你最近入手過(guò)U盤(pán)嗎?你有注意過(guò)自己買(mǎi)的是USB2.0、3.0、3.2還是4嗎?你知道我們常說(shuō)的USB究竟指什么嗎?

USB其實(shí)是在不同設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)，它是一種傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議規(guī)范，也是一種接口技術(shù)規(guī)范?？梢哉f(shuō)USB改變了我們連接和使用計(jì)算機(jī)，以及各種外部設(shè)備(例如顯示器、存儲(chǔ)設(shè)備、音頻和視頻輸入設(shè)備等)的方式。

最早的USB1.0 問(wèn)世于上世紀(jì)90年代初，它主要規(guī)范了打印機(jī)、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等設(shè)備與個(gè)人電腦之間的連接方式。USB1.0的連接速度相當(dāng)慢，大約是1.5MB/s或12MB/s，而最新的USB4的連接速度則高達(dá)40GB/s，也就是說(shuō)傳輸10GB的文件理論上來(lái)說(shuō)僅需4秒，這個(gè)速度是USB3.2的兩倍。

與之前幾代USB相比，USB4不僅傳輸速度更快，兼容性也更好(支持向后兼容即兼容更低版本)，它可以更高效地連接幾乎所有設(shè)備并為其充電。如果你的手機(jī)、電腦、顯示器、打印機(jī)等設(shè)備都支持USB4，那么理論上你只需要一根支持USB4的數(shù)據(jù)線，就可以在設(shè)備之間進(jìn)行連接，居家辦公也會(huì)因此方便很多，再也不需要買(mǎi)各種接口的轉(zhuǎn)換線了，因此USB4可以讓我們的工作模式更加豐富和便捷。此外，USB4的另一個(gè)厲害之處還在于它有望應(yīng)用于支持人工智能計(jì)算的邊緣設(shè)備中。

對(duì)于芯片開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，USB4意味著更高的復(fù)雜性，因?yàn)樾酒O(shè)計(jì)也要與時(shí)俱進(jìn)，必須要滿足最新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。接下來(lái)我們將主要介紹USB4與USB3.2的區(qū)別，以及芯片開(kāi)發(fā)者要如何在下一代芯片設(shè)計(jì)中部署USB4。

USB4 v.s. USB3.2

USB4和USB3.2使用的都是Type-C接口，但USB4卻要復(fù)雜得多。USB4支持通過(guò)同一個(gè)Type-C接口，在同一個(gè)鏈路上，同時(shí)進(jìn)行主機(jī)至主機(jī)、PCI Express (PCIe)、DisplayPort音頻/視頻和USB數(shù)據(jù)的傳輸。兩個(gè)USB4主機(jī)可通過(guò)主機(jī)至主機(jī)隧道傳輸交換IP數(shù)據(jù)包;DisplayPort和USB隧道傳輸意味著音頻、視頻、數(shù)據(jù)和電源可通過(guò)同一個(gè)接口傳送，速度比使用USB3.2時(shí)快很多。此外，PCIe隧道傳輸可提供高帶寬、低延遲，能夠?qū)崿F(xiàn)高吞吐量的大容量存儲(chǔ)、邊緣人工智能和其他多種用例。

USB4將兩個(gè)傳輸和接收通道整合為一個(gè)USB-C接口，速率可達(dá)20 Gbps和40 Gbps，每個(gè)通道數(shù)據(jù)速率可達(dá)約10 Gbps或 20 Gbps。對(duì)芯片開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，這一數(shù)據(jù)非常重要，他們需要知道：Thunderbolt3模式在每個(gè)傳輸和接收通道上的數(shù)據(jù)速率為10.3125 Gbps或20.625 Gbps。在傳統(tǒng)USB模式中，只有一個(gè)傳輸/接收通道在5 Gbps(USB3.0)或 10 Gbps(USB3.1)的速率下運(yùn)行，USB3.2的兩個(gè)通道都在10 Gbps的速率下運(yùn)行。

新思科技助力芯片開(kāi)發(fā)者們

加速部署USB4

如果要在今后的SoC設(shè)計(jì)中采用USB4，芯片開(kāi)發(fā)者必須要了解USB4這一規(guī)范的復(fù)雜性，同時(shí)還要了解USB3.2、USB2.0、USB Type-C 和 USB Power Delivery，以及PCIe、DisplayPort和高分辨率內(nèi)容保護(hù)(HDCP)規(guī)范。

