电子行业技术的发展，IEEE1284 被USB 接口取代，PATA 被SATA 取代，SATA又被NVME取代，SCSI变成了SAS、PCI 变成了PCI-Express ，传统并行接口的速度已经达到瓶颈，取而代之的是速度更快的串行接口。于是原本用于光纤通信的SERDES(是SERializer(串行器)/DESerializer(解串器)的简称)技术成为了为高速串行接口的主流。我们所熟知的各种接口或者传输方式基本都是串行接口，像笔电、PC这样的设备上已经找不到任何并行接口，取而代之的是物理层采用SERDES的各种串行接口，如大家熟知的USB、PCIe、HDMI、DisplayPort等等。这些接口的传输能力也十分惊人，如： PCIe 6.0 的传输速率达到了惊人的256GB/s，Thunderbolt 4 达到 40Gbps，USB4 Gen 4为 40Gbps，eDP（DisplayPort）1.4b HBR3 8.1 Gbit/s 每lane，共32.4 Gbit/s 带宽，HDMI 2.0b 带宽 18 Gbit/s。
PCIe 6.0 切换到PAM4信令
比原定时间稍晚一点，2021年7月初，PCI-SIG公布的PCIe 6.0，0.71版的规格供会员审查.
PCI-SIG 总裁兼董事会主席 Al Yanes表示：在工作小组辛勤的工作下，0.71版本规格终于发布。我们知道开发人员和媒体都在急切地等待最终规范推出，这个时间不会晚于今年年底。
PCIe规格保持每隔3年带宽翻倍 图片来源 pcisig.com
PCIE 6.0 规格特点：
• 64 GT/s 数据速率和高达 256 GB/s x16信道配置，相比PCIe 5.0 规范带宽再次翻倍
• PAM4（脉冲振幅调制4级）信号，充分利用现有的56G PAM4数据速率
• 低延迟前向纠错 （FEC） 具有额外的机制，提高带宽效率
• 基于流量控制单元的编码 FLIT
• 向下兼容 PCIE 前代规格
• 64 GT/s 数据速率和高达 256 GB/s x16信道配置，相比PCIe 5.0 规范带宽再次翻倍
• PAM4（脉冲振幅调制4级）信号，充分利用现有的56G PAM4数据速率
• 低延迟前向纠错 （FEC） 具有额外的机制，提高带宽效率
• 基于流量控制单元的编码 FLIT
• 向下兼容 PCIE 前代规格
历代PCIe 规格 图片来源 pcisig.com
单通道PCIe 6.0 单向带宽8GB/s，双向16GB/s，因此采用16通道时，将达到惊人256GB/s，这一传输速率与数据中心以及光传输正在升级的400GB相匹配。因此，5G、人工智能、汽车、云端大数据、企业服务等需要高吞吐量的应用场景将是PCIe6.0的市场重点，当然在PC、行动端以及高速存储市场PCIe6.0的传统市场也在升级范围内。
PCIe 6.0为AI、汽车、云端预留更大带宽 图片来源：pcisig.com
汽车的智能化技术演技，让ADAS和自动驾驶技术快速发展，AI和机器学习在这一领域被广泛使用。大量的传感器数据，如激光雷达、图像传感器，将汽车周边的信息不断回传，如天气、光线、周边建筑、运动物体，整个系统都需要高速处理时时收到的大量资料，并作出决策，这是汽车应用需要PCIe 6的主要原因。
在消费端， AMD显卡、处理器，芯片组已开始全面支持PCIe 4.0。或许是感受到来自竞争Intel在今年3月发售的第11代Rocket lakes-S系列处理器中也终于支持到了PCIe 4.0，此前intel总是强调游戏应用其实PCIe 3.0已经足够用了。不过消费端目前的主流应用仍然是大量的PCIe 2.0或者PCIe 3.0，其中PCIe 2.0仍然占有大量的市场份额。
在服务器端，Intel 的Agilex FPGA已经支持到了PCIe 5.0，而作为数据中心应用的主力，intel下一代服务器平台Sapphire Rapids会提供PCIe 5.0支持。
