高速传输时代将至，USB4全产业链报告出炉
前言
1994年，英特尔和微软倡导发起的国际标准化组织，简称“USB-IF"。该组织制定了一系列通用串行总线的规范和规格。其中，围绕快充制定的标准就是大名鼎鼎的USB PD协议，为目前适用最广的公共充电协议之一，关于PD 3.1的产业生态的研究报告，之前充电头网已经发布万字长文，一文读懂PD 3.1全产业链。
除此之外，USB-IF制定了关于数据传输的标准，并直接以USB #.0命名，目前历经版本更迭，USB的最新规范为USB4，本文将深入探讨USB4自发布以来，于市场构筑起的产业生态面貌。
USB4科普部分
USB的数据传输协议发布比USB PD发布早得多，USB1.0在USB-IF成立的第三年，也就是1996年就推出来了。第一代USB标准，其传输速率只有1.5Mbps，有关USB历史版本发展的详情请看下表：
2019 年 9 月，USB4 正式发布，最高传输速率达到 40Gbps，与雷电 3 相同。USB4 有两个规格，分别是最高带宽达到 40Gbps 的 USB4 40、最高带宽达到 20Gbps 的 USB4 20，消费者需认清楚 USB4 40 才是满血接口。
2022 年 9 月，USB4 2.0 标准提前曝光，最高速率提升至 80Gbps，采用全新数据架构，USB PD 快速充电标准、USB Type-C 接口与线缆标准也将同步更新。
可以看出在版本更新的过程中，最大的变化就是数据传输速率的提升，由最初的1.5Mbps到如今曝光的USB4 2.0已经高达80Gbps，提升了几万倍。这种变化主要得益于数据传输通道的升级，自2013年后USB3系列版本，增加至4对差分通道，并配备性能更佳的USB-C口，使得数据传输有了质的提升。
目前应用于USB-C接口的高速数据传输功能的产品也有很多，主要有一些外接存储设备（如高速固态硬盘、高速传输线材以及直接用于某些高端笔记本的接口。
USB4演讲视频
充电头网曾多次组织关于USB4专题的研讨会，旨在为大家带来关于USB4最核心、最前沿的咨询内容和技术信息。以下为论坛、研讨会的部分内容：
成都市易冲半导体有限公司（简称：易冲）受邀出席，带来了《USB4.0技术简介及易冲相关产品应用介绍》的精彩演讲。演讲嘉宾为易冲协议AC/DC产品线AE Manager干成杰先生。
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显盈科技带来了《USB4的应用与未来》的内容，对于USB4的历史回顾和当下的应用以及未来的前景做了重要分享。
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飞凌科技（中国）有限公司（简称：英飞凌）给大家带来了《英飞凌USB4端到端完整解决方案》的精彩演讲，演讲嘉宾是英飞凌 大中华区域 市场经理 袁强先生。本次演讲为大家分享了USB4的演变过程和与以前版本的对比，引出E-Marker芯片对于USB4产品的重要性，然后再推出英飞凌的E-Marker芯片CMG2，为USB-C扩展坞的应用提供整体解决方案，帮助客户节省成本，并缩短上市时间。
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威锋电子股份有限公司（简称：威锋电子）给大家带来了《USB4 Market Opportunities (USB4市场机会分析)》精彩演讲，演讲嘉宾是威锋电子的新市场开发部总监Terrance Shih 施士扬。本次演讲中威锋电子通过不同角度分析USB4的市场状况以及USB4的相关技术，从而引出威锋电子一款非常优秀的USB4控制解决方案。
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充电头网学堂邀请到UL项目工程师叶建纬先生，他为大家带来的是《USB4 线材设计及测试关键》主题演讲。
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充电头网学堂邀请到创惟科技产品开发处处长李威德先生，他为大家带来的是《什么是USB4？》主题演讲。
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充电头网学堂邀请到威锋电子新事业发展经理 邱弘志先生，他为大家带来的是《USB4标准规格解读》主题演讲。
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充电头网学堂邀请到赛普拉斯区域市场经理 袁强先生，他为大家带来的是《USB4 vs TBT3，TBT4 及 InfineonCypress 方案应用》的主题演讲。
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USB4授权实验室
