USB 3.1 в чипсетах Intel 300-й серии: интеграция или дискретность?

Означает ли планируемая поддержка режима USB 3.1 Gen2 средствами си­с­тем­ной логики Intel 300 серии отказ от дискретных компонентов, об­слу­жи­ва­ю­щих порты универсальной последовательной шины? Мо­ти­ва­ци­ей для установки дополнительных дискретных чипов, на­при­мер, та­ких как AS­Me­dia ASM1142, принято считать отсутствие скоростного ре­жи­ма 10 Gbps у контроллеров xHCI в существующих «южных мостах».

Вместе с тем, в архитектуре интерфейса Type-C есть много факторов, обусловивших усложнение сопрягающих це­пей даже в тех случаях, когда порт обслуживается встроенным в чипсет хост-контроллером. Их и рассмотрим, сде­лав акцент на разделении двух классов функциональности: реализованной в составе системной логики и тре­бу­ю­щей установки дискретных компонентов.

Базовая функциональность чипсетов Intel предыдущей 200-й серии

Сложившаяся на сегодня модель разделения обязанностей между системной логикой и внешними цепями об­ус­лов­ле­на архитектурой микросхемы PCH (Platform Controller Hub). В состав «моста» Intel 200 серии входит конт­рол­лер xHCI (eXtensible Host Controller Interface). Он в максимальной конфигурации способен обслужить до 14 портов USB 2.0 и до 10 портов USB 3.0. Соответствующее количество наборов дифференциальных пар обоих интерфейсов приведено в таблице.

Рис 1. Перечисление сигнальных цепей USB-интерфейса
в составе микросхемы Intel 200 series Platform Controller Hub (PCH)

PCH также поддерживает датчики токовой перегрузки Overcurrent Indicators. Данные сигналы позволяют про­грам­мно определить короткое замыкание или повышенное потребление в цепях питания портов по факту падения на­пря­же­ния. Физическая реализация токовой защиты не входит в обязанности PCH, как правило, применяются са­мо­вос­ста­на­вли­ва­ю­щи­е­ся предохранители.

Несколько дополнительных сигналов используется для реализации архитектуры Dual Role USB, актуальной для мобильных устройств. При этом создается USB-подключение, в котором платформа выступает не в роли USB-хоста, а в роли периферийного устройства. Режим обслуживается контроллером xDCI (eXtensible Device Controller Interface). Физически, оба контроллера xHCI и xDCI находятся в составе микросхемы PCH. На логическом уровне в конфигурационном пространстве они представлены двумя раздельными подсистемами.

Коротко про Intel 300 series PCH

Согласно информации DigitalTrends максимальное количество портов, поддерживающих в режиме SuperSpeed Plus скорость передачи 10 Gbps, для системной логики 300 series PCH-H равно 6.

Рис 2. Сравнительная таблица характеристик системной логики Intel 200 и 300

При этом суммарное количество подключений USB 3.1 Gen1 и Gen2, без учета возможности установки дискретного USB-хаба, ограничено десятью портами.

Расширенная функциональность USB Type-C

Для функционирования интерфейса, основанного на новомодном разъеме Type-C, требуется целый ряд до­пол­ни­тель­ных устройств, причем некоторые из них, позволим себе такое предположение, вряд ли станут частью ми­кро­схе­мы PCH, во всяком случае – в ближайшее время. Консерватизм Intel в вопросе реализации новых интерфейсов в составе системной логики очевиден всем, кто следит за тенденциями в схемотехнике персональных платформ.

Рис 3. Блок-схема интерфейса USB Type-C,
включающая поддержку USB Power Delivery Specification и USB Alternate Mode

Как видно из блок-схемы, хост-контроллер является лишь частью подсистемы. Блок USB Host здесь соответствует контроллеру USB xHCI, входящему в состав Intel PCH. Рассмотрим два вида дополнительной функциональности порта USB Type-C.

Alternate Mode

Мультиплексор (Mux) выбирает один из двух вариантов использования физического канала. В стандартном ре­жи­ме, набор дифференциальных пар интерфейса, подключен к хост-контроллеру USB. В режиме альтернативной функциональности те же цепи используются для передачи сигналов Display Port, подключая видеоадаптер, обо­зна­чен­ный на схеме как GPU, к монитору.

Power Delivery

Power Delivery (PD) Controller, управляемый посредством конфигурационного интерфейса и снабженный набором силовых ключей, обеспечивает передачу по цепи питания электрической мощности до 100 ватт (20 вольт, 5 ампер). Выбор режима питания определяется требованиями подключенного устройства, типом (иной раз – даже ин­тел­лек­том) соединительного кабеля.

Резюме

Силовые ключи, коммутирующие мощность до 100 ватт, а также схемы управления, формирующие напряжения 12 вольт и выше для подачи на затворы MOSFET-транзисторов, вряд ли станут частью кристалла PCH, в то время как для конфигурационного интерфейса и мультиплексоров, обеспечивающих альтернативную функциональность пор­та, выбор между интегральным и дискретным решением, до официального релиза новой системной логики Intel, остается интригой.

Вместо послесловия

Добавим небольшую, но важную практическую рекомендацию. Планируя апгрейд и приобретение техники, сле­ду­ет принять во внимание существование переходных решений: системных плат, адаптеров, хабов, кабелей и пе­ри­фе­рий­ных устройств, которые, несмотря на использование современного разъема USB Type-C, лишены рас­смот­рен­ной выше функциональности Alternate Mode и Power Delivery.