Intel宣布旗下Tiger Lake主晶片將搭載Thunderbolt 4規格，而Thunderbolt 4將100%相容於USB4，意味著首款支援USB4的處理器方案即將面世。但從設計角度來看，USB4所面臨的訊號衰減與電磁干擾問題層出不窮，有待Retimer和Redriver在主機端與線纜方面的協助，克服高速介面帶來的挑戰。
USB4技術的讓高速介面產業，從元件設計到系統製造出現了巨大的轉變，例如在元件設計上，需要相容更多元的標準協定，因此測試項目增加，認證所須花費的時間也進一步提升。不僅如此，亦增加過去在USB 3的時代所沒有的新元件，甚至是需要新的線纜與連接器。
英特爾(Intel)電腦通訊事業群產品經理盧進忠(圖1)表示，筆電要求輕薄化趨勢已經成形，因此OEM產品在系統設計時，PCB板在電腦的面積就會縮小，且對晶片微小化、線材材料選用也愈趨嚴苛，同時還須支援高速傳輸的要求。
圖1 英特爾(Intel)電腦通訊事業群產品經理盧進忠表示傳輸介面不斷的朝更高速、更高功率發展，需增加額外的晶片確保訊號穩定度與安全。
然而，筆電內PCB板的縮小，就意味著主機板拉線到接口端的線長距離越遠，使得主機內部走線的線長，因PCB板縮小而越來越長。對於系統廠商而言，若要確保高速傳輸達40Gbps，考驗著筆電內部設計的布線、導線材質與連接器的設計，同時也會增加設計成本。
高速/大功率傳輸挑戰大 三大元件重要性劇增
更高的傳輸速度意味著更快的訊號衰減和更惡化的電磁干擾(EMI)。所以通常會把訊號發生器，如Core Chips靠近連接器，或者將微量訊號放寬，亦或是使用Redriver或Retimer元件。
在主機端的內部傳輸上加裝一顆額外的Retimer，可幫助筆電內部主晶片到內部連接器這段傳輸能夠更加完整，確保影像訊號從A點傳到B點可以同步。Retimer的功用在於將訊號重整後，再發射出去。就如同Wi-Fi技術，為了將訊號發送到更遠的地方，有時候會在附近加裝轉發器(Repeater)。
創惟科技產品開發五處處長李威德(圖2)表示，從規格方面來看，USB-IF所定義的規範目前只有Retimer，但所耗費的成本不低，故業界有些廠商會使用Redrive來取代Retimer的功用。
圖2 創惟科技產品開發五處行銷組產品行銷經理吳伊薰(左)、創惟科技產品開發五處處長李威德(右)提出受限成本考量，有些廠商會用Redriver來取代Retimer。
Redriver主要是將接觸到的訊號放大，但雜訊也會跟著放大，從成本結構考量，Redriver較容易設計成本也比較低，故即便協會要求使用Retimer，但仍有廠商考慮用Redriver作為替代。 事實上，創惟科技產品開發五處行銷組產品行銷經理吳伊薰(圖2)認為，Retimer不一定是必須的，而是內部走線長度超過一定程度之後，需要將訊號重整放大出來，才需要使用Retimer或Redriver，若線長很短，衰減不大就不一定需要這顆晶片。
從USB 3 Gen2 10Gbps開始，許多廠商評估是否需要加裝Retimer，不過在品質得以確保的情況下，現在大多採用的是Redriver。 除了Retimer(或Redriver)之外，主機端還會增加一顆Power Delivery的晶片，負責功率傳輸的切換。盧進忠談到，供電分成兩種，一種是供電出去，一種是將電力引進內部，故需Power Delivery開關(Switch)，負責控制外部傳送的電力，確保輸送的電力不會毀壞內部元件，或者確保安全將電力傳送給周邊裝置。Power Delivery本身須具備保護機制，確保提供大電源輸出。
在電力傳輸到達100W的情形下，熱已經是一個無法被忽視的安全性問題，除了透過USB PD來規範溝通模式以外，失效分析也必須在前期的設計被考慮，UL長期致力於維護各類產品的安全可靠，針對這種高電力傳輸的線材線纜安全性與USB-IF合作，推出了UL 9990的標準，來協助市場面臨這個安全性的挑戰。
