USB4 v2是如何工作的？USB4 v2可以用在哪里？

在当今的数字世界，小屏幕里景象和声音也能够栩栩如生。这背后涉及到一系列硬件和软件技术，通用串行总线（USB）标准也在其中发挥着不容忽视的作用。特别是USB4 2.0，此标准的数据传输速度达到80Gbps，恰好可以满足用户进行多媒体演示、视频编辑或在多个显示器上处理大量项目的需求。

USB的每个版本都能提供更快的速度，因此一直很受欢迎。2014年发布的USB Type-C接口具有超强灵活性，目前已成为人人皆知的常用有线互连接口。Type-C接口采用小巧、正反两用的外形设计，充电功率最高可达240W，并可同时传输数据和视频等内容，用户仅需使用同一接口即可为设备充电、传输数据或输出视频。

USB4 2.0版规范由USB开发者论坛于2022年10月发布，之后将陆续应用在新产品中。而在设计支持新版USB规范的产品时，开发者还面临着一些棘手挑战。在本文中，我们将进一步探讨这个新版USB标准，以及IP如何帮助打造兼具USB4 v2功能的高性能SoC。

USB4 v2是如何工作的？

USB4可为笔记本电脑和类似设备带来更加精简的单线缆扩展坞解决方案。USB4接口会在一次传输中同时包含USB 3.x、DisplayPort、PCIe和可选的主机至主机流量，从而支持USB扩展坞和设备根据需要提取传输的USB、PCIe和DisplayPort流量。USB4具有自己的协议和纠错功能，这样就避免了一些传统的传输协议开销，从而增加了可用带宽。

USB4很快就受到了主流芯片组制造商的欢迎，所以目前市面上有许多配备Type-C接口的笔记本电脑、台式机和一系列外围设备。主机设备的可用性逐渐提高，越来越多的用户也随之认识到自己的连接接口可以支持高性能外围设备，例如超高速移动硬盘、高清监视器和显示器。

USB4 v2将USB有线连接的性能提高了一倍，从而为这些移动硬盘及4K和6K显示器提供了更快的传输速度。这个标准采用了基于PAM-3信号编码的新PHY架构，适用于现有的40Gbps Type-C无源线缆和新定义的80Gbps Type-C有源线缆。当进行非对称配置时，USB4 v2可以在一个传输方向上最高实现120Gbps，并在另一个传输方向上保持40Gbps。

USB4 v2可以用在哪里？

借助USB4 v2，内容创作者可以将高清视频存储在速度非常快的外置硬盘上，从而能快速访问素材，并以超低延迟来进行视频编辑等任务。此外，这个新版接口还支持移动通讯和网络存储应用。支持USB4 v2的下一代笔记本电脑仅需一根线缆便能传输视频、音频、数据以及为设备充电，让用户能够流畅自如地出入办公室、会议室和家庭办公室等多元场景。

对于USB4 v2，还有另一个涉及到人工智能加速器的潜在有趣用例。针对边缘应用，可以使用USB4 v2线缆将数据发送到本地人工智能加速器进行后处理，而不是将所有数据发送云端进行人工智能处理。今后人工智能将更加普及，未来的带宽也许不足以在确保实时性能的前提下，将数据发送到云端并返回，而基于USB4 v2的方法可以减轻云端的部分负载。

首款USB4 v2 PHY测试芯片取得成功

在设计USB4 v2时，信道损耗是必须要注意的关键要素，新接口定义了每个不同端接的信道损耗，而损耗可能会导致USB4 v2设备的有效范围缩小、错误率增加、整体系统性能降低。因此，应尽可能减少信道损耗，这一点非常重要。

经验证的控制器和PHY IP可以通过强大的错误代码纠正来减轻信道损耗的影响，同时还有助于尽可能提高USB4 v2设备的性能。在DesignCon 2024上，新思科技展示了首款80G USB4 v2 PHY IP测试芯片，请观看下面的视频演示。这款PHY能够以突发模式或不对称模式运行，以120G发送、以40G接收。新思科技USB4 v2 PHY IP可用于个人和办公室计算空间，以增强视频、音频和数据的连接。

除了PHY IP外，新思科技还提供完整的USB4 IP解决方案组合，其中包括控制器、路由器和验证VIP。凭借20多年开发USB解决方案的丰富经验，我们的IP旨在帮助开发者降低将USB4功能集成至SoC的风险。

近三十年来，USB有线接口标准使计算机能够与许多外围设备相互通信。新版本的USB4 v2或将超大幅度提升速度，使笔记本电脑用户能够在不同的工作环境之间无缝切换。随着人工智能的日益普及，USB4 v2有望增强边缘的人工智能加速性能。

包含USB4 v2功能的SoC设计面临诸多难题，而信道损耗是一大关键挑战。信道损耗会降低整体性能。而USB4 v2 PHY IP中强大的错误代码纠正功能可以有效减轻信道损耗的影响。PHY IP与控制器、路由器和验证VIP结合起来，可以大幅提高USB4 v2 SoC的性能。通过实现可靠的高速数据传输，USB4 v2及其支持的IP生态系统不仅维持了当前的快速发展节奏，更引领着数字世界迈向新的发展阶段，为我们带来前所未有的丰富体验。点击阅读原文，查看更多关于USB4 IP的详细信息。