USB-IF为了规范其产品认证，授权了一批具备独立测试的实验室，以下为USB4的授权实验室详情：
从上表可看出，目前USB4的授权实验室基本都在中国，这表明中国在USB的技术认证上十分成熟，深受USB-IF信任。
USB4终端设备
USB4的终端设备目前种类不算太多，主要集中在笔记本电脑、拓展坞、硬盘盒以及数据线这些产品上。
USB4笔记本电脑
随着英特尔11代cpu开放了雷电4协议，越来越多的轻薄本都开始用上了支持雷电4的USB-C接口；反观AMD阵营，因为专利限制等问题，迟迟无法使用上更高规格的接口。
直到intel向USB-IF开放了雷电3协议，拥有最高40Gbps的USB4协议开始出现，之后与USB4协议相关终端和配件开始如雨后春笋般出现。而从AMD锐龙6000系开始，也正式加入了USB4的支持，拥有intel雷电接口相同的40Gbps带宽，支持高清视频传输规格，支持USB PD快速充电标准。
这期盘点了市面上主流品牌中采用了USB4接口的共计17款笔记本，其中苹果笔记本最多有6款、联想3款、宏基、机械革命、华硕各2款，惠普和荣耀各1款。主要参数上图，文章详情可见下方链接。
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USB4扩展坞
扩展坞的大部分用户是笔记本或者轻薄本的使用者，扩展坞的出现解决了他们的接口焦虑。如今的扩展坞的功能已不仅限于单一的接口扩展功能，用户普遍都在追求更高规格的视频传输、更快的数据传输速度。
随着intel英特尔将雷电3协议免费开放给USB协会后，拥有和雷电3同等40Gbps传输规格的USB4产品应运而生，在价格和兼容性方面都有比较大的优势，下面就介绍三款在售的USB4拓展坞，部分型号支持iPhone 15系列。
这期盘点了市面上主流品牌中采用了USB4接口的共计3款拓展坞，这些品牌分别是acasis阿卡西斯、Satechi以及UGREEN绿联。拓展坞普遍都包含USB-A、C接口和HDMI接口，网口和音频接口则不一定支持。主要参数上图，文章详情可见下方链接。
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USB4硬盘盒
在intel英特尔将雷电3协议免费开放给USB协会后，拥有和雷电3同等40Gbps传输规格的USB4数据线、扩展坞、硬盘盒等配件应运而生，整体的性价比更高。
而随着4K视频普及、文件体积不断增大，用户对于电脑、手机的容量需求越来越大，很容易出现容量焦虑问题，USB4硬盘盒搭m.2固态硬盘的组合也慢慢成为最受用户喜爱的扩容方式之一。除了有良好的便携性以外，还支持相机外录、电脑扩容、资料储存等多设备使用和数据互传，基本覆盖了日常的多种使用场景。
这期盘点了市面上主流品牌中采用了USB4接口的共计9款硬盘盒，其中3款来自ORICO奥睿科，2款来自UGREEN绿联、acasis阿卡西斯、ULT-unite、Yottamaster尤达大师各1款。硬盘容量普遍在4T左右。主要参数见上图，文章详情可见下方链接。
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USB4数据线
数据线是数据传输的重要载体，在USB4标准推出后，许多厂家在克服技术障碍，研发出了获得USB-IF认证的USB4数据线。
目前获得USB-IF认证的USB4数据线种类已经比较丰富，大多为满血（全功能）类型。
这期盘点了市面上主流品牌中采用了USB4接口的共计11款数据线，数据线包含品牌Anker安克、Apple苹果、AENZR恩泽、Belkin贝尔金、Biaze毕亚兹、Coaxial同轴科技、Hagibis海备思、Kaiboer开博尔、ORICO奥睿科、UGREEN绿联、ULT-unite、Zikko即刻。支持的充电功率在240W和100W两个档位，主要参数见上图，文章详情可见下方链接。
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USB4主控芯片
作为USB4终端设备的“大脑”，主控芯片的重要性不言而喻，目前根据USB4终端设备的类别，主控芯片也分化出了不同类型，适应终端的应用。以下为USB4主控芯片介绍。
USB4硬盘盒主控芯片
USB4是USB架构的新一代技术规范，基于Intel公司贡献的雷电3协议规范，并与雷电4规范保持一致。USB4架构可以动态地与多个硬件端点共享一个高速链接，以提供最快速的数据传输服务。
硬盘盒是一种允许用户将硬盘（如SATA或NVMe）连接到计算机的USB端口的设备。使用USB4接口的硬盘盒可以提供更高的数据传输速度，最高可达40Gbps，并且可以同时传输PCIe和显示数据。这使得用户可以更快地访问和传输存储在硬盘上的数据。而一款硬盘盒支不支持USB4主要就是看它的主控芯片。
目前充电头网了解到目前支持USB4硬盘盒主控芯片有祥硕ASM2464PD这一款。
asmedia 祥硕
