带宽更高速度更快DisplayPort 2.0的那些事

2017年，HDMI联盟发布HDMI 2.1版标准之后，老对手DisplayPort（后文简称DP）一直没有任何反应。是就此沉寂还是憋着放大招？答案现在已经揭晓：6月26日，VESA发布了DP2.0版标准，堪称DP标准诞生以来最重要的一次更新。主要提供了对8K显示器的完美支持，让用户在数毛的道路上越走越远。

质的飞跃

DisplayPort和HDMI在视频标准的竞争方面一直是你追我赶互不相让。2017年，HDMI联盟发布了HDMI2.1版标准。我们先来复习一下这个版本有多厉害：

1.带宽48Gb/s，支持8K@60Hz和4K@120Hz视频分辨率，最高可以传输10K（10240×4320）的视频;

2.能让每一帧画面都呈现出各种完美细节的动态HDR技术;

3.更强大的eARC音频回传技术;

4.增强画面刷新率，确保游戏、电影和视频画面实现流畅且无缝的移动和转换。此特性包含三个方面：面向游戏的可变刷新率（VRR）、面向电影和视频的快速媒体切换（QMS）和面向VR的快速帧传输（QFT）;

5.自动设置理想延迟的自动低延迟模式（ALLM）;

6.继承家族的优良传统，可逆向兼容早期的HDMI版本。

而同一时期，DP还是1.4版本。其实DP1.4的标准也不能说低，毕竟大多数人的显示器还停留在2K@60Hz时代。但技术的牛车终归要缓慢前行，显示器的分辨率和刷新率一直在不断提高。与此同时，为了更好地重现这个五彩斑斓的花花世界，10bit甚至12bit色深、HDR等也开始成为显示器标配。高分辨率高刷新率加上广色域必然带来海量的数据，DP1.4传输这样的数据也会颇感吃力。

面对HDMI升级到2.1的“挑衅”，VESA直到今年6月才放出了大招：DP2.0。这里我们也可以看出这对冤家真的难解难分：HDMI从1.4直接跳到了2.0，DP呢？“对手都2.0了不能让人觉得咱们还在1.0的基础上修修补补”，于是也有样学样。

这种数字游戏我们在手机厂商身上看得很多，但DP版本从1.4跳到2.0确实是有理有据的。本次是DP标准自2007年诞生以来最大的一次更新，或者说是飞跃也不为过。此前，DP1.3和1.4的理论带宽是32.4Gbps，在10bit编码下，有效带宽只能达到80%，也就是25.9Gbps。对于一台1670万颜色（24bit）、4K@120Hz分辨率，或者10亿颜色（30bit）、4K@98Hz分辨率的显示器而言这已经足够了。但它对付不了下一代显示器，例如分辨率高达6016×3384的蘋果ProDisplayXDR，以及今后的8K显示器。这些超高清的怪物对带宽的渴求就像黑洞一样，此前只有HDMI2.1能满足它们。

DP2.0也终于跟上了步伐。它引入了几种比特率模式，最高可达到80Gbps带宽。在此基础上，DP2.0还采用了全新的编码机制128/132b将带宽有效率提升至97%，实际带宽达到77.4Gbps，是DP1.4的三倍，也彻底碾压了HDMI2.1的48Gbps。DP2.0这康庄大道般的带宽为VESA的成员制造商打开了新世界的大门，让显示器可以轻松输出8K@60HzHDR、>8K@60HzSDR、4K@144HzHDR、2×5K@60Hz等视频规格，还可以支持到30bit色深（超过10亿色），并且在不压缩任何数据（包括色度子采样）的情况下达到10K分辨率、24bit色深。

他山之石

在过去的五年左右的时间里，VESA的成员都在讨论DP未来的发展方向。如果标准升级后还需要开发全新的外部接口，对于厂商和用户都是难以接受的，围绕现有的物理层和数据传输技术作出改进才是明智的出路，VESA显然非常清楚这一点。但DP的物理层设计于十多年前，初衷是为了取代VGA和DVI这两个老家伙，那时候根本想不到要扩展到今天这样的带宽。

VESA采用了一个很聪明的办法：借道。他们参考了Intel近期开放的雷电3标准。基于USBType-C介质面的雷电3最早的应用可以追溯到2015年，它共有4个20Gbps的数据传输通道，一共能提供80Gbps的最大带宽，在默认的双向全双工工作状态下，带宽为40Gbps。我们并不清楚VESA这些年是在等待Intel开放雷电3，还是因为雷电3的开放给VESA指明了道路。但总之Intel此举真是功德无量，一下拯救了USB4和DP2.0两大标准。

