乘风破浪的USB Type-C，年底将迎来USB4版本
通用串行总线（universal serial bus，简称usb）可能是这个世界上最通用的接口之一。它最初是由英特尔与微软倡导发起，最大的特点是尽可能实现热插拔和即插即用。usb接口自1994年推出以来，经过26年的发展，经过usb 1.0/1.1、usb2.0、usb 3.x，最终发展到了现在的usb4；传输速率也从最开始的1.5mbps，大幅提高到了最新的40gbps。
图1：usb不同版本的标志、传输速率和理论速度。（图片来源：维基百科）
type-c乘风破浪，发展迅速 不仅版本和传输速率经历了很多的变化，其接头也经历了多种变化，从type-a、type-a superspeed、type-b、micro-b、到type-c，这其中有经典的接头，也有不太友好，最终被市场弃用的接头。
图2：usb接头与其可支持的usb版本。（图片来源：维基百科）
这其中usb type-c是在2013年底公布，2014年开始有量产产品推出，经过多年的发展，如今已经成为了主流的usb接口。
目前不仅新推出的智能手机基本上都支持type-c接头了，还有笔记本电脑、数码相机、智能音箱、移动电源等等设备也都开始采用type-c规格的usb接口了。比如苹果已经完全将旗下的macbook笔记本电脑改为了纯usb type-c接口来让用户传输数据或充电。更有市场传言，苹果将会在未来的iphone上也采用usb type-c接口。
而usb-if在2019年9月3日发布的usb4标准更是宣布，将只支持type-c接。
为何开始那么多的接头，最终都归结为type-c呢？这与它几乎解决了过去usb接头的所有缺陷密切相关，比如它无需区分正反、最高可以支持5a大电流，在usb4标准支持下，最高可传输速率可达40gbps。
据了解，目前一些北美和台湾知名ic设计企业都已经开始了usb4芯片的研发工作。预计今年年底就会有采用usb4标准的type-c产品面市。
usb4产品好设计吗？ 前面有提到usb-if在2019年9月的时候正式推出了usb4规范。该新规范有哪些变革呢？
新的usb4最大的改变是引入了英特尔此前捐献给usb-if的thunderbolt雷电协议规范，通过双链路运行，传输带宽又翻了一番，达到了40gbps，而且可通过隧道（tunnelling）传输技术支持多种数据和显示协议，例如pci express和displayport。此外，usb4在引入新的底层协议的同时，仍然保持了良好的兼容性，可向下兼容usb3.2/3.1/3.0/2.0，以及雷电3。
也正是如此，usb4成为了迄今为止最为复杂的usb标准，从而要求设计者必须要了解usb4、usb3.2、usb2.0、usb type-c和usb power delivery技术规范。此外，设计者还必须了解pci express和displayport规范，以及与usb4 displayport模式 适配的高清内容保护（hdcp）技术。
由此可见，要设计一款具有完整功能的usb4 type-c产品并非易事。那有没有简便的方法呢？
完整的usb4 ip解决方案可缩短芯片开发时间 新思科技（synopsys）在今年6月份推出的业界首款完整的designware®usb4™ip解决方案就可以降低支持40gbps usb规范的soc开发风险，加快芯片上市时间。该解决方案由控制器（controller）、路由器（router）、phy和验证ip（verification ip）组成。designware® usb4 ip的最高传输速度为40 gbps，是usb3.2的最高数据传输率的两倍，并可向下兼容usb 3.x和usb2.0系统。designware® usb4 ip支持多个高速接口协议，包括usb4、displayport 1.4a tx、pci express和thunderbolt 3，通过一根usb type-c数据线即可实现高效的数据传输、高清视频传输，以及强大的设备供电能力。
图3：usb4双总线系统架构，其中usb 2.0（用于向后兼容）与usb4分别使用不同链路。（图片来源：新思科技）
据了解，新思科技已经在先进的5nm finfet工艺中成功实现了其usb4 ip的测试芯片流片，证明了该ip在不同范围工艺、电压和温度下的稳定性。新思科技也计划在7nm以及其他工艺节点上推出usb4 phy ip。新的designware® usb4 ip旨在满足各种存储、pc和平板电脑芯片设计的功能、电源、性能和尺寸要求，并可在边缘设备上实现人工智能(ai)应用的软件开发调试和轻松部署。
designware® usb4路由器ip构建了所有支持协议之间的有效连接，并与usb4控制器ip一起进行了数百万个cpu模拟小时仿真的预先验证，确保长期运行下的性能和互操作性。designware® usb4 phy ip支持所有所需协议，芯片占用面积约为独立协议phy的三分之一，并提供高效的电源管理能力。
新思科技的usb4验证ip解决方案包括内置覆盖率、协议检验器、用于主机和设备路由器拓扑的verdi协议感知调试技术，以及用于usb、pci express和displayport隧道传输协议验证的复杂源代码测试套件，加快完成验证收敛。
结语 usb4将多种协议都统一到type-c接口，未来我们使用的笔记本电脑、手机、游戏机、相机和显示器等设备都将采用统一的数据线缆，这将会给我们的生活带来非常大的便利，以后再也无需去费劲地认识那么多复杂的接口，也不需要出门时带上一大堆不同类型的线缆，一根线就解决了所有问题。而新思科技的usb4 ip方案，将会加速这个进程，让一根type-c线缆走天下的时代更快来临。
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图1：usb不同版本的标志、传输速率和理论速度。（图片来源：维基百科）
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图2：usb接头与其可支持的usb版本。（图片来源：维基百科）
这其中usb type-c是在2013年底公布，2014年开始有量产产品推出，经过多年的发展，如今已经成为了主流的usb接口。
目前不仅新推出的智能手机基本上都支持type-c接头了，还有笔记本电脑、数码相机、智能音箱、移动电源等等设备也都开始采用type-c规格的usb接口了。比如苹果已经完全将旗下的macbook笔记本电脑改为了纯usb type-c接口来让用户传输数据或充电。更有市场传言，苹果将会在未来的iphone上也采用usb type-c接口。
而usb-if在2019年9月3日发布的usb4标准更是宣布，将只支持type-c接。
为何开始那么多的接头，最终都归结为type-c呢？这与它几乎解决了过去usb接头的所有缺陷密切相关，比如它无需区分正反、最高可以支持5a大电流，在usb4标准支持下，最高可传输速率可达40gbps。
据了解，目前一些北美和台湾知名ic设计企业都已经开始了usb4芯片的研发工作。预计今年年底就会有采用usb4标准的type-c产品面市。
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图3：usb4双总线系统架构，其中usb 2.0（用于向后兼容）与usb4分别使用不同链路。（图片来源：新思科技）
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