1171
在CES 2022發(fā)布會(huì)上，AMD對Ryzen 6000的一個(gè)升級迎來了彈幕一連串“yes”，那就是AMD終于支持USB4了。
USB實(shí)施者論壇（USB-IF）是推動(dòng)和采用USB技術(shù)的支持組織，2019年，USB-IF宣布推出USB4規(guī)范，這是一項(xiàng)重大更新，旨在提供下一代USB架構(gòu)，補(bǔ)充和構(gòu)建現(xiàn)有USB 3.2和USB 2.0架構(gòu)。USB4架構(gòu)基于英特爾向USB Promoter Group提供的Thunderbolt協(xié)議規(guī)范。它使USB的最大總帶寬加倍，并支持多個(gè)同步數(shù)據(jù)和顯示協(xié)議。USB4規(guī)范的開發(fā)于2019年3月由USB Promoter Group首次公布。
USB4與上一代協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)相比最大的亮點(diǎn)就是其數(shù)據(jù)傳輸速度最大可以達(dá)到40Gbps，除此之外，USB4使用Type-C端口，線纜類型為C to C；USB4 需要USB PD支持提供充電功能，同時(shí)將電力傳輸上線，允許建立DisplayPort和 PCIe通道。這意味著除了傳統(tǒng)的文件傳輸，USB4還能滿足音頻傳輸、視頻傳輸和充電功能。而這種功能多樣性的演進(jìn)，是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。
USB4成為必爭之地
2020年，蘋果Mac設(shè)備中使用了首款A(yù)pple Silicon芯片M1，實(shí)現(xiàn)了首個(gè)支持USB4和ThunderBolt 3的定制主控，并提供了全球首個(gè)符合USB4規(guī)范的系統(tǒng)。
隨后，數(shù)款采用第11代酷睿Tiger Lake處理器的筆記本產(chǎn)品和少量采用該規(guī)范的產(chǎn)品也已經(jīng)開始使用USB4。同一年，微軟向外界表示完善對USB4設(shè)備的驅(qū)動(dòng)支持，配合傳說中的11代酷睿和500系芯片組使用。
作為發(fā)明了雷電3的英特爾，在2020年的CES上同樣正式官宣了雷電4，支持與USB4相同的速度40Gps，在不少業(yè)內(nèi)人士看來與USB4相差無幾。
2年后， AMD也加入了USB4的陣營，而根據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道，J5create（勾五）也已經(jīng)與英特爾合作開發(fā)下一代USB 4外設(shè)。
近日，據(jù)外媒透露，蘋果正在考慮為iPhone 14 Pro換裝USB-C接口，原先的蘋果Lightning閃電接口只能支持USB 2.0的速度。錄制1分鐘的4K ProRes視頻就需要6GB本地空間，靠Lightning口傳輸，過程痛苦不堪。有人做過測試，如果換上USB4，則只需要2分半。部分iPad已經(jīng)開始使用Type C接口，那么iPhone使用USB4應(yīng)該只是時(shí)間的問題。
但是，USB4并不如想象中簡單，新思科技（Synopsys）曾經(jīng)表示，USB4堪稱史上最復(fù)雜的接口類通訊協(xié)議，本質(zhì)上并非一個(gè)從頭起草的協(xié)議，而是根據(jù)用戶的產(chǎn)品形態(tài)將不同的通訊協(xié)議整合在一起，其中的驗(yàn)證及設(shè)計(jì)集成的復(fù)雜度不可忽視。雖然難，但是以新思為代表的EDA公司早就開始在USB4的IP架構(gòu)上布局，爭奪價(jià)值鏈高地。
新思科技設(shè)計(jì)的USB4 IP方案
USB控制芯片
USB控制芯片包括主控端芯片和裝置端芯片。隨著USB4的更新，支持USB4 的主控制器成為業(yè)界的趨勢。主控芯片的應(yīng)用包括橋接芯片、PCIe USB介面卡。賽普拉斯在2020年3月推出了兩款主控芯片，算是首款支持USB4的USB控制芯片，這兩款產(chǎn)品只能支持20Gbps的傳輸速度，只是半血版的USB4。