ASM2464PD
ASM2464PD是一款采用USB4®/Thunderbolt到PCIe/NVMe技术的外围设备控制器，它用于连接和管理PCIe和NVMe存储设备，以实现高速数据传输。USB4/Thunderbolt技术使PCIe和USB协议可以封装到USB4/Thunderbolt传输通道中，并通过USB4/Thunderbolt领域进行隧道传输。ASM2464PD可以应用于各种类型的存储设备，如便携式SSD、SSD外壳以及任何其他基于PCIe的存储产品，可用于通过高速数据传输扩展存储容量。
ASM2464PD的USB连接能够以USB4/Thunderbolt 20Gbps x2的速度提供数据传输速率，并兼容现有的传统USB 3.2接口，以及Thunderbolt 3。此外，ASM2464PD的下游端口链接也升级为PCIe Gen4 x4，以支持各种基于NVM Express的M.2、CFexpress和U.2等规格。
ASM2464PD集成了USB4/Thunderbolt Gen3 x2和PCI Express Gen4，提供1.9V和1.05V电压电源。它还集成了USB Type-C CC逻辑电路和BMC PHY，用于支持电缆方向、翻转以及支持通过PD协议进行通信，包括USB4/TBT3。ASM2464PD采用本地25MHz晶振，封装紧凑，采用符合RoHS绿色标准，同时支持多个GPIO引脚进行自定义。
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USB4 CPU控制器
USB4普及还得看AMD、Intel、Apple等国际芯片制造研发龙头企业的，理论上支持雷电4就能支持USB4。
雷电4和USB4都是基于雷电3底层协议打造的，彼此互补且兼容。简单来说，雷电4性能下限进一步提升，并且扩展了功能，符合USB4规范要求，所以支持雷电4的设备体验会更出色；而USB4通用性更强，要求更低。
值得注意的是，虽然雷电4和USB4都使用Type-C接口，并且最高速率都是40Gbps，但它们在某些方面还是有所不同。例如，雷电4接口旁边会有一个雷电的标志，而USB4是没有任何标志的。此外，USB4分为两个版本，分别是USB4 20和USB4 40，数字分别代表传输速率20Gbps和40Gbps，而在2022年9月1日，USB-IF 官网更新公告，正式发布了新一代数据接口规范 USB4 2.0 版本，支持高达 80Gbps 数据传输速率。
充电头网目前了解到搭载Apple M1、M2芯片、AMD Ryzen 6000系列APU、Intel 11Tiger Lake H的设备支持USB4。
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USB4拓展坞主控芯片
USB4是USB架构的新一代技术规范，基于Intel公司贡献的雷电3协议规范，并与雷电4规范保持一致。USB4架构可以动态地与多个硬件端点共享一个高速链接，以提供最快速的数据传输服务。
HUB主控芯片是一种用于USB接口扩展的芯片，它集成了收发器、MCU、稳压器和充电电路等功能。它可以将一个USB接口拓展成多个接口，包括视频传输接口、网线接口等，为接口较少的设备提供极大的便利。由于接入多接口，对于速率有着很高的需求。随着人们对于速率传输的要求越来越高，之前的HUB主控芯片已不再适应人们的需求。而USB4具有40Gbps的传输速度，并在前不久推出了最新的USB4 2.0标准，传输速度可达到80Gbps。因此，当一款新型的HUB主控芯片支持USB4时，将会为用户带来更加优秀舒心的数据传输体验。
充电头网了解到目前市面上的USB4 HUB主控芯片有威锋电子的VL830以及瑞昱的RTS5490 。
威锋
威锋电子VL830
威锋电子VL830是业界首款USB4控制方案，完全符合USB4规范，传输速度40Gbps，兼容雷电4和雷电3，并且具有优化的系统成本。其支持把雷电4或者USB4输出成四个10Gbps的USB3.2接口，一个USB2.0接口和一个DP1.4接口，充分满足USB4及雷电4的集线器+视频转换应用。
威锋USB4转换芯片具有一个USB4或雷电4上行接口，具备5个下行接口和1个DP接口，DP接口支持32.4Gbit/s带宽，最高支持8K/60Hz HDR视频输出。硬件支持数字签名固件的安全功能，支持PWM驱动LED指示灯，支持通过USB接口或I2C总线进行固件升级。USB口支持BC1.2、Apple2.4A、三星等充电协议，可为连接的设备进行充电。
威锋VL830参考设计，采用USB-C接口，支持雷电4和USB4输入，输出具备四个USB3.2接口，一个USB2.0接口以及一个DP1.4接口。
威锋VL830用于各种扩展坞的参考设计，具备电源输入接口，HDMI、DP接口以及两个USB3.2接口，支持与威锋VL10X系列控制器共同工作，连接充电器为笔记本充电。
