通用标准匯流排应用论坛（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将成为智慧型手机和其他行动装置统一採用的「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，将转而採用USB以符合法令规范。


二、在高速数位通讯领域，持续更新标准已是大势所趋，目标是将资料速率翻倍，以实现更快的资料传输。人工智慧（AI）、扩增实境（Augmented Reality；AR）和虚拟实境（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资料处理需求，迫使资料中心、无缐通讯和消费性装置，也必须跟着提升速度。


三、USB4 Version 2.0是第一个支援脉冲振幅调变（Pulse Amplitude Modulation；PAM）信令的USB标准。为了提高资料传输速度，最近几代的乙太网路标准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。



图一 : 自最初的USB标准问世20年以来，USB的资料传输速度已大幅跃升。（source：USB-IF；2022/11）
图一 : 自最初的USB标准问世20年以来，USB的资料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，支援80 Gb/s的资料传输速率，即每个方向两个通道，每通道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，可支援每秒达25.6 Gbaud/s的PAM3信令。跟前几代标准一样，它向下相容于先前的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，支援PCIe和DP协定。



图二 : PAM3信令大幅增加了每个週期所传输的位元数（约1.58位元）（source：USB-IF；2022/11）
图二 : PAM3信令大幅增加了每个週期所传输的位元数（约1.58位元）（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现在可支援非对称传输。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，以预设的两个通道，分別进行两个方向的传输。



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资料传输，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）
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资料传输，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缆缐提供高达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，以支援新标准。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资料、电源、音讯和显示讯号连接。


除了发布第一版规格外，USB-IF还发表新的品牌推广和行销指南，协助消费者清楚了解各式USB装置和缆缐的相容性。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，消费者可轻松辨识连接埠和缆缐的速度及电源特性。USB4 Version 2.0的消费性名称为USB 80Gbps，清楚标示其资料传输速度。



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）
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。



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

是德科技已开始与USB-IF共同进行USB4 Version 2.0规格探索，以便提供早期採用者所需的新标准设计和验证解决方案。这些解决方案有助于推动USB4标准的发布，让更多通过认证的USB 80Gbps产品能更快问市。


（本文作者Ben Miller为是德科技产品行销经理）