PCIe主要应用
PCIe主要应用
PCIe 6.0在技术的一个重要特点就是将此前沿用NRZ 128b/130b传输编码方案，迁移到了PAM4脉冲调制传输编码，这样可以在充分利用现有条件实现传输速率翻倍(不必增加传输频率就能增加数据传输量)，同时信号损失保持与PCIe 5.0相同的36dB水平。翻倍的数据吞吐量和带宽，可以减少设备占用的PCIe通道数量，达到有效增加设备数量的目的，让系统变得更为经济。
由于PAM4 设计比 NRZ 设计更容易受到噪声干扰，它把四个级别的信号整合到了两个幅度当中。设计测试时必须执行发射机（Tx）测量，比如测量信噪失真比（SNDR）和输出抖动，以便表征 PAM4 发射器件。前向纠错（FEC）主要用于在 PAM4 链路中纠正通道误差，同样 PAM4 Rx 测试中必不可少。这些问题对工程师和系统设计人员来说将是新的挑战。
DDR5 性能翻倍 普及加速
CPU 核心计数的增长速度超过了系统内存带宽。信号完整性、电源传递、布局复杂性和其他系统级挑战正在限制每个核心内存带宽的进步。需要新的内存架构来满足下一代每核带宽的要求。DDR5是DDR4的继任者，在计算系统感受到不断增大的压力之际，它的出现是一次巨大的进步。
CPU 核心计数的增长速度超过了系统内存带宽。信号完整性、电源传递、布局复杂性和其他系统级挑战正在限制每个核心内存带宽的进步。需要新的内存架构来满足下一代每核带宽的要求。DDR5是DDR4的继任者，在计算系统感受到不断增大的压力之际，它的出现是一次巨大的进步。
2020年7月14日，电子器件工程联合会（JEDEC）正式发布了DDR5 SDRAM的最终规范---- JESD79-5 DDR5 SDRAM标准。DDR内存带宽再次翻倍，DDR5旨在满足密集云和企业数据中心应用驱动的需求，为开发人员提供了两倍的性能并显著提升内存的效率，vdd电压从1.2v下降到1.1v，进一步降低功耗。
DDR5吞吐量大幅度提升 图片来源:micron.com
最大的改动是DDR5单个DIMM被分解为2个通道，不再是每个DIMM提供一个64位数据信道，而改为每DIMM提供两个独立的32位数据信道（ECC规格DDR5，则多出8位，为每通道40位）。同时，每个通道的突发长度从8个byte（BL8）翻倍到16个byte（BL16），这一提升使得DDR5内存每信道每次操作64个byte。与DDR4 DIMM相比，DDR5 DIMM以两倍的额定内存速度（核心速度相同）运行，将在DDR4 DIMM提供的操作时间内提供两个64字节的操作，使理论有效带宽增加一倍，轻易达到6.4Gbps，达到DDR4的整整一倍。Micron系统模拟的数据显示， 在3200MT/s规格时，DDR5 的有效带宽增加了 1.36 倍，而到了4800MT/s的传输速度是，DDR5的有效带宽可以提升1.87倍。
DDR5内存使用两个独立的子通道 且配有独立的PMIC调节电压 图片来源:micron.com
DDR5内存使用两个独立的子通道 且配有独立的PMIC调节电压 图片来源:micron.com
为提升性能，DDR5标准规定了Bank数量达到8个，比DDR4多了一倍，这将在Bank interleave条件下进一步挖掘内存的访问效率。
DDR5内存在容量和颗粒密度上也进行大幅提升，DDR5 标准支持单颗 64Gbit 的 DRAM 存储芯片，是 DDR4 最大允许容量（16Gbit）的四倍，可以轻易实现双面128GB容量的单条内存，从而进一步提升数据中心和服务器的内存效能。
DDR5 与 主 流 规 格 对 比 数据源:COMPOTECH整理
另一项重大改变是On-DIMM电压调节。
