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引言：作為高速接口IP新銳企業(yè)，芯耀輝對USB接口的發(fā)展歷史、未來(lái)趨勢和設計挑戰等有深刻洞察，并基于多年設計積累和優(yōu)秀架構提供靈活易用的完整解決方案，幫助設計人員應對挑戰，實(shí)現設計目標。 我們對速度的不懈追求，使得終端產(chǎn)品升級換代的節奏越來(lái)越快。如何面向未來(lái)需求加快產(chǎn)品上市？如何應對高速接口設計及測試挑戰？近日，由全球測試測量行業(yè)領(lǐng)先者安立公司、泰克公司及GRL，共同舉辦的2021高速接口聯(lián)合測試論壇，針對行業(yè)熱點(diǎn)關(guān)切，特邀芯片設計、IP及設備相關(guān)領(lǐng)導廠(chǎng)商進(jìn)行深入探討。 作為高速接口IP新銳企業(yè)，芯耀輝科技受邀出席本次盛會(huì )。芯耀輝科技技術(shù)支持總監劉好朋以“消費類(lèi)電子接口發(fā)展展望——USB會(huì )一統天下嗎？”為主題進(jìn)行精彩分享，并深入介紹了芯耀輝USB PHY IP方案，現場(chǎng)反應熱烈。 
圖：芯耀輝科技技術(shù)支持總監劉好朋 發(fā)展歷史丨30年風(fēng)云，USB王者之氣漸顯 USB全稱(chēng)是Universal Serial Bus，名稱(chēng)體現了其通用性強、傳輸率高、兼容性好和即插即用的初心。迄今，USB接口標準已經(jīng)歷了3個(gè)階段。第一階段始于1995年，為解決接口通用性問(wèn)題，第一代USB標準問(wèn)世，傳輸速度僅為1.5Mbps，業(yè)內反響平平。第二階段自2000年始，USB 2.0傳輸速度達到480Mbps，被廣泛應用于各種數據傳輸應用。但在隨后5年多間，USB標準并無(wú)新的亮點(diǎn)。 新的突破在第三階段，以2008年發(fā)布USB 3.0、傳輸速度突破至5Gbps為標志。隨后，2013年傳輸速度為10Gbps的USB3.1，2017年傳輸速度達20Gbps的USB3.2陸續發(fā)布。2019年發(fā)布的最新的USB4，最高速度可達40Gbps，終端產(chǎn)品于2020年底陸續面市，特別是英特爾酷睿11代產(chǎn)品集成了支持USB4的Thunderbolt 4，被業(yè)內視為USB4標準開(kāi)始普及的標志性事件。
圖：USB標準發(fā)展史 未來(lái)趨勢丨USB技術(shù)演進(jìn)瞄準高速、兼容 多年來(lái)，USB接口標準不斷更新升級，得益于強大的兼容性，不同代際共存于市的情況很普遍。劉好朋從USB應用市場(chǎng)采納角度分析，呈現兩種趨勢：一個(gè)是傳統應用中，新標準普及節奏快慢不一；另一個(gè)是新興應用中，新標準起驅動(dòng)作用。 舉例而言，游戲、VR/AR等設備對新的USB標準采納最為保守。雖然需求量很大，但它們更渴盼統一接口，整合所有電源線(xiàn)、控制線(xiàn)、數據線(xiàn)、音視頻線(xiàn)等。USB4等新一代USB標準符合以上的需求，更適合這個(gè)場(chǎng)景，可支持4K、8K甚至未來(lái)的10K視頻傳輸，再加持低延時(shí)、可變刷新率等先進(jìn)特性給用戶(hù)帶來(lái)更好的使用體驗，將加快該類(lèi)應用對USB新標準的采納進(jìn)程。 他還提到應用市場(chǎng)的發(fā)展，促使USB接口技術(shù)演進(jìn)呈現以下趨勢：持續挑戰更高傳輸速度；不斷兼容多種協(xié)議等。 預計2025年前后，USB接口的傳輸速度有望達到近80Gbps，繼續保持相對Thunderbolt的競爭力。同時(shí)， Type-C作為大一統的接口形態(tài)，其機械特性和電氣特性會(huì )有進(jìn)一步優(yōu)化設計；而連接線(xiàn)纜可能全部被主動(dòng)式線(xiàn)纜取代，來(lái)適配長(cháng)度要求。 USB也將繼續保持對多協(xié)議的兼容，包括對不同代際的USB標準，如USB 3.1、USB 3.2和USB4等，以及快充標準USB PD，還有DisplayPort、PCIe、Thunderbolt，未來(lái)甚至 HDMI 和 以太網(wǎng)等都有可能將納入USB接口支持范圍，成為名副其實(shí)“一統天下”的王者。 