對高傳輸速度感興趣的當(dāng)然還有存儲行業(yè)，所以硬盤廠商也是USB4的先行者。國內(nèi)的?？荡鎯鸵呀?jīng)推出了支持USB4的移動(dòng)固態(tài)硬盤，這就需要PPSD主控芯片支持USB4協(xié)議。同時(shí)，目前存在筆記本是Type-C接口支持USB4但用戶的一些設(shè)備仍需要使用過去的接口的情況，因此使用時(shí)需要擴(kuò)展塢的支持；而一部分?jǐn)U展塢也已經(jīng)支持USB4 協(xié)議，如金士頓的SD5700T擴(kuò)展塢。
USB PD芯片
前面還說過USB4 讓快速充電成為可能，USB PD 理論上可以提供高達(dá) 100 瓦的功率，但實(shí)現(xiàn)這一功能需要USB PD芯片的參與。USB PD是USB 電力傳輸?shù)目s寫，而這種芯片已經(jīng)被廣泛引用在手機(jī)、游戲機(jī)、筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備上。
在快充成為趨勢后，USB PD芯片已經(jīng)成為一個(gè)熱門賽道。而意法半導(dǎo)體、英飛凌、瑞薩、德州半導(dǎo)體這些傳統(tǒng)強(qiáng)企，都是這條賽道的主要參與者。值得注意的是，參與USB4規(guī)范的正式版本制定的公司正是蘋果、惠普、英特爾、微軟、瑞薩、意法半導(dǎo)體和德州儀器。
快充在手機(jī)上的普及還帶動(dòng)了第三代半導(dǎo)體GaN材料的蓬勃發(fā)展，據(jù)Navitas預(yù)測，受移動(dòng)設(shè)備、消費(fèi)、數(shù)據(jù)中心、5G以及新能源汽車的影響，GaN芯片市場有望在2026年增長至130億美元。USB4 的出現(xiàn)有望帶動(dòng)越來越多的市場。
E-Marker芯片
傳輸線控制芯片是USB4在半導(dǎo)體鏈的第三大應(yīng)用。因?yàn)閁SB4是在Type-C 傳輸線上的技術(shù)，所以有了USB PD后，想要快速充電，還需要有對應(yīng)的線材， Type-C只有細(xì)細(xì)一根，但是要支持40Gbps，就需要接頭內(nèi)控制IC芯片。
E-Marker芯片在接頭的位置
起初，USB Type-C標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一造成了許多亂象，為了規(guī)范它們的功能和電氣化表現(xiàn)，2019年，USB-IF協(xié)會(huì)設(shè)定了一個(gè)門檻，如果產(chǎn)品想支持5A大電流、USB 3.0或更高的傳輸速度以及視頻輸出功能，都需要搭載E-Marker芯片。
E-Marker（Electronically Marked Cable）可以理解為Type-C線的電子標(biāo)簽，通過E-Marker芯片可以讀取線纜的設(shè)定的功能屬性，如電源傳輸、數(shù)據(jù)傳輸、視頻傳輸和ID等?；诖?，輸出端才能根據(jù)連接設(shè)備如手機(jī)或顯示器等，調(diào)整匹配的電壓/電流或音視頻信號。
過去，E-Marker芯片一直需要進(jìn)口， Cypress（賽普拉斯）和Intel等都有E-Marker芯片的強(qiáng)勢產(chǎn)品，蘋果曾向英特爾定制過E-Marker USB4芯片JHL7040使用在雷電接口上。
近年來，在部分國內(nèi)公司的努力下，能支持USB4的國產(chǎn)E-maker芯片也已經(jīng)開始商用。
2020年10月，成都易沖半導(dǎo)體推出了內(nèi)地首顆、全球第5顆通過USB-IF USB4認(rèn)證的E-Marker芯片CPS8821，此后深圳慧能泰半導(dǎo)體（Hynetek）推出HUSB330、HUSB332兩顆E-Marker芯片，威海優(yōu)微科技、深圳英集芯等公司也陸續(xù)在USB4的E-Marker上落子。
目前USB4的發(fā)展呈現(xiàn)出大廠帶頭、后來者跟上的狀況，但是市場仍然廣闊。5G、低軌衛(wèi)星、電動(dòng)汽車、元宇宙等創(chuàng)新應(yīng)用，對數(shù)據(jù)的傳輸要求越來越高。從最初的USB 0.7到USB2.0、USB3.0，再到USB4，科技進(jìn)度對速度的要求越來越高，而USB4的廣泛使用也將助推下一個(gè)風(fēng)口出現(xiàn)，應(yīng)用場景也將隨著速度的提高而豐富起來。