USB4几乎就是把雷电3拿去改了个名字，将它大众化了（因为使用雷电3必须经过Intel的严格认证），另外USB双向数据通讯的特性决定了它基本上就只能工作在40Gbps的带宽上。但对于DP而言，视频信号是单向传输，不需要全双工，这样就能够单向利用到雷电3的全部带宽。这可比从零开发简单多了，也更能够被市场所认可。同时，DP还继承了雷电3那无比高效的信号编码方案，也就是128/132b，让DP2.0不仅得到了更多的带宽，并且更有效地利用它。

从“新”连接

鉴于雷电3、DP2.0、USB Type-C在物理结构上是一样的，这使得USBType-C也成为了DP官方接口标准之一。VESA综合考虑成本、技术、市场等多方面因素后，最终决定DP2.0采用了两个物理接口：一是继续利用原有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接口物理层已经改变，老版本的DP线缆并不能满足需求，又不能把所有老的DP线缆一棍子打死然后强制推行新线缆。为此VESA制定了符合DP2.0特性的线缆新标准：UHBR（Ultra High Bit Rate超高比特率）标准。

UHBR将线缆分为三个等次：UHBR10、UHBR13.5、UHBR20，里面的数字实际上就是各自的每通道带宽。UHBR10作为最低标准的拥有10×4=40Gbps的理论带宽，单纯传输8K视频已经足够了，关键是它对线缆要求很低，普通的无源铜线缆已经足够，并且传输距离可以达到2～3米。UHBR10也符合VESA曾经推出的DP8K线缆认证项目，也就是说，通过了8K认证的DP线缆就符合UHBR10的信号传输要求。

至于UHBR13.5和UHBR20，理论带宽为54Gbps和80Gbps。带宽提升带来的副作用就是传输距离几何级数般减少。无源线缆只能用作极短距离的传输，例如笔记本扩展坞。要想长距离传输，只能在线缆中加入放大和控制电路，这必然导致成本上升，但VESA似乎也没有其他更好的方法。

其他改进

DP1.4的特性中有一个可选项是前向纠错技术FEC（Forward Error Correction），这是显示流压缩技术DSC（Display Stream Compression）标准的一部分。DSC是VESA的无损图像压缩标准，提供大概3：1的压缩比，让压缩后的图像刚好足够节省电力和带宽，也不会显著增加延迟。在DP2.0中，FEC默认对所有未压缩和经过DSC压缩的数据流都开启。它也成为DP2.0的核心特性之一，任何支持DP2.0标准的设备都必须同时支持对DSC数据流的编解码与传输。但需要说明的是，DP2.0并不强制使用DSC，当带宽允许时，自然是首选未压缩的图像进行传输。对于设备制造商而言，这也能为他们开发带DSC模式的显示器打下基础。

DP2.0在电源效率方面也作出了改进，采用了VESA的Panel Replay技术。这是从当年的PSR（Panel Self Refresh，面板自刷新）技術演化而来的，它允许系统只传输和更新与上一个视频帧不同的图像部分。当初PSR主要用在笔记本电脑和其他移动设备上，通过减少传输数据量进而降低数据通道和CPU的负荷，达到节能目的。DP2.0的Panel Replay延续了这一理念，且不需要额外的控制芯片来达到目的。

DP2.0还对此前诞生于1.2版本的分支功能进行了改进。DP的分支功能允许多台显示器通过菊花链的方式连接，但1.x版本需要各分支设备能够解码DP数据流，如今面对DP2.0超高带宽带来的巨大数据流，解码将会非常困难。DP2.0只要求分支设备能够传递数据而不需要解码，使得MST和菊花链更容易实现。此外，VESA Adaptive Sync在DP2.0中仍是作为一项可选功能。

前途展望

目前，业界正在努力推动4K UHD视频广播的普及，8K电视和显示器也开始投放市场，日本广播公司NHK已经宣布了2020年东京奥运会的8K转播计划。同时，游戏平台也在通过不断提升沉浸式玩法的体验，推动PC和移动平台向更高分辨率和刷新率发展。DP2.0完全就是为顺应这些需求打造的。由于有成熟的雷电3物理层作为基础，VESA预计首批DP2.0的零售产品将在2020年下半年问世。

必须承认，DP2.0背后最大的功臣是Inte，l如果雷电3没有开放授权，DP2.0不定还要难产多久。USBType-C接口体积小、无正反、速度快、供电能力强的特点，已成为当前PC的首选接口类型。让DP使用雷电3的物理层，使得USBType-C更加如虎添翼，成为显示性能最高的端口。而HDMI必须考虑与家电的连接，接口无法轻易更改。很显然，DP2.0未来应用的广泛程度的灵活程度都将远超过HDMI。