استاندارد دیسپلی پورت 2 با پهنای باند بیشتر برای نمایشگرهای 8K معرفی شد

استانداردهای مرتبط با دنیای نمایشگرها همیشه به‌کُندی، اما مداوم توسعه می‌یابند. در این توسعه‌ی مداوم، رزولوشن نمایشگرها روزبه‌روز افزایش می‌یابد و همیشه بهبود کیفیت در نرخ بازسازی و عمق رنگ در صفحات نمایش را نیز شاهد هستیم. همه‌ی این پیشرفت‌‌ها نیاز به پهنای باند برای حمل سیگنال‌های بیشتر به نمایشگرهای آینده را افزایش می‌دهند.

استاندارد دیسپلی پورت (DisplayPort) که یک دهه پیش معرفی شد، در طول سال‌ها سرعت خود را با نیاز به پهنای باند دستگاه‌ها تنظیم کرده است. استاندارد مذکور که به‌عنوان سنگ‌بنای استانداردهای نمایشگرهای کامپیوتر شخصی شناخته می‌شود، همیشه درمعرض بازیابی‌ها و تغییرات متعدد قرار دارد. اکنون و با عرضه‌ی استاندارد دیسپلی پورت ۲، تغییرات اساسی در ساختارهای نمایشگر کامپیوتر شخصی را شاهد هستیم.

خبر مهم در استاندارد جدید، پهنای باند است که نسخه‌های کنونی دیسپلی پورت، یعنی ۱.۳ و ۱.۴ پهنای باندی تا ۳۲.۴ گیگابیت‌برثانیه ارائه می‌کنند. پهنای باند کنونی برای نمایشگر ۱۶.۷ میلیون رنگی (۲۴ بیت) 4K با نرخ بازسازی ۱۲۰ هرتز یا نمایشگری با بیش از یک‌میلیارد رنگ (۳۰ بیت) و نرخ بازسازی ۹۸ هرتز مناسب به‌نظر می‌رسد. پهنای باند کنونی هم بسیار زیاد محسوب می‌شود؛ اما برای نسل بعدی نمایشگرها مانند محصول جدید اپل، یعنی 6K Pro Display XDR و همچنین نمایشگرهای 8K، مناسب نخواهد بود.

درنتیجه‌ی افزایش کیفیت نمایشگرها، نیاز به پهنای باند نیز به‌شدت افزایش می‌یابد. نمایشگرهای محدودی که امروز به نام‌های 6K و 8K در بازار وجود دارند، نقطه‌ی شروعی برای نسل جدید خواهند بود و قطعا فراهم‌کردن نیازهای آن‌ها به استانداردهای پیشرفته‌تری نیاز دارد. انجمن HDMI Forum قبلا برای پرداختن به نیازهای جدید، استانداردی به‌نام HDMI 2.1 معرفی کرد و اکنون انجمن VESA هم برای حفظ موقعیت خود در رقابت، به توسعه‌ی دیسپلی پورت مجبور شد.

استانداردهای سیگنالی دیسپلی پورت

استاندارد دیسپلی پورت ۲ با تمرکز روی نمایشگرها 8K و بالاتر تدوین شد. آن‌ها انواع متنوعی از حالت‌های بیت‌ریت را در استاندارد جدید معرفی کردند که سریع‌ترین آن‌ها تا ۸۰ گیگابیت‌برثانیه پهنای باند ارائه می‌کند؛ پهنای باندی که ۲.۵ برابر استانداردهای کنونی خواهد بود. به‌علاوه، ساختار جدید کدگذاری با بازدهی بیشتر هم معرفی شد که حجم کدگذاری‌های استاندارد برای پردازش را تا حدود زیادی کاهش خواهد داد؛ درنتیجه، پهنای باند کاربردی حداکثر به ۷۷.۴ گیگابیت‌برثانیه می‌رسد که ۲.۹۸ برابر استاندارد موجود (کمی کمتر از سه‌برابر) خواهد بود.

سازمان استاندارد VESA و اعضای آن که عموما از تولیدکنندگان نمایشگر هستند، با استاندارد جدید مسیر را برای رزولوشن بیشتر و نرخ بازسازی بیشتر و نمایشگرهایی با کیفیت رنگ بیشتر هموار می‌کند. استاندارد دیسپلی پورت ۲ نه‌تنها نمایشگرهای 8K را بدون هیچ‌گونه کاهش کیفیت یا جزئیات رنگ پشتیبانی می‌کند؛ بلکه چنین کیفیتی را با جزئیات رنگ ۳۰ بیت هم ارائه می‌کند. به‌بیان‌دیگر، پشتیبانی از HDR هم در آن رزولوشن درخورتوجه ممکن خواهد بود.

بهبود استاندارد نمایش، به‌معنای پشتیبانی از کیفیت 10K با نرخ رنگ ۲۴ بیت هم خواهد بود که بدون هیچ‌گونه فشرده‌سازی ممکن می‌شود. به‌علاوه، نمایشگرهای 16K هم با استاندارد جدید قابلیت فعالیت خواهند داشت که البته به کمی فشرده‌سازی تصویر نیاز دارند. به‌صورت کلی، دیسپلی پورت ۲ گزینه‌های متعددی پیش روی تولیدکنندگان تجهیزات کامپیوتر شخصی قرار می‌دهد. آن‌ها امکانات متعددی از پهنای باند کافی برای نسل بعدی عینک‌های VR تا اتصال زنجیره‌ای نمایشگرهای متعدد را دراختیار خواهند داشت. به‌علاوه، می‌توان ترکیب‌های تازه‌ای در نمایشگرها داشت و به‌عنوان مثال، داده‌های USB را با نمایشگرهای رزولوشن بالا با استاندارد دیسپلی پورت ترکیب کرد.

امکانات جدید دیسپلی پورت ۲ به‌قدری زیاد هستند که VESA امیدوار است حتی HDMI 2.1 هم توانایی اجرای آن‌ها را نداشته باشد. آن‌ها پیش‌گامی در بخش پهنای باند را به‌عنوان مزیت اصلی در نظر می‌گیرند که دیسپلی پورت را به‌عنوان بیشترین استاندارد ازلحاظ پهنای باند قرار خواهد داد.

ساختار فیزیکی دیسپلی پورت ۲

لایه‌های فیزیکی دیسپلی پورت ۲ برای توسعه‌های آتی در دنیای نمایشگرها بسیار مهم هستند. سازمان VESA در پنج سال گذشته، همیشه از پیشرفت‌های استانداردهایش در آینده و طراحی فیزیکی پورت‌ها سخن می‌گفت. توسعه‌ی نسل بعدی ساختارهای فیزیکی با پهنای باند زیاد در هر نسل دشوارتر از گذشته می‌شود؛ درنتیجه سازمان‌های استانداردی متعدد باهم هماهنگ شدند تا فناوری‌های مشترک و طراحی‌های فیزیکی مشابه را برای نسل‌های بعدی توسعه دهند.

در چنین وضعیتی طراحی فیزیکی دیسپلی‌ پورت که یک دهه پیش انجام شد، برای پهنای باند زیادی که استاندارد دیسپلی پورت ۲ در نظر دارد، مناسب به‌نظر نمی‌رسد. به‌همین‌دلیل، انواع گزینه‌ها از کاهش سطح استاندارد دیسپلی پورت تا خود دیسپلی پورت در نظر گرفته شدند.

سازمان استاندارد برای ایجاد تعادل بین ساختار فیزیکی دیسپلی پورت و استاندارد و نیازهای جدید پهنای باند، راهکارهایی در نظر گرفت که نتایج مهمی در پی خواهند داشت. راهکارهایی که علاوه‌بر ارائه‌ی نیازهای پهنای باند زیاد، با ساختار فیزیکی دیسپلی پورت نیز هماهنگ خواهد شد. در استاندارد جدید، دیسپلی پورت هم به حیات ادامه می‌دهد؛ اما پورت اتصال USB-C هم درکنار آن، از استاندارد دیسپلی پورت ۲ پشتیبانی خواهد کرد.

درادامه، این سؤال مطرح می‌شود که تغییر فیزیکی به پشتیبانی از دیسپلی پورت ۲ منجر خواهد شد؟ در استاندارد جدید با وجود حفظ طراحی فیزیکی دیسپلی پورت سنتی، دیگر لایه‌های فیزیکی تقریبا به‌طورکامل با تاندربولت ۳ جایگزین خواهند شد.

VESA برای استاندارد دیسپلی پورت ۲ از فناوری‌های موجود تاندربولت ۳ اینتل استفاده کرد. به‌عبارت‌دیگر، آن‌ها مراحل طراحی را مجددا انجام ندادند تا استاندارد با حداکثر سرعت آماده شود. درواقع، استاندارد کنونی تاندربولت ۳ سرعت و نرخ داده‌ی موردنیاز VESA را تأمین می‌کند. اینتل در ابتدای سال جاری، استاندارد تاندربولت اختصاصی خود را به‌صورت عمومی عرضه کرد؛ به‌همین‌دلیل، VESA توانست آن را در دیسپلی پورت ۲ به‌کار گیرد.

با آزادشدن استاندارد تاندربولت ۳، شرکت‌های متعددی توانستند دستگاه‌های اختصاصی تاندربولت را تولید کنند و استانداردهای دیگر نیز از آن بهره بردند. از میان استانداردها، USB 4 به‌عنوان بهبود کامل تاندربولت ۳ شناخته می‌شود؛ اما دیسپلی پورت ۲ با رویکردی متفاوت، اتصالی یک‌سویه براساس تاندربولت ۳ در نظر گرفت.

تاندربولت ۳ رویکردی تقریبا مشابه با دیسپلی پورت دارد که چهار خط پرسرعت آن، پکت‌های اطلاعاتی را با سرعت ۲۰ گیگابیت‌برثانیه حمل می‌کنند. البته این استاندارد به‌صورت دوطرفه و با استفاده از دو خط برای هر مسیر فعالیت می‌کند؛ اما دیسپلی پورت فقط ارسال اطلاعات را با سرعت بسیار زیاد و به‌صورت یک‌طرفه انجام می‌دهد. درنتیجه دیسپلی پورت ۲ خطوط برگشتی را هم به خطوط رفتی تبدیل می‌کند که درنهایت، لینکی چهارخطه با سرعت ۸۰ گیگابیت‌برثانیه ایجاد می‌شود.

تاندربولت ۳ در‌مقایسه‌با دیسپلی پورت ۲

حرکت به‌سمت فناوری تاندربولت ۳ به این معنی خواهد بود که دیسپلی پورت از طرح کدگذاری سیگنال آن استفاده خواهد کرد. نسخه‌های قبلی استاندارد دیسپلی پورت از کدگذاری 8.10b استفاده می‌کردند که بازدهی کم و نرخ بالاسری ۲۰ درصدی داشت. درمقابل، نسل جدید استاندارد از کدگذاری 128/132b استفاده می‌کند که حداکثر نرخ بالاسری ۳ درصد دارد. 

به‌دلیل استفاده از طرح‌های کدگذاری جدید، بهبود پهنای باند در حالت عملی استاندارد دیسپلی پورت ۲، بیش از بهبودها در حالت تئوری خواهد بود. به‌بیان‌دیگر، استاندارد جدید نه‌تنها پهنای باند بیشتری دریافت می‌کند؛ بلکه بازدهی بیشتری هم در آن خواهد داشت. درنتیجه‌ی همه‌ی تغییرات جدید، دیسپلی پورت ۲ در بیشترین نرخ کارکرد خود پهنای باند ۷۷.۳ گیگابیت‌برثانیه ارائه می‌کند.

سازمان VESA هنوز پاسخی برای بخش کابل‌های جدید دیسپلی پورت ندارد و درحال‌حاضر، کارهای خود را با همان کابل‌های پسیو (Passive) قبلی پیش می‌برد. درنتیجه‌ی همه‌ی اقدامات مذکور، دیسپلی پورت ۲ سه نوع نرخ داده به کاربران عرضه می‌کند: ۱. ۱۰ گیگابیت‌برثانیه در هر خط؛ ۲. ۱۳.۵ گیگابیت‌برثانیه در هر خط؛ ۳. ۲۰ گیگابیت‌برثانیه در هر خط. نرخ داده در نمایشگرها به‌نام Ultra High Bit Rate یا UHBR شناخته می‌شود و در‌حال‌حاضر، VESA برای نمایشگرهای مستقل روی نرخ ۱۰ گیگابیت‌برثانیه در هر خط (UHBR 10) متمرکز است؛ درنتیجه، پهنای باند ۴۰ گیگابیت‌برثانیه به نمایشگر ارائه می‌شود.

UHBR 10 نرخ داده‌ای نصف ظرفیت کامل دیسپلی پورت ۲ و تاندربولت ۳ دارد؛ اما می‌توان از آن در کابل‌های پسیو مسی کنونی استفاده کرد. به‌علاوه، کابل‌ها با استفاده از نرخ مذکور تا دو یا سه متر قابلیت عملکرد مناسب خواهند داشت. VESA‌ از مدت‌ها پیش خود را برای چنین فناوری‌هایی آماده می‌کرد و اکنون UHBR 10 با برنامه‌ی تأییدیه‌ی قبلی آن‌ها مبتنی‌بر کابل‌های دیسپلی پورت 8K هماهنگی دارد. بنابراین، کابل‌های تأیید‌شده‌ی 8K می‌توانند نیازهای UHBR 10 را برآورده کنند و در آن نرخ، داده تحویل دهند.

انواع UHBR در دیسپلی پورت ۲

با وجود آنچه گفته شد، سازمان VESA هنوز برنامه‌ای برای استفاده از کابل‌های پسیو در نرخ داده‌های بیشتر ندارد. آن‌ها فقط به شرکت‌ها امکان می‌دهند نرخ‌های بیشتر، یعنی UHBR 13.5 و UHBR 20 را به‌صورت کابل‌های متصل داخلی به نمایشگرها ارائه کنند. کابل‌های داخلی استفاده‌‌شده‌ی شرکت‌های سازنده می‌توانند انواع پسیو با طول کوتاه یا انواع اکتیو با طول بلند باشند. به‌هرحال، گروه استانداردساز ظرفیت بیشتری برای کابل‌های پسیو سنّتی در استاندارد جدید قائل نیست؛ اما استفاده از آن‌ها را نیز محدود نمی‌کند. درنهایت، آن‌ها پیش‌بینی می‌کنند کاربرد استاندارد جدید در کابل‌های خارجی (بدون اتصال داخلی به نمایشگر) در آینده‌ی نزدیک رخ نخواهد داد.

تغییر دیگری مبتنی‌بر سیگنال نیز در استاندارد دیسپلی پورت ایجاد شد که درخورتوجه است. امکانی به‌نام Forward Error Correction یا FEC در استاندارد دیسپلی پورت ۱.۴ معرفی شد که بخشی از فرایند فشرده‌سازی استریم نمایشگر (DSC) بود. اکنون این امکان به‌صورت بخشی هسته‌ای در دیسپلی پورت ۲ وجود دارد؛ ازاین‌رو، در لینک مبتنی‌بر استاندارد دیسپلی پورت ۲، FEC همیشه استفاده خواهد شد و جابه‌جایی داده را در رویکردی با کمترین خطا انجام می‌دهد.

قابلیت‌های دیسپلی پورت ۲

استاندارد جدید دیسپلی پورت علاوه‌بر تغییراتی اساسی در ساختاری فیزیکی و عوامل عملکردی، تغییرات درخورتوجهی هم در قابلیت‌ها ایجاد می‌کند. به‌عنوان اولین قابلیت می‌توان به الزام پشتیبانی از DSC اشاره کرد. DSC در دیسپلی پورت ۱.۴ مطرح شد؛ اما تا چند سال بعد، اصلا کاربرد زیادی نداشت. سازمان VESA این قابلیت را ایجاد کرد تا فشرده‌سازی تصاویر با حداقل کاهش کیفیت انجام شود.

عملکرد DSC‌ روی گروه کوچکی از پیکسل‌ها انجام می‌شود و نرخ فشرده‌سازی ۳:۱ را به کاربر ارائه می‌کند. هدف اصلی قابلیت مذکور، کاهش حجم به مقدار مناسب خواهد بود تا پهنای باند و قدرت کمتری مصرف شود. رویکرد مذکور با حداکثر تلاش برای کاهش‌نیافتن جزئیات تصویری و افزایش‌نیافتن نرخ تأخیر انجام می‌شود.

همان‌طورکه گفته شد، اکنون DSC به‌عنوان بخشی هسته‌ای در دیسپلی پورت ۲ ارائه می‌شود. البته، دستگاه‌هایی که با استاندارد نسخه‌ی ۲ کار می‌کنند، لزوما نباید فشرده‌سازی را به‌کار بگیرند؛ چون تا زمان نبود محدودیت پهنای باند، هیچ فشرده‌سازی نیاز نخواهد بود. باوجوