USB4終端認證預計在2021年開放測試，複雜程度遠超過歷代規範，測試時間也比TBT3長。USB-IF公布USB4規範當中，線纜、連接器、供電標準和需求較USB 3.2更加嚴謹，線纜設計、品質與穩定性是重要關鍵。
USB開發者論壇(USB-IF)協會在2019年宣布USB4規範，說明未來攜帶型電子產品若使用USB4技術，毋須額外開孔支援其他技術，不僅達到節省成本及減小體積的目的，周邊設備也能發揮更高速的傳輸速度，但也同時為線纜設計製造與認證帶來新的挑戰。
隨著科技日益發展，3C產品的使用便利性與相容性也與日俱增，自2000年USB-IF協會發表USB 2.0後，正式開啟了資料傳輸介面統一的革命。USB-IF協會接著在2008年、2013年分別發布了USB 3.0和USB 3.1，直至2019年公布USB4相關規範。
目前USB-IF協會初步公開USB4線纜和連接器標準及需求(需求頻寬15GHz，測試頻寬20GHz)，相較先前USB 3.2的特性要求更加嚴格。以線纜舉例來說，線纜劃分為主動式(Active)和被動式(Passive)兩種類型，主動式線纜利用晶片，來放大訊號或重新編碼；被動式線纜則沒有任何晶片處理訊號，只單純依賴線纜來傳輸，兩者在使用長度上差異甚大，但在線纜設計上幾乎沒差異。
線纜設計、品質及穩定是關鍵
USB-IF協會針對主動式線纜晶片分兩種，依目前晶片廠的設計，Re-timer與Re-driver相比，設計方面較困難與複雜，兩者之間存在差異。Re-driver單純放大訊號，而Re-timer則是重構訊號，再發送訊號出去，Re-timer晶片設計成本明顯高於Re-driver。目前，光及銅導體還是主要傳輸方式，無論主動式或被動式線纜都須符合Type-C連接器規範需求，如表1所示。
主動式或是被動式線纜都是放大訊號或重組訊號，因此，線纜的設計、品質及穩定性扮演非常重要的角色。目前使用銅導體傳輸結構有三種：同軸線、對絞線和併線，其中，極細同軸線結構最普遍應用在USB Type-C，優點是體積小，但連接器上的加工卻是最大挑戰。相比之下，絞線加工方式較極細同軸線容易。
高速訊號線設計的挑戰
USB-IF協會目前已釋出USB4衰減需求，若利用符合被動式線纜USB 3.2 Gen2使用長度1公尺的同軸線，如圖1所示，則無法滿足USB4需求，必須縮短使用長度。
圖1 同軸線與USB4衰減
另外，雖然主動式線纜能利用晶片，放大訊號來增加長度，但同時也放大了雜訊干擾，因此主動式線纜相較被動式線纜更重視製程穩定性。訊號透過纜線傳輸至晶片時，若線纜品質不穩定，特性差異非常大，每一條線材欲達相同的品質，無疑是成為電線廠製程工藝及管理的最大挑戰。
在高速訊號線設計裡，不僅僅考量使用長度及特性需求，還需要考量客戶加工手法以及產品的耐用性。
以最廣泛的結構運用在USB4同軸線來說，如表2所示，同軸線的設計及製程已經決定特性及品質好壞，成纜、編織和外被押出都是損耗，所以各製程的機台選擇、參數設計及製程能力都需要來加以驗證及設計。
不僅如此，加工廠加工方式也直接或間接影響生產同軸線的品質。若大多數加工廠使用光學鏡頭對焦及雷射切割，芯線顏色便成為製程穩定性的考量；遮蔽材料的包覆也影響加工的便利性，另外，加工時導體及絕緣長度也直接影響了所有的特性。
USB相關線材及連接器認證
針對USB相關的線材及連接器認證測試可分四個部分，包括機械性測試、環境測試、效能測試和電性測試。
* 機械性測試：包含Mating/Un-Mating Force、Durability、4-Axis Continuity等，確保產品的機械性夠強韌，足以負荷消費者的各種使用情況。
* 環境測試：包含Temperature Life、Thermal Shock、Cyclic Temp. & Humidity、Mixed Flowing Gas等，確保產品能在多種條件的環境下使用。
