深度解读|USB-IF 发布USB4® 2.0版规范，80Gbps数据传输如何实现？
发布时间：2022-10-21
美国俄勒冈州比弗顿 – 2022 年 10 月 18 日 – USB-IF为推动和采用 USB 技术，宣布发布 USB4® 2.0 版规范（USB4 Gen4）。这是一项重大更新，可通过USB Type-C电缆和连接器实现高达80 Gbps的数据性能。更新后的USB4 Gen4将最大总带宽翻了一番，意味着USB 将受益于更高性能的显示器、存储、基于 USB 的集线器和扩展坞。同时，USB Type-C 和USB PD规范也已更新，以支持更高的数据性能水平。
更新后的 USB 80Gbps 的主要特点包括：
利用基于 PAM3 信号的新物理层架构编码，通过现有的 40Gbps USB Type-C 被动式电缆和新定义的 80Gbps USB Type-C 主动式电缆实现80Gbps的数据传输。
对于某些应用，例如驱动基于 USB4 的高性能显示器，USB Type-C 信号接口可以在一个方向上达到 120Gbps，而在另一个方向上保持 40Gbps。
更新数据和显示协议，以更好地利用可用带宽的增加。
更新USB 数据架构，使用增强型超高速 USB 数据通道，可支持超过20Gbps数据传输。
兼容 DisplayPort™ 修订版 2.1 和 PCI Express® 修订版 4 。
向下兼容所有以前的USB 版本。
| 如何看待USB4® 2.0版规范？
从命名上看，最新规范依旧属于USB4的范畴，比起2019年公布的USB4 Gen3，新规范的最大传输速度已经翻倍达到了80Gb/s。高速的传输速度得益于延续了双通道传输USB数据的模式，因此也使得USB4 Gen4还是只能支持USB Type-C接口。不过新的标准依旧可以与现有的USB4 Gen3、USB3.2、USB2.0以及Thunderbolt 3兼容。从这些信息看来，USB4 Gen4将进一步推进USB Type-C接口的普及，USB Type-C口在通信、工业领域的应用以及相关生态的发展都将得到突破。
| 如何实现80Gb/s的数据传输速度
要理解USB4 Gen4下的数据传输，我们可以先看看之前的USB规范如何实现不同速度的数据传输。
在2017年推出的USB 3.2标准中，USB-IF协会定义了USB Type-C的两对高速信号差分线，信息的传输速度达到20Gb/s。如下图，USB Type-C界面共有24个引脚，成上下左右对称排布状态。通过图中的D+/D-即可实现USB 2.0传输；通过其中一个高速差分线即可实现USB3.0、USB3.1的传输；USB3.2以及之后的规范，两个高速差分线同时工作可实现更高的传输速率。
而对于传输速度达到80Gb/s的USB4 Gen4，USB-IF董事会主席兼首席执行官Brad Saunders表示："对于工程师来说，USB4是由其多协议通道定义的，这在架构上区别于其‘前辈’--USB 3.2和USB 2.0。"
USB4 Gen4采用PAM3 (3 级脉冲幅度调制)以每通道 25.6GB 的波特率通过物理介质传输数据。每1位 PAM3 的符号对应二进制1.57位数据，相当于11位二进制数据映射7位三进制数据进行编码。 USB4 Gen4在无FEC（前向错误校正）单元的情况下，应以1E-8 或更低的误码率运行。SSC（展频）应被应用于USB4 Gen4端口内的所有发送高速信号的单个时钟源。
PAM3 Constellation Levels（图片来源：USB-IF)
需要注意的是，由于 PAM3的高误码率，接收器可能会在 RS -FEC 中接收多达 12 个错误符号块。而接收器应能正确解码接收到的控制或数据符号，控制符号和命令集不应转发到传输层。
| USB4® 2.0版规范对硬件的要求
信息的传输对于线材也有要求，不同的USB规范对线材的要求不同。从下图可以看出，当传输速度越大时，线材长度变得越短。而在最新的USB4 Gen4标准下，速度高达80Gb/s，但是支持的线材长度与USB4 Gen3一致，依旧为0.8米，这无疑也给了应用市场更大的选择范围。另外，还需要注意的是，当电流大于3A以上时，线材都需要搭载eMarker芯片来作为识别。
USB Type-C标准电缆组件（图片来源：USB-IF)
在USB Type-C线缆和USB eMarker芯片上，慧能泰有着最全面的专利布局，已获6个相关专利证明。截至目前，慧能泰已推出多款USB eMarker产品，包括中国大陆第一款过PD3.0认证的eMarker芯片--HUSB330、中国大陆第一款支持雷电3的eMarker认证芯片——HUSB332，全球第一款过PD3.1认证的eMarker芯片--HUSB332B等，以及最新的eMarker HUSB332C等。HUSB332C支持TBT3、TBT4、USB4 Gen3、USB3.2、USB3.1、USB2.0，满足PD3.1标准，同时集成了采用慧能泰专利技术的过温保护功能OTP，适合搭载在240W USB-C to USB-C线缆上 。面向最新的USB4 Gen4，慧能泰已有相关的产品布局，请联系慧能泰了解更多信息。
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