挑戰及應對丨芯耀輝先進(jìn)USB IP，破解高速接口設計挑戰三大難 USB市場(chǎng)空間可觀(guān)，但產(chǎn)品快速落地和迭代，給芯片設計和測試提出了更多挑戰：傳輸速度極高，接口協(xié)議極多，快充協(xié)議極多，協(xié)議升級加快。作為高速接口IP供應商，芯耀輝對此有如下洞察，并基于USB PHY IP多年設計積累和優(yōu)秀架構提供靈活易用的完整解決方案。 挑戰一：需要適配各種復雜應用場(chǎng)景。 如圖，為支持不同的編碼，包括8/10bit，128/132bit，還有可選的64/66bit；不同的協(xié)議，USB、DP，以及可選的Thunderbolt、PCIe等，以及繁多的傳輸速率和協(xié)議電氣特性等。IP設計上需要通盤(pán)考慮、逐個(gè)優(yōu)化。
圖：USB PHY IP設計挑戰——適配復雜應用場(chǎng)景 挑戰二：更加嚴苛的信道插損預算。 USB3.1 Gen1 5Gbps的信道插損根據DFP和UFP不同、接口類(lèi)型不同，預算不盡相同，連接線(xiàn)纜的要求也不相同。而USB3.1 Gen2 10Gbp，統一了DFP和UFP的預算，和接口類(lèi)型、線(xiàn)纜無(wú)關(guān)。但這其實(shí)變相提升了對封裝、PCB、線(xiàn)纜的設計要求，更是提高了PHY IP的設計難度。因為一顆芯片必須要適配多種不同應用場(chǎng)景，對IP設計、整個(gè)芯片系統設計和測試提出了更高的要求。
圖：USB PHY IP設計挑戰——嚴苛的信道插損預算 挑戰三：USB4復雜的發(fā)送端和接收端均衡與嚴格的誤碼率要求。 USB4鏈路訓練采用和PCIe Training類(lèi)似反饋方法，發(fā)送端在發(fā)送訓練序列的同時(shí)，將自身接收端對于對接發(fā)送端的FFE請求反饋，在預設值中找到適應的最優(yōu)均衡值。USB4要支持多達16個(gè)預設值的快速遍歷。接收端要適應不同頻率的周期抖動(dòng)，每一個(gè)周期抖動(dòng)都要通過(guò)PRBS31的低誤碼率測試，協(xié)議要求誤碼率1e-12，為了盡可能增加系統設計的裕量，通常IP在設計中會(huì )把目標誤碼率降低到1e-13，甚至更低水平。
圖：USB4 PHY IP設計挑戰 -- USB4復雜的發(fā)送端和接收端均衡與嚴格的誤碼率要求 芯耀輝先進(jìn)USB PHY IP解決方案 針對這些設計挑戰，芯耀輝提供極具靈活性的完整解決方案適配各種應用場(chǎng)景并向下兼容，包括USB4和USB 3.1 Type-C解決方案。 芯耀輝USB 3.1 Type-C解決方案，具有領(lǐng)先的架構和設計，已在大量移動(dòng)應用中得到驗證。針對所有需要Type-C的應用，USB速率達到10Gbps，DP HBR3速率達到8.1Gbps，并具有HDCP 2.3 內容保護。 芯耀輝USB4 IP解決方案，支持USB4規范中所有功能；通過(guò)Type-C連接，支持USB4、DisplayPort、PCIe和Thunderbolt3；新的Router IP可使USB、PCIe和DisplayPort在優(yōu)化帶寬的同時(shí)傳輸數據流；高達40Gbps（或20Gbps）的吞吐量，可用于高性能AI、高速存儲、PC、筆記本、手機和平板SoC等設計。
圖：芯耀輝USB4和USB 3.1 Type-C完整解決方案優(yōu)勢 在演講的最后，劉好朋向到場(chǎng)嘉賓介紹稱(chēng)，芯耀輝科技是一家擁有行業(yè)“夢(mèng)之隊”的初創(chuàng )IP公司，致力于通過(guò)先進(jìn)半導體IP研發(fā)服務(wù)，賦能客戶(hù)的芯片設計和系統應用。芯耀輝科技創(chuàng )始團隊是來(lái)自IP設計、芯片設計、軟件等行業(yè)頂尖人才，曾與國內外具備量產(chǎn)能力的頂尖和主流客戶(hù)一同打造全球領(lǐng)先產(chǎn)品，并長(cháng)期共同迭代，有著(zhù)超過(guò)20年的深厚積累，深諳芯片設計的痛點(diǎn)，還可提供一系列定制的IP升級服務(wù)。芯耀輝科技愿意與更廣泛的客戶(hù)攜手合作，助力芯片設計廠(chǎng)商取得更大成功。 |
