帶寬更高速度更快DisplayPort 2.0的那些事

2017年，HDMI聯盟發布HDMI 2.1版標準之后，老對手DisplayPort（后文簡稱DP）一直沒有任何反應。是就此沉寂還是憋著放大招？答案現在已經揭曉：6月26日，VESA發布了DP2.0版標準，堪稱DP標準誕生以來最重要的一次更新。主要提供了對8K顯示器的完美支持，讓用戶在數毛的道路上越走越遠。

質的飛躍

DisplayPort和HDMI在視頻標準的競爭方面一直是你追我趕互不相讓。2017年，HDMI聯盟發布了HDMI2.1版標準。我們先來復習一下這個版本有多厲害：

1.帶寬48Gb/s，支持8K@60Hz和4K@120Hz視頻分辨率，最高可以傳輸10K（10240×4320）的視頻;

2.能讓每一幀畫面都呈現出各種完美細節的動態HDR技術;

3.更強大的eARC音頻回傳技術;

4.增強畫面刷新率，確保游戲、電影和視頻畫面實現流暢且無縫的移動和轉換。此特性包含三個方面：面向游戲的可變刷新率（VRR）、面向電影和視頻的快速媒體切換（QMS）和面向VR的快速幀傳輸（QFT）;

5.自動設置理想延遲的自動低延遲模式（ALLM）;

6.繼承家族的優良傳統，可逆向兼容早期的HDMI版本。

而同一時期，DP還是1.4版本。其實DP1.4的標準也不能說低，畢竟大多數人的顯示器還停留在2K@60Hz時代。但技術的牛車終歸要緩慢前行，顯示器的分辨率和刷新率一直在不斷提高。與此同時，為了更好地重現這個五彩斑斕的花花世界，10bit甚至12bit色深、HDR等也開始成為顯示器標配。高分辨率高刷新率加上廣色域必然帶來海量的數據，DP1.4傳輸這樣的數據也會頗感吃力。

面對HDMI升級到2.1的“挑釁”，VESA直到今年6月才放出了大招：DP2.0。這里我們也可以看出這對冤家真的難解難分：HDMI從1.4直接跳到了2.0，DP呢？“對手都2.0了不能讓人覺得咱們還在1.0的基礎上修修補補”，于是也有樣學樣。

這種數字游戲我們在手機廠商身上看得很多，但DP版本從1.4跳到2.0確實是有理有據的。本次是DP標準自2007年誕生以來最大的一次更新，或者說是飛躍也不為過。此前，DP1.3和1.4的理論帶寬是32.4Gbps，在10bit編碼下，有效帶寬只能達到80%，也就是25.9Gbps。對于一臺1670萬顏色（24bit）、4K@120Hz分辨率，或者10億顏色（30bit）、4K@98Hz分辨率的顯示器而言這已經足夠了。但它對付不了下一代顯示器，例如分辨率高達6016×3384的蘋果ProDisplayXDR，以及今后的8K顯示器。這些超高清的怪物對帶寬的渴求就像黑洞一樣，此前只有HDMI2.1能滿足它們。

DP2.0也終于跟上了步伐。它引入了幾種比特率模式，最高可達到80Gbps帶寬。在此基礎上，DP2.0還采用了全新的編碼機制128/132b將帶寬有效率提升至97%，實際帶寬達到77.4Gbps，是DP1.4的三倍，也徹底碾壓了HDMI2.1的48Gbps。DP2.0這康莊大道般的帶寬為VESA的成員制造商打開了新世界的大門，讓顯示器可以輕松輸出8K@60HzHDR、>8K@60HzSDR、4K@144HzHDR、2×5K@60Hz等視頻規格，還可以支持到30bit色深（超過10億色），并且在不壓縮任何數據（包括色度子采樣）的情況下達到10K分辨率、24bit色深。

他山之石

在過去的五年左右的時間里，VESA的成員都在討論DP未來的發展方向。如果標準升級后還需要開發全新的外部接口，對于廠商和用戶都是難以接受的，圍繞現有的物理層和數據傳輸技術作出改進才是明智的出路，VESA顯然非常清楚這一點。但DP的物理層設計于十多年前，初衷是為了取代VGA和DVI這兩個老家伙，那時候根本想不到要擴展到今天這樣的帶寬。

VESA采用了一個很聰明的辦法：借道。他們參考了Intel近期開放的雷電3標準。基于USBType-C介質面的雷電3最早的應用可以追溯到2015年，它共有4個20Gbps的數據傳輸通道，一共能提供80Gbps的最大帶寬，在默認的雙向全雙工工作狀態下，帶寬為40Gbps。我們并不清楚VESA這些年是在等待Intel開放雷電3，還是因為雷電3的開放給VESA指明了道路。但總之Intel此舉真是功德無量，一下拯救了USB4和DP2.0兩大標準。