新思科技可提供包括主機(jī)、集線器、擴(kuò)展塢和設(shè)備等一系列構(gòu)建模塊，用于設(shè)計(jì)USB4產(chǎn)品。這些組件的基本架構(gòu)如下：

USB4主機(jī)：包含主機(jī)接口、DisplayPort源設(shè)備和增強(qiáng)型SuperSpeed USB主機(jī)控制器，可在USB4模式下連接到主機(jī)路由器。根據(jù)USB4規(guī)范，PCIe Root Complex 控制器是可選的，但所有當(dāng)前的USB4主機(jī)都支持PCIe隧道傳輸。USB4主機(jī)還必須支持傳統(tǒng)的USB和DisplayPort Alternate模式，這樣可確保后向兼容現(xiàn)有的USB 和 DisplayPort Alt Mode外部設(shè)備。

USB4集線器：包含一個(gè)上行端口(UFP)以及一個(gè)或多個(gè)下行端口(DFP)符合 USB4規(guī)范。單個(gè)上行端口有助于為開(kāi)發(fā)者降低復(fù)雜性，也可為用戶減少混亂。需要注意的是，USB4集線器既包括傳統(tǒng)的USB集線器，又包括PCIe交換機(jī)和USB4 設(shè)備路由器，因此遠(yuǎn)比USB3.2或USB2.0集線器復(fù)雜。

USB4擴(kuò)展塢：也有一個(gè)上行端口和一個(gè)或多個(gè)下行端口。相比USB4集線器，USB4擴(kuò)展塢還具備多項(xiàng)集成功能，例如以太網(wǎng)適配器、USB音頻功能、與傳統(tǒng) DisplayPort相連接的DisplayPort輸出，以及用于USB鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、存儲(chǔ)設(shè)備、攝像頭等外設(shè)的傳統(tǒng)接口。

USB4設(shè)備(比如U盤(pán))是最簡(jiǎn)單的USB4產(chǎn)品。它有一個(gè)USB4上行端口，而沒(méi)有 USB4下行端口。因此，它代表USB4系統(tǒng)的端點(diǎn)，不連接其他的USB4集線器、擴(kuò)展塢或設(shè)備。但是，需要的功能越多，它必然會(huì)變得越復(fù)雜。(如移動(dòng)硬盤(pán)需接外外部顯卡盒子)

USB4：引領(lǐng)下一代芯片創(chuàng)新

2020年4月，IEEE發(fā)表的帶寬評(píng)估報(bào)告預(yù)測(cè)了2022年的互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量以及設(shè)備數(shù)量，并與2017年的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較：

全球互聯(lián)網(wǎng)用戶量：

34億(2017) → 48億(2022)

連接設(shè)備量：

180億(2017) → 285億(2022)

每月人均使用數(shù)據(jù)量：

29%(2017)→ 85%(2022)

近幾年，遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)和辦公的頻率大幅增加，也推動(dòng)了這幾項(xiàng)數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)。而更加順暢的上網(wǎng)課和居家辦公需要更快的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和更高的設(shè)備接口速度，USB4的誕生恰逢其時(shí)，滿足了新的學(xué)習(xí)和工作模式對(duì)于數(shù)據(jù)和接口速度的需求。

無(wú)論是現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的升級(jí)還是工作學(xué)習(xí)模式的轉(zhuǎn)換，都需要芯片加持。在芯片設(shè)計(jì)中將接口規(guī)范升級(jí)為USB4，并確保所有系統(tǒng)組件能夠協(xié)同工作，對(duì)于芯片開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)是個(gè)非常艱巨的任務(wù)。

新思科技推出了完整的USB4解決方案DesignWare USB4 IP，可以確保USB4能夠達(dá)到甚至超過(guò)預(yù)期，以幫助客戶加快產(chǎn)品上市速度。DesignWare USB4 IP解決方案支持所有符合USB4規(guī)范的應(yīng)用，包括物理層(PHY)、路由器、控制器和驗(yàn)證IP，并支持5nm和6nm工藝制程。當(dāng)USB4升級(jí)到下一代時(shí)，新思科技的USB4 IP解決方案將支持更多主流制程，如12nm，也就是幾乎所有的USB4外部設(shè)備。

USB4，支持高達(dá)40Gbps的高傳輸速率、向后兼容、一根線連接所有設(shè)備、加速創(chuàng)新!USB4必將成為先進(jìn)SoC和外設(shè)類型ASIC設(shè)計(jì)流程不可或缺的一部分。

原文標(biāo)題：一根數(shù)據(jù)線走天下，USB4全力加速下一代芯片創(chuàng)新

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