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初心不改,芯耀輝高速接口IP助攻芯片設(shè)計(jì)制勝USB新標(biāo)準(zhǔn)
芯向
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引言:作為高速接口IP新銳企業(yè),芯耀輝對(duì)USB接口的發(fā)展歷史、未來(lái)趨勢(shì)和設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)等有深刻洞察,并基于多年設(shè)計(jì)積累和優(yōu)秀架構(gòu)提供靈活易用的完整解決方案,幫助設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn),實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。

我們對(duì)速度的不懈追求,使得終端產(chǎn)品升級(jí)換代的節(jié)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(yīng)對(duì)高速接口設(shè)計(jì)及測(cè)試挑戰(zhàn)?近日,由全球測(cè)試測(cè)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(cè)試論壇,針對(duì)行業(yè)熱點(diǎn)關(guān)切,特邀芯片設(shè)計(jì)、IP及設(shè)備相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)廠商進(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(jiān)劉好朋以“消費(fèi)類電子接口發(fā)展展望——USB會(huì)一統(tǒng)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(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)熱烈。

圖:芯耀輝科技技術(shù)支持總監(jiān)劉好朋

發(fā)展歷史丨30年風(fēng)云,USB王者之氣漸顯

USB全稱是Universal Serial Bus,名稱體現(xiàn)了其通用性強(qiáng)、傳輸率高、兼容性好和即插即用的初心。迄今,USB接口標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)問(wèn)世,傳輸速度僅為1.5Mbps,業(yè)內(nèi)反響平平。第二階段自2000年始,USB 2.0傳輸速度達(dá)到480Mbps,被廣泛應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。但在隨后5年多間,USB標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)志。隨后,2013年傳輸速度為10Gbps的USB3.1,2017年傳輸速度達(dá)20Gbps的USB3.2陸續(xù)發(fā)布。2019年發(fā)布的最新的USB4,最高速度可達(dá)40Gbps,終端產(chǎn)品于2020年底陸續(xù)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(nèi)視為USB4標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始普及的標(biāo)志性事件。

圖:USB標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展史

未來(lái)趨勢(shì)丨USB技術(shù)演進(jìn)瞄準(zhǔn)高速、兼容

多年來(lái),USB接口標(biāo)準(zhǔn)不斷更新升級(jí),得益于強(qiáng)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(yīng)用市場(chǎng)采納角度分析,呈現(xiàn)兩種趨勢(shì):一個(gè)是傳統(tǒng)應(yīng)用中,新標(biāo)準(zhǔn)普及節(jié)奏快慢不一;另一個(gè)是新興應(yīng)用中,新標(biāo)準(zhǔn)起驅(qū)動(dòng)作用。

舉例而言,游戲、VR/AR等設(shè)備對(duì)新的USB標(biāo)準(zhǔn)采納最為保守。雖然需求量很大,但它們更渴盼統(tǒng)一接口,整合所有電源線、控制線、數(shù)據(jù)線、音視頻線等。USB4等新一代USB標(biāo)準(zhǔn)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)特性給用戶帶來(lái)更好的使用體驗(yàn),將加快該類應(yīng)用對(duì)USB新標(biāo)準(zhǔn)的采納進(jìn)程。

他還提到應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展,促使USB接口技術(shù)演進(jìn)呈現(xiàn)以下趨勢(shì):持續(xù)挑戰(zhàn)更高傳輸速度;不斷兼容多種協(xié)議等。

預(yù)計(jì)2025年前后,USB接口的傳輸速度有望達(dá)到近80Gbps,繼續(xù)保持相對(duì)Thunderbolt的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí), Type-C作為大一統(tǒng)的接口形態(tài),其機(jī)械特性和電氣特性會(huì)有進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì);而連接線纜可能全部被主動(dòng)式線纜取代,來(lái)適配長(zhǎng)度要求。

USB也將繼續(xù)保持對(duì)多協(xié)議的兼容,包括對(duì)不同代際的USB標(biāo)準(zhǔn),如USB 3.1、USB 3.2和USB4等,以及快充標(biāo)準(zhǔn)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U(xiǎn)SB接口支持范圍,成為名副其實(shí)“一統(tǒng)天下”的王者。

挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)丨芯耀輝先進(jìn)USB IP,破解高速接口設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)三大難

