USB 80Gbps：USB4 Version 2.0最新进展

作者：时间：2023-01-31来源：CTIMES收藏

通用标准总线应用论坛（USB-IF）于2022年10月宣布推出USB4 Version 2.0，亦即下一代USB标准。在USB4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、USB4 Version 2.0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。

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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）

Version 2.0标准最新进展
USB4 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。

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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。

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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。

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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。

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图五 : USB4 2.0版规格的USB-IF认证时程。（source：USB-IF；2022/11）