許多OEM廠商在做系統設計時，通常只考慮到主晶片，忽略在主晶片周圍的Retimer與Power Delivery，但它們卻是確保高速傳輸與高功率輸出的兩大功臣，而這也是在USB4及Thunderbolt 4時代必備的晶片。據了解，目前Intel除了主晶片之外，也提供Retimer的方案。而USB廠商，包含祥碩、譜瑞、創惟同時擁有Retimer與Redriver，恩智浦(NXP)與威鋒則是以Redriver為主。Power Delivery部分，則有賽普拉斯(Cypress)、德州儀器(TI)、微芯(Microchip)提供。
通常大家容易注意到外部線纜的成本，但基本上整體高速傳輸的考慮點，應該是從晶片組本身開始，連接到內部主板的接口，再到機殼外面的接口，外面這頭的接口有標準規格，從一開始的80公分到1.5公尺，甚至最長到2公尺。
UL表示，高速頻寬的抗干擾能力普遍不佳，因此如何抑制雜訊便成為一個重要的議題，線纜廠商也推出了主動式的線材，除了拉長傳輸距離外，降低雜訊也是主要目標之一。
克服訊號完整性問題 貿聯USB4線纜/連接器就緒
在外部線纜(Cable)傳輸也同樣會遇到因傳輸距離而衰減的問題，通常1.5公尺以下，或80公分的線纜，上面沒有Redriver，這種類型的線纜稱之為被動式的線纜。但若是線長約1.5公尺至2公尺(或2公尺以上)，線纜內就會加上一個Redriver(或Retimer)，將訊號推送出去，再傳到終端裝置接收。
貿聯技術行銷部副總經理蔡國仰(圖3)表示，高速傳輸最大的問題在於維持訊號完整度。第三代USB總共分成三種傳輸速率的版本，包含5Gbps、10Gbps到20Gbps，雖說USB每一個階段的更新傳輸速率都是倍數成長，但貿聯早已克服這些訊號完整度的挑戰。進入USB4時代，也只是將兩個20Gbps通道相加成為40Gbps，這方面的技術貿聯早已準備就緒。
圖3 貿聯技術行銷部副總經理蔡國仰認為維持訊號完整度是高速傳輸技術設計的最大挑戰。
另一方面，在連接器設計挑戰問題上，Type-C的高度整合性，使得產品設計可以簡約化，透過單一介面可以支援多種技術，但相對的通道間的互相干擾就成了主要的難題。以往，一台筆電的整合只需考慮各接口間的干擾，盡量把會互相干擾的元件拉開即可避免，但Type-C整合了多種技術，且高速傳輸，因此在對抗雜訊的能力上，就考驗各廠家的設計能力。
盧進忠談到，Type-C對內部傳輸與外部傳輸的材質本來就不同，訊號從筆電內部傳送到外面的周邊裝置過程中，除了線路材質的問題外，連接器本身交會內外資料的地方，必定會發生訊號、電源與資料傳輸的衰減，即便線材與晶片本身符合規格要求，連接器出問題則仍會造成很大的影響，這也成為OEM廠商進行系統設計，要通過認證面臨最大的挑戰。
蔡國仰補充，連接器如設計不佳，則有可能導致筆電散熱機制不良、訊號完整度降低，甚至影響筆電良率問題。以USB4連接器(Type-C)的開發來看，關乎連接器、連接線與連接器裡面的PCB設計，每個環節都極為重要，同時也影響到線纜設計與製造，無論是哪一個細節都與製程和技術要求息息相關。
蔡國仰表示，相較於筆電市場，貿聯更專注於周邊裝置的開發。Tiger Lake筆電預計年底面世，而周邊裝置的USB4產品正蓄勢待發，貿聯的USB4線纜與連接器早已準備就緒，就待USB-IF提供認證測試。雖說目前USB-IF的測試輔助工具尚未準備好，不過待認證測試準備就緒，USB4周邊方案遍地開花值得期待。
據業界指出，此次Intel推動速度較快，USB-IF認證有望年底準備就緒。當然，每一家廠商過認證時程都不一樣，一旦通過認證OEM大廠即可使用相關晶片、連接器與線纜，整個USB4生態環境將爆發成長。