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    乘風破浪的USB Type-C,年底將迎來USB4版本
    發布時間:2020-07-18 20:31:11 瀏覽:[ ]次

    通用串行總線(Universal Serial Bus,簡稱USB)可能是這個世界上最通用的接口之一。它最初是由英特爾與微軟倡導發起,最大的特點是盡可能實現熱插拔和即插即用。USB接口自1994年推出以來,經過26年的發展,經過USB 1.0/1.1、USB2.0、USB 3.x,最終發展到了現在的USB4;傳輸速率也從最開始的1.5Mbps,大幅提高到了最新的40Gbps。

    ?乘風破浪的USB Type-C,年底將迎來USB4版本(圖1)
    圖1:USB不同版本的標志、傳輸速率和理論速度。(圖片來源:維基百科)

    Type-C乘風破浪,發展迅速

    不僅版本和傳輸速率經歷了很多的變化,其接頭也經歷了多種變化,從Type-A、Type-A SuperSpeed、Type-B、Micro-B、到Type-C,這其中有經典的接頭,也有不太友好,最終被市場棄用的接頭。

    ?乘風破浪的USB Type-C,年底將迎來USB4版本(圖2)
    圖2:USB接頭與其可支持的USB版本。(圖片來源:維基百科)

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    這其中USB Type-C是在2013年底公布,2014年開始有量產產品推出,經過多年的發展,如今已經成為了主流的USB接口。
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    目前不僅新推出的智能手機基本上都支持Type-C接頭了,還有筆記本電腦、數碼相機、智能音箱、移動電源等等設備也都開始采用Type-C規格的USB接口了。比如蘋果已經完全將旗下的MacBook筆記本電腦改為了純USB Type-C接口來讓用戶傳輸數據或充電。更有市場傳言,蘋果將會在未來的iPhone上?也采用USB Type-C接口。
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    而USB-IF在2019年9月3日發布的USB4標準更是宣布,將只支持Type-C接。
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    為何開始那么多的接頭,最終都歸結為Type-C呢?這與它幾乎解決了過去USB接頭的所有缺陷密切相關,比如它無需區分正反、最高可以支持5A大電流,在USB4標準支持下,最高可傳輸速率可達40Gbps。
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    據了解,目前一些北美和臺灣知名IC設計企業都已經開始了USB4芯片的研發工作。預計今年年底就會有采用USB4標準的Type-C產品面市。
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    USB4產品好設計嗎?

    ?前面有提到USB-IF在2019年9月的時候正式推出了USB4規范。該新規范有哪些變革呢?
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    新的USB4最大的改變是引入了英特爾此前捐獻給USB-IF的Thunderbolt雷電協議規范,通過雙鏈路運行,傳輸帶寬又翻了一番,達到了40Gbps,而且可通過隧道(Tunnelling)傳輸技術支持多種數據和顯示協議,例如PCI Express和DisplayPort。此外,USB4在引入新的底層協議的同時,仍然保持了良好的兼容性,可向下兼容USB3.2/3.1/3.0/2.0,以及雷電3。
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    也正是如此,USB4成為了迄今為止最為復雜的USB標準,從而要求設計者必須要了解USB4、USB3.2、USB2.0、USB Type-C和USB Power Delivery技術規范。此外,設計者還必須了解PCI Express和DisplayPort規范,以及與USB4 DisplayPort模式 適配的高清內容保護(HDCP)技術。
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    由此可見,要設計一款具有完整功能的USB4 Type-C產品并非易事。那有沒有簡便的方法呢?
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    完整的USB4 IP解決方案可縮短芯片開發時間

    新思科技(Synopsys)在今年6月份推出的業界首款完整的DesignWare?USB4?IP解決方案就可以降低支持40Gbps USB規范的SoC開發風險,加快芯片上市時間。該解決方案由控制器(Controller)、路由器(Router)、PHY和驗證IP(Verification IP)組成。DesignWare? USB4 IP的最高傳輸速度為40 Gbps,是USB3.2的最高數據傳輸率的兩倍,并可向下兼容USB 3.x和USB2.0系統。DesignWare? USB4 IP支持多個高速接口協議,包括USB4、DisplayPort 1.4a TX、PCI Express和Thunderbolt 3,通過一根USB Type-C數據線即可實現高效的數據傳輸、高清視頻傳輸,以及強大的設備供電能力。

    乘風破浪的USB Type-C,年底將迎來USB4版本(圖3)?
    圖3:USB4雙總線系統架構,其中USB 2.0(用于向后兼容)與USB4分別使用不同鏈路。(圖片來源:新思科技)

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    據了解,新思科技已經在先進的5nm FinFET工藝中成功實現了其USB4 IP的測試芯片流片,證明了該IP在不同范圍工藝、電壓和溫度下的穩定性。新思科技也計劃在7nm以及其他工藝節點上推出USB4 PHY IP。新的DesignWare? USB4 IP旨在滿足各種存儲、PC和平板電腦芯片設計的功能、電源、性能和尺寸要求,并可在邊緣設備上實現人工智能(AI)應用的軟件開發調試和輕松部署。
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    DesignWare? USB4路由器IP構建了所有支持協議之間的有效連接,并與USB4控制器IP一起進行了數百萬個CPU模擬小時仿真的預先驗證,確保長期運行下的性能和互操作性。DesignWare? USB4 PHY IP支持所有所需協議,芯片占用面積約為獨立協議PHY的三分之一,并提供高效的電源管理能力。
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    新思科技的USB4驗證IP解決方案包括內置覆蓋率、協議檢驗器、用于主機和設備路由器拓撲的Verdi協議感知調試技術,以及用于USB、PCI Express和DisplayPort隧道傳輸協議驗證的復雜源代碼測試套件,加快完成驗證收斂。
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    結語

    ?USB4將多種協議都統一到Type-C接口,未來我們使用的筆記本電腦、手機、游戲機、相機和顯示器等設備都將采用統一的數據線纜,這將會給我們的生活帶來非常大的便利,以后再也無需去費勁地認識那么多復雜的接口,也不需要出門時帶上一大堆不同類型的線纜,一根線就解決了所有問題。而新思科技的USB4 IP方案,將會加速這個進程,讓一根Type-C線纜走天下的時代更快來臨。

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