威锋VL830方框图，内置USB3.2集线器，支持四个USB3.2和一个USB2.0接口，还支持一个DP1.4a接口。其中DP接口还可通过其他转接芯片转换成HDMI接口，搭配威锋VL103、VL105等芯片进行PD支持，可实现笔记本电脑的USB-C口供电、USB接口和显示接口扩展。
威锋VL830采用10*10*1.03mm FCCSP封装，供电分为3.3V，1.05V和0.9V三路供电。据威锋消息，目前已有多家扩展坞厂商采用威锋VL830设计产品。
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瑞昱
瑞昱RTS5490
据 TechPowerUp 消息，瑞昱最近（Realtek）在台北电脑展上展示了其 RTS5490 HUB 控制器，这应该是其首款 USB4 HUB 主控。
（图片来源：TechPowerUp）
RTS5490 支持高达 40 Gbps 的速度，有一个上行端口和四个下行端口，兼容雷电 3 和 USB 3.2 Gen 2x2 (20 Gbps)，支持最新 USB PD 3.1 供电标准。此外，它还原生支持 DisplayPort 2.1 视频传输。
（图片来源：TechPowerUp）
目前，瑞昱暂未宣布采用该方案的扩展坞何时推出。
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USB4 ReTimer芯片
Retimer芯片是一种数字+模拟信号的混合器件，它具有感知能力，能够完全恢复数据信号重新发出。具体则是通过其内部嵌有的时钟数据恢复电路 (Clock and Data Recovery，CDR)提取输入信号中的嵌入式时钟，再使用完整未经衰减变形的时钟信号重新传输数据，以形成一个原数据信号的新副本。
在PCIE4.0推出之后，由于频率地增加，信号衰减很快，在传输不远后，眼图很快会闭合。为了增加传输距离，必须对信号进行加强。所以Retimer实际上也是一种信号增强器芯片，它和Re-driver类似，但又有所提高，可以把它理解为一种信号中继器，它增强了TBT（雷电技术）的Rx和Tx，让它们在主板上能够传输更长的距离。
USB4 Retimer芯片能够确保USB4连接的高速信号传输和数据完整性。这些芯片专门用于处理信号重新定时和延长传输距离等任务，以维护USB4连接的性能和可靠性。它们可以安装在USB4连接的两端或中间位置，以确保信号在传输过程中得到适当的处理和增强。这样一来，USB4连接就能够有效地支持高速数据传输和显示需求。
充电头网统计了USB4 的ReTimer芯片，目前了解到有5款，品牌商包括Nuvoton新唐、INTEL英特尔、Parade谱瑞三家。
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USB4上市公司
充电头网依据USB4产品链，整理出USB4的相关上市公司，以下为汇总的表格：
我们将USB4的上市公司分成了五个类别，分别为品牌、工厂、连接器、电容器、仪器。可以看出统计的公司名单里面很多与USB-C的相关公司有交叉，这也侧面说明USB接口和协议之间的密切联系，反映到企业的产业布局上也需要做好统筹和兼顾。
充电头网总结
本报告通过调研和汇总USB4产业生态链的不同方面信息，旨在为读者呈现全面且立体的USB4生态面貌，通过报告内容，我们可以发现USB在高速传输市场增长趋势是显而易见的，这主要由以下几点决定的：
USB-C的统一趋势
USB-C目前已经是3C数码类设备泛用最广的物理外设接口，甚至欧盟Common Charger认证出台了法规，强制13类设备必须将USB-C作为唯一指定接口。作为集数据快传和快充为一体的智能接口，USB-C的普及和统一，必将带动USB4的应用。
性能提升迎合需求
开头提到过USB协议发展历史，可知即将发布的USB4 2.0，其传输速率将达到80Gbps，这将使数据传输效率大大提升，尤其是影像数据的传输速率提升后，配合到高清显示技术将会时观众的观看体验再上一个台阶。这里只是例举了USB4性能提升的一个案例，总体而言，技术的进步永远是受市场欢迎的。
标准整合的趋势
USB4能维持市场增长的趋势还有一个重要原因是，目前USB4在不断整合新技术标准，使得其功能变得越来越综合且强大，这将有效拓展USB4的应用领域。目前USB4不仅向前兼容自家的USB3.2、USB2.0、USB PD等协议，它还整合了intel的雷电技术、DP技术。可以说“综合表现能力”非常亮眼，
总而言之，通过本报告我们能基本窥视出USB4的生态全貌，客观而言，用“USB4生态”这样的字眼来形容还不算准备，如今围绕“USB4”打造的产业链还未成型。但是，后续的市场增长趋势，必将逐步完善起USB4的生态体系。
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