USB4幾乎就是把雷電3拿去改了個名字，將它大眾化了（因為使用雷電3必須經過Intel的嚴格認證），另外USB雙向數據通訊的特性決定了它基本上就只能工作在40Gbps的帶寬上。但對于DP而言，視頻信號是單向傳輸，不需要全雙工，這樣就能夠單向利用到雷電3的全部帶寬。這可比從零開發簡單多了，也更能夠被市場所認可。同時，DP還繼承了雷電3那無比高效的信號編碼方案，也就是128/132b，讓DP2.0不僅得到了更多的帶寬，并且更有效地利用它。

從“新”連接

鑒于雷電3、DP2.0、USB Type-C在物理結構上是一樣的，這使得USBType-C也成為了DP官方接口標準之一。VESA綜合考慮成本、技術、市場等多方面因素后，最終決定DP2.0采用了兩個物理接口：一是繼續利用原有DP接口并向下兼容，二是利用USBType-C接口（工作在DPalt模式）。但原有的DP接口物理層已經改變，老版本的DP線纜并不能滿足需求，又不能把所有老的DP線纜一棍子打死然后強制推行新線纜。為此VESA制定了符合DP2.0特性的線纜新標準：UHBR（Ultra High Bit Rate超高比特率）標準。

UHBR將線纜分為三個等次：UHBR10、UHBR13.5、UHBR20，里面的數字實際上就是各自的每通道帶寬。UHBR10作為最低標準的擁有10×4=40Gbps的理論帶寬，單純傳輸8K視頻已經足夠了，關鍵是它對線纜要求很低，普通的無源銅線纜已經足夠，并且傳輸距離可以達到2～3米。UHBR10也符合VESA曾經推出的DP8K線纜認證項目，也就是說，通過了8K認證的DP線纜就符合UHBR10的信號傳輸要求。

至于UHBR13.5和UHBR20，理論帶寬為54Gbps和80Gbps。帶寬提升帶來的副作用就是傳輸距離幾何級數般減少。無源線纜只能用作極短距離的傳輸，例如筆記本擴展塢。要想長距離傳輸，只能在線纜中加入放大和控制電路，這必然導致成本上升，但VESA似乎也沒有其他更好的方法。

其他改進

DP1.4的特性中有一個可選項是前向糾錯技術FEC（Forward Error Correction），這是顯示流壓縮技術DSC（Display Stream Compression）標準的一部分。DSC是VESA的無損圖像壓縮標準，提供大概3：1的壓縮比，讓壓縮后的圖像剛好足夠節省電力和帶寬，也不會顯著增加延遲。在DP2.0中，FEC默認對所有未壓縮和經過DSC壓縮的數據流都開啟。它也成為DP2.0的核心特性之一，任何支持DP2.0標準的設備都必須同時支持對DSC數據流的編解碼與傳輸。但需要說明的是，DP2.0并不強制使用DSC，當帶寬允許時，自然是首選未壓縮的圖像進行傳輸。對于設備制造商而言，這也能為他們開發帶DSC模式的顯示器打下基礎。

DP2.0在電源效率方面也作出了改進，采用了VESA的Panel Replay技術。這是從當年的PSR（Panel Self Refresh，面板自刷新）技術演化而來的，它允許系統只傳輸和更新與上一個視頻幀不同的圖像部分。當初PSR主要用在筆記本電腦和其他移動設備上，通過減少傳輸數據量進而降低數據通道和CPU的負荷，達到節能目的。DP2.0的Panel Replay延續了這一理念，且不需要額外的控制芯片來達到目的。

DP2.0還對此前誕生于1.2版本的分支功能進行了改進。DP的分支功能允許多臺顯示器通過菊花鏈的方式連接，但1.x版本需要各分支設備能夠解碼DP數據流，如今面對DP2.0超高帶寬帶來的巨大數據流，解碼將會非常困難。DP2.0只要求分支設備能夠傳遞數據而不需要解碼，使得MST和菊花鏈更容易實現。此外，VESA Adaptive Sync在DP2.0中仍是作為一項可選功能。

前途展望

目前，業界正在努力推動4K UHD視頻廣播的普及，8K電視和顯示器也開始投放市場，日本廣播公司NHK已經宣布了2020年東京奧運會的8K轉播計劃。同時，游戲平臺也在通過不斷提升沉浸式玩法的體驗，推動PC和移動平臺向更高分辨率和刷新率發展。DP2.0完全就是為順應這些需求打造的。由于有成熟的雷電3物理層作為基礎，VESA預計首批DP2.0的零售產品將在2020年下半年問世。

必須承認，DP2.0背后最大的功臣是Inte，l如果雷電3沒有開放授權，DP2.0不定還要難產多久。USBType-C接口體積小、無正反、速度快、供電能力強的特點，已成為當前PC的首選接口類型。讓DP使用雷電3的物理層，使得USBType-C更加如虎添翼，成為顯示性能最高的端口。而HDMI必須考慮與家電的連接，接口無法輕易更改。很顯然，DP2.0未來應用的廣泛程度的靈活程度都將遠超過HDMI。