USB市場(chǎng)空間可觀,但產(chǎn)品快速落地和迭代,給芯片設(shè)計(jì)和測(cè)試提出了更多挑戰(zhàn):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(jí)加快。作為高速接口IP供應(yīng)商,芯耀輝對(duì)此有如下洞察,并基于USB PHY IP多年設(shè)計(jì)積累和優(yōu)秀架構(gòu)提供靈活易用的完整解決方案。

  • 挑戰(zhàn)一:需要適配各種復(fù)雜應(yīng)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(shè)計(jì)上需要通盤(pán)考慮、逐個(gè)優(yōu)化。

圖:USB PHY IP設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)——適配復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景

  • 挑戰(zhàn)二:更加嚴(yán)苛的信道插損預(yù)算。

USB3.1 Gen1 5Gbps的信道插損根據(jù)DFP和UFP不同、接口類型不同,預(yù)算不盡相同,連接線纜的要求也不相同。而USB3.1 Gen2 10Gbp,統(tǒng)一了DFP和UFP的預(yù)算,和接口類型、線纜無(wú)關(guān)。但這其實(shí)變相提升了對(duì)封裝、PCB、線纜的設(shè)計(jì)要求,更是提高了PHY IP的設(shè)計(jì)難度。因?yàn)橐活w芯片必須要適配多種不同應(yīng)用場(chǎng)景,對(duì)IP設(shè)計(jì)、整個(gè)芯片系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測(cè)試提出了更高的要求。

圖:USB PHY IP設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)——嚴(yán)苛的信道插損預(yù)算

  • 挑戰(zhàn)三:USB4復(fù)雜的發(fā)送端和接收端均衡與嚴(yán)格的誤碼率要求。

USB4鏈路訓(xùn)練采用和PCIe Training類似反饋方法,發(fā)送端在發(fā)送訓(xùn)練序列的同時(shí),將自身接收端對(duì)于對(duì)接發(fā)送端的FFE請(qǐng)求反饋,在預(yù)設(shè)值中找到適應(yīng)的最優(yōu)均衡值。USB4要支持多達(dá)16個(gè)預(yù)設(shè)值的快速遍歷。接收端要適應(yīng)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(cè)試,協(xié)議要求誤碼率1e-12,為了盡可能增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)的裕量,通常IP在設(shè)計(jì)中會(huì)把目標(biāo)誤碼率降低到1e-13,甚至更低水平。

圖:USB4 PHY IP設(shè)計(jì)挑戰(zhàn) -- USB4復(fù)雜的發(fā)送端和接收端均衡與嚴(yán)格的誤碼率要求

  • 芯耀輝先進(jìn)USB PHY IP解決方案

針對(duì)這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),芯耀輝提供極具靈活性的完整解決方案適配各種應(yīng)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(gòu)和設(shè)計(jì),已在大量移動(dòng)應(yīng)用中得到驗(yàn)證。針對(duì)所有需要Type-C的應(yīng)用,USB速率達(dá)到10Gbps,DP HBR3速率達(dá)到8.1Gbps,并具有HDCP 2.3 內(nèi)容保護(hù)。

芯耀輝USB4 IP解決方案,支持USB4規(guī)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(shù)據(jù)流;高達(dá)40Gbps(或20Gbps)的吞吐量,可用于高性能AI、高速存儲(chǔ)、PC、筆記本、手機(jī)和平板SoC等設(shè)計(jì)。

圖:芯耀輝USB4和USB 3.1 Type-C完整解決方案優(yōu)勢(shì)

在演講的最后,劉好朋向到場(chǎng)嘉賓介紹稱,芯耀輝科技是一家擁有行業(yè)“夢(mèng)之隊(duì)”的初創(chuàng)IP公司,致力于通過(guò)先進(jìn)半導(dǎo)體IP研發(fā)服務(wù),賦能客戶的芯片設(shè)計(jì)和系統(tǒng)應(yīng)用。芯耀輝科技創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)是來(lái)自IP設(shè)計(jì)、芯片設(shè)計(jì)、軟件等行業(yè)頂尖人才,曾與國(guó)內(nèi)外具備量產(chǎn)能力的頂尖和主流客戶一同打造全球領(lǐng)先產(chǎn)品,并長(zhǎng)期共同迭代,有著超過(guò)20年的深厚積累,深諳芯片設(shè)計(jì)的痛點(diǎn),還可提供一系列定制的IP升級(jí)服務(wù)。芯耀輝科技愿意與更廣泛的客戶攜手合作,助力芯片設(shè)計(jì)廠商取得更大成功。


 

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