JEDEC在DDR5内存标准中，规定了全新的DIMM的电压调节方式。DIMM的电压调节将从主板转移到单个DIMM上，让DIMM负责自己的电压调节需求。这意味着每一条DDR5内存将多出一颗PMIC，用来微调内存电压，这一规范适用于从UDIMMs到LRDIMMs的所有产品。这样做的好处，简化了主板厂商的一些工作，让很多主板不再像以前那么“挑剔“内存，JEDEC的说法是提高DRAM的良品率。
JC-42 内存委员会主席兼执行副总裁 Desi Rhoden 表示："随着设计中采用了几种新的性能、可靠性和节电模式，DDR5 已准备好支持和启用下一代技术。全球 150 多家 JEDEC 成员公司付出的巨大努力和努力，形成了一个针对行业各个方面的标准，包括系统要求、制造流程、电路设计以及仿真工具和测试，极大地增强了开发人员的创新能力，并推进了广泛的技术应用。
USB4與Thuderbolt 4 快變一家了
USB 4
與每一代USB介面一樣，新規格繼續翻倍。USB4是2019年3月由USB-IF發佈的新一代USB規格，最高具備了40Gbps的資料傳輸能力。有意思的地方是，USB-IF在發佈USB4之前還發佈了USB 3的兩個小版本，USB3.2 Gen1和USB3.2 Gen2，分別對應10Gbps和20Gbps的傳輸速率。線上纜標識上增更加混亂，由於USB3開始提供DisplayPort傳輸，為了體現不同，要在不同功能線纜上做不同標識，最後的結果是……乾脆直接過渡到USB4。
USB 4
與每一代USB介面一樣，新規格繼續翻倍。USB4是2019年3月由USB-IF發佈的新一代USB規格，最高具備了40Gbps的資料傳輸能力。有意思的地方是，USB-IF在發佈USB4之前還發佈了USB 3的兩個小版本，USB3.2 Gen1和USB3.2 Gen2，分別對應10Gbps和20Gbps的傳輸速率。線上纜標識上增更加混亂，由於USB3開始提供DisplayPort傳輸，為了體現不同，要在不同功能線纜上做不同標識，最後的結果是……乾脆直接過渡到USB4。
USB4還首次相容了Thunderbolt3介面，並且提供了USB PD（Power Delivery 電力傳輸）功能，最新的USB PD 3.1規範將傳輸功率提升到了240W！
視頻傳輸方面,USB可以外接兩台4K顯示器或一台5K顯示器。吸取了此前USB 3系列命名混亂的教訓，USB-IF表示不會再有4.1、4.2這樣的小版本標識，做到盡可能簡化，讓大家都方便。
介面方面USB4 也統一採用Type-C介面，不再像過去那樣有A、B、Mini、Micro等多個樣式。
Thunderbolt 4
Thunderbolt介面的發展並非一番風順，2011年2月推出的Thunderbolt介面，最初只是出現在蘋果的MAC電腦上，儘管它的規格很吸引人。直到2015年，Intel將介面改為了Type-C，讓Thunderbolt一下子連接到了USB的世界，Thunderbolt才開始迅速成長起來。
Thunderbolt介面的發展並非一番風順，2011年2月推出的Thunderbolt介面，最初只是出現在蘋果的MAC電腦上，儘管它的規格很吸引人。直到2015年，Intel將介面改為了Type-C，讓Thunderbolt一下子連接到了USB的世界，Thunderbolt才開始迅速成長起來。
Thunderbolt擴展塢 圖片來源：intel
在USB4規格公佈一年之後，2020年7月，Thunderbolt 4規格發佈。但從其規格上來看，並沒有比前一代有太多改進之處，只是在視頻傳輸和PCIe資料傳輸能力上翻倍，說是上一代的加強版也不為過。
Thunderbolt 4 埠具有 40 Gbps的雙向頻寬。這意味著可以將資料快速移入或移出外部存儲，並且可以連接多達 5 個 Thunderbolt 設備來進行靈活的設備配置。所有這些功能均由 1 個埠來實現。Thunderbolt 4 埠與許多連接標準相容，包括 Thunderbolt™、USB、DisplayPort 和 PCle 的早期版本。這些埠可相容標準的 USB-C 型連接器。基於 VT-d 的 DMA 保護可通過重新映射來自外部設備的請求並檢查適當的許可權來幫助防止安全威脅。
USB4與Thunderbolt 4規格比較 圖片來源：intel.com
USB4 40Gbps與Thunderbolt4只能通過標識來區分 圖片來源:intel.com
從規格對比來看，Thuderbolt 4幾乎完全相容了USB 4的資料傳輸內容，而反過來卻不行。從目前情況來看，對消費者而言，直接購買Thunderbolt 4的線纜是最省事的辦法。除非，你需要超過15W的供電能力。
Diplayport 2.0與HDMI 2.1 不分伯仲
Displayport（以下簡稱為DP）主要用在PC端， 2019 年6月VESA正式公佈了DP 2.0的規範，進行了一次較大規模升級。提供10Gbps (UHBR10)、13.5Gbps (UHBR13.5)和20Gbps (UHBR20)，三種資料傳輸率。配合不同的通道數量，可支援雙路8K（7680x4320@30fps 30bpp）解析度的顯示輸出，或者經過壓縮（DSC）的單路16K（15360*8460@60fps 30bpp）視頻。
頻寬方面，DP2.0借鑒了Intel的Thunderbolt 3的技術規格，提供了4個資料傳輸通道，將理論頻寬提升到80Gbps，有效頻寬提升到77.4Gbps。
DP2.0將頻寬提升至前所未有的80Gbps 圖片來源:vesa.org
其次是編碼效率提升，在DP2.0之前，採用的是8b/10b編碼方式，而DP2.0採用128b/132b編碼方式，編碼效率從80%提升到97%。這是其有效頻寬改善的主要原因。
在處理視頻流資料時，DP2.0引入了Display Stream Compression (簡稱 DSC)資料壓縮技術與Pane Replay技術，不僅可以節約頻寬，還能有效控制功耗。不過，DSC並不強制。
同時DP2.0也提供了相容USB的模式，2020年3月VESA放出了DP Alt Mode Spec 2.0。增加DP 2.0 Spec中三個Data Rates (UHBR10/13.5/20Gbps)，明確Pin Assignment D (2-Lane DP和2-Lane USB的通道)不支援USB4模式，USB Data傳輸最高只支援到USB3.2 (10Gbps)。
DP Alt Mode Spec 2.0 圖片來源:allion.com
HDMI則是應用更加廣泛的視頻界面，不僅在家電中，PC、手機也有它的身影。HDMI 2.1是 HDMI 規範的最新更新，支援一系列更高的視頻解析度和刷新速率，包括 8K60 和 4K120，以及高達 10K 的解析度。還支援動態 HDR 格式，頻寬功能將增加到 48Gbps。
HDMI可支援到8K解析度 圖片來源：hdmi.org
支援 48Gbps 頻寬的需要新的超高速 HDMI 電纜，可確保提供超高頻寬依賴功能，包括帶 HDR 的未壓縮 8K 視頻。它具有極低的EMI（電磁干擾），可減少對附近無線設備的干擾。電纜向後相容，可與 HDMI 設備的現有安裝基座配合使用。
HDMI2.1特點概述
• 連接器向下相容。
• 具備良好的抗電磁干擾能力更好的的線纜。
• 頻寬提高到48 Gbps，是HDMI 2.0（18 Gbps）的2.67倍。
• 可以傳輸高達10K@120fps的視訊訊號。
• 連接器向下相容。
• 具備良好的抗電磁干擾能力更好的的線纜。
• 頻寬提高到48 Gbps，是HDMI 2.0（18 Gbps）的2.67倍。
• 可以傳輸高達10K@120fps的視訊訊號。
