USB2是21年前(西元2000年)所制定的規格，其介面電壓為 3.3V。當時最先進的製程為180nm(0.18um)其core device為1.8V，IO device 為3.3V或5V。經過20多年後，現在最先進的製程為3nm，其IO device為1.2V。
下圖是半導體製程和其IO device操作電壓的關係圖。我們可以發現從5nm的製程開始，只提供1.2V的標準IO device，即使考慮過壓設計(over-drive)，也只能讓IO device操作在1.5V而已。所以3.3V的介面(如USB2)要在先進製程實現是非常困難的，也不切實際的(註一)。
eUSB2是embedded USB2的縮寫，為2018年時，USB-IF所提出的USB2補充規格，目的就是要提供先進製程裡高階SOC的USB2解決方案。eUSB2為1V或1.2V的介面，而其控制協定(protocol)相同於USB2，因此很適合在只提供1.2V或更低壓 IO device的製程下實現，如5nm、3nm。此外，1V/1.2V的eUSB介面也利於低功耗設計(low-power)，更適合行動裝置的應用。
如下圖，eUSB2可以分成三種應用。第一種為host和device直接用eUSB2相連。第二種是host提供eUSB2經由repeater和Type-A/C接頭與USB2的device相接。第三種是提供eUSB2和USB3/4，經由repeater和Type-C接頭與USB3/4的device相接。
1. eUSB2 to eUSB2
第一種是SOC和周邊IC直接用eUSB2相連，如手機CPU和藍芽IC相連，由於eUSB2的低壓特性，可以大幅節省整個(如手機)系統的功率消耗。
2. eUSB2 to USB2
第二種是SOC提供eUSB2介面，然後經過中繼器(repeater)把eUSB2訊號轉成3.3V USB2的訊號，再透過Type-A或Type-C與周邊裝置(如滑鼠)連接。
3. eUSB2 to USB3/4
第三種是SOC提供eUSB2和USB3/4，其中eUSB2經過中繼器(repeater)把eUSB2訊號轉成3.3V USB2的訊號，然後連接到type-C，而USB3/4直接連到Type-C提供完整USB的解決方案。
eUSB2的優點
相較於3.3V的USB2介面，低電壓(1V 或1.2V)的eUSB2介面，非常適合低功耗的系統。並且也解決了在5nm以下的先進製程設計提供USB2的大問題。此外，控制協定(protocol)相容於USB2，易於轉換設計。
eUSB2的缺點
如需外接到Type-A/C的接頭，必需要有額外個中繼器(repeater)，增加了成本。但可以把中繼器整合在周邊IC ，如USB-PD或WIFI等不需要用5nm/3nm製程的IC裡。
結論
eUSB2提供了先進製程裡高階SOC的USB2解決方案，並且更適合低功耗的應用。目前市面上5nm/3nm IC是提供eUSB2，還沒有直接提供USB2。此外，目前IP vendor 也是在5nm/3nm製程提供eUSB2的解決方案。所以在先進製程用eUSB2取代USB2是蠻明顯的趨勢。像 5V介面一樣，3.3V也漸漸退出先進製程的晶片裡。
相關文章、連結:
2021/12/24 updated:
最近終於聽到一家公司有用5nm的製程來硬做3.3V的介面。持續觀察中。XD
沒有留言:
張貼留言