* 效能測試：包含Attenuation、Skew、Insertion Loss、Attenuation等測試，主要了解產品的訊號傳輸品質，確保產品能正常傳輸高速訊號。
* 電性測試：包含LLCR、Capacitance、Withstand Voltage、Insulation Resistance，除了明白產品的品質，也能確保在高電力傳輸下不會造成產品損壞，保障使用者安全。
針對供電(Power Delivery，簡稱PD)標準，協會也制定兩本MOI，規範產品需要進行的認證測試，分別為Deterministic MOI和Communication Engine MOI，確保正確使用PD的功能，在高功率的電源傳輸模式下不會造成任何危險。
除此之外，Type-C在不支援PD情形下，本身可以提供5V/3A的電力，造成許多供應商利用此特性，來發展電源供應裝置。因此，協會定義出一種產品歸類為Power Brick，凡是充電裝置帶有Type-C母座或是Type-C Captive Cable公頭，經過認證測試後，即認證為Power Brick並使用Charger的標誌。
USB4終端產品
USB4在終端產品的定義上，普遍被認為是Thunderbolt 3的進階版本，但從USB4規格表(表4)指出，Thunderbolt 3僅僅是USB4涵蓋的功能之一，因此無法利用現行的TBT3測試規範，來驗證USB4的產品。
USB4在連接介面的連接器僅採用USB Type-C，傳輸速率從USB3.2 Gen2×2的20Gbps提高至USB4 Gen3×2的40Gpbs，電源供應能力支援PD 3.0可最高到100W(20V@5A)，支援影音傳輸規格DP1.4等功能，USB4的技術應用趨近完美且多工。當攜帶型裝置使用USB4技術後，便無需再另外開孔支援其他技術，可達到節省成本及減小體積的目的。
測試複雜程度更甚以往
USB4終端認證測試預計在2021上半年開放，測試需求採用Testing Matrix規範(見表6)，測試複雜程度遠遠超過歷代USB規範，也較TBT3測試時間耗時。
現階段USB-IF以USB4的Controller驗證為主，晶片則在USB-IF實驗室驗證完成後，預計推出部分Golden Sample，屆時才能擁有能力進行完整認證測試，推估2020 Q4推出USB4的Controller，2021年上半年能掌握驗證終端產品的能力。
圖2 USB-IF公布最新USB4規範
透過第三方解鎖認證要求
為解決高速電纜的安全隱憂與測試需求，國際安全科學機構UL除了對此發布高速傳輸數據電力線纜的安全標準UL 9990，亦透過客製化課程內容，提供全面性電纜設計服務，利用實際案例來進行實作教學，也可協助產線設計，達到品質管控，相關提供的課程內容包括：
* USB4實務設計及製程管控：內容包括線材及生產設計、品質追蹤
* 光纖原理介紹與實務設計：設計、設備及品質驗證
* 產線規畫：設備製程能力研究及品質追蹤
* 電纜安規設計：UL 9990設計
由於USB-IF協會尚未開放USB4認證，目前UL提供Cable及Connector的預測試服務，終端產品亦能針對Phy部分執行驗證，協助客戶在認證開放前完成產品設計規畫。
UL與USB-IF攜手合作 打造安全USB車用環境
由於UL長期從事安全認證和稽核工作，因此自2016年開始，UL積極與USB-IF協會合作，在2016年下半年成為協會認可的測試實驗室(Independent Test Labs, ITL)，協助USB-IF協會執行線材和連接器認證測試，管控市場上的商品，近年持續擴大測試實驗室與相關高速線纜的測試能力，把關未來高速線纜的安全與測試發展。
(本文作者任職於全球安全科學公司UL)