在當今的數字世界，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，通用串行總線（USB）標準也在其中發揮著不容忽視的作用。特別是USB4 2.0，此標準的數據傳輸速度達到80Gbps，恰好可以滿足用戶進行多媒體演示、視頻編輯或在多個顯示器上處理大量項目的需求。

USB的每個版本都能提供更快的速度，因此一直很受歡迎。2014年發布的USB Type-C接口具有超強靈活性，目前已成為人人皆知的常用有線互連接口。Type-C接口采用小巧、正反兩用的外形設計，充電功率最高可達240W，并可同時傳輸數據和視頻等內容，用戶僅需使用同一接口即可為設備充電、傳輸數據或輸出視頻。

USB4 2.0版規范由USB開發者論壇于2022年10月發布，之后將陸續應用在新產品中。而在設計支持新版USB規范的產品時，開發者還面臨著一些棘手挑戰。在本文中，我們將進一步探討這個新版USB標準，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似設備帶來更加精簡的單線纜擴展塢解決方案。USB4接口會在一次傳輸中同時包含USB 3.x、DisplayPort、PCIe和可選的主機至主機流量，從而支持USB擴展塢和設備根據需要提取傳輸的USB、PCIe和DisplayPort流量。USB4具有自己的協議和糾錯功能，這樣就避免了一些傳統的傳輸協議開銷，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、臺式機和一系列外圍設備。主機設備的可用性逐漸提高，越來越多的用戶也隨之認識到自己的連接接口可以支持高性能外圍設備，例如超高速移動硬盤、高清監視器和顯示器。

USB4 v2將USB有線連接的性能提高了一倍，從而為這些移動硬盤及4K和6K顯示器提供了更快的傳輸速度。這個標準采用了基于PAM-3信號編碼的新PHY架構，適用于現有的40Gbps Type-C無源線纜和新定義的80Gbps Type-C有源線纜。當進行非對稱配置時，USB4 v2可以在一個傳輸方向上最高實現120Gbps，并在另一個傳輸方向上保持40Gbps。

USB4 v2可以用在哪里？

借助USB4 v2，內容創作者可以將高清視頻存儲在速度非常快的外置硬盤上，從而能快速訪問素材，并以超低延遲來進行視頻編輯等任務。此外，這個新版接口還支持移動通訊和網絡存儲應用。支持USB4 v2的下一代筆記本電腦僅需一根線纜便能傳輸視頻、音頻、數據以及為設備充電，讓用戶能夠流暢自如地出入辦公室、會議室和家庭辦公室等多元場景。

對于USB4 v2，還有另一個涉及到人工智能加速器的潛在有趣用例。針對邊緣應用，可以使用USB4 v2線纜將數據發送到本地人工智能加速器進行后處理，而不是將所有數據發送云端進行人工智能處理。今后人工智能將更加普及，未來的帶寬也許不足以在確保實時性能的前提下，將數據發送到云端并返回，而基于USB4 v2的方法可以減輕云端的部分負載。

首款USB4 v2 PHY測試芯片取得成功

在設計USB4 v2時，信道損耗是必須要注意的關鍵要素，新接口定義了每個不同端接的信道損耗，而損耗可能會導致USB4 v2設備的有效范圍縮小、錯誤率增加、整體系統性能降低。因此，應盡可能減少信道損耗，這一點非常重要。

經驗證的控制器和PHY IP可以通過強大的錯誤代碼糾正來減輕信道損耗的影響，同時還有助于盡可能提高USB4 v2設備的性能。在DesignCon 2024上，新思科技展示了首款80G USB4 v2 PHY IP測試芯片，請觀看下面的視頻演示。這款PHY能夠以突發模式或不對稱模式運行，以120G發送、以40G接收。新思科技USB4 v2 PHY IP可用于個人和辦公室計算空間，以增強視頻、音頻和數據的連接。

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、路由器和驗證VIP。憑借20多年開發USB解決方案的豐富經驗，我們的IP旨在幫助開發者降低將USB4功能集成至SoC的風險。

近三十年來，USB有線接口標準使計算機能夠與許多外圍設備相互通信。新版本的USB4 v2或將超大幅度提升速度，使筆記本電腦用戶能夠在不同的工作環境之間無縫切換。隨著人工智能的日益普及，USB4 v2有望增強邊緣的人工智能加速性能。

包含USB4 v2功能的SoC設計面臨諸多難題，而信道損耗是一大關鍵挑戰。信道損耗會降低整體性能。而USB4 v2 PHY IP中強大的錯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、路由器和驗證VIP結合起來，可以大幅提高USB4 v2 SoC的性能。通過實現可靠的高速數據傳輸，USB4 v2及其支持的IP生態系統不僅維持了當前的快速發展節奏，更引領著數字世界邁向新的發展階段，為我們帶來前所未有的豐富體驗。點擊閱讀原文，查看更多關于USB4 IP的詳細信息。