(jīng)驗(yàn)，我們的IP旨在幫助開(kāi)發(fā)者降低將USB4功能集成至SoC的風(fēng)險(xiǎn)。

近三十年來(lái)，USB有線(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn)使計(jì)算機(jī)能夠與許多外圍設(shè)備相互通信。新版本的USB4 v2或?qū)⒊蠓忍嵘俣龋构P記本電腦用戶(hù)能夠在不同的工作環(huán)境之間無(wú)縫切換。隨著人工智能的日益普及，USB4 v2有望增強(qiáng)邊緣的人工智能加速性能。

包含USB4 v2功能的SoC設(shè)計(jì)面臨諸多難題，而信道損耗是一大關(guān)鍵挑戰(zhàn)。信道損耗會(huì)降低整體性能。而USB4 v2 PHY IP中強(qiáng)大的錯(cuò)誤代碼糾正功能可以有效減輕信道損耗的影響。PHY IP與控制器、路由器和驗(yàn)證VIP結(jié)合起來(lái)，可以大幅提高USB4 v2 SoC的性能。通過(guò)實(shí)現(xiàn)可靠的高速數(shù)據(jù)傳輸，USB4 v2及其支持的IP生態(tài)系統(tǒng)不僅維持了當(dāng)前的快速發(fā)展節(jié)奏，更引領(lǐng)著數(shù)字世界邁向新的發(fā)展階段，為我們帶來(lái)前所未有的豐富體驗(yàn)。點(diǎn)擊閱讀原文，查看更多關(guān)于USB4 IP的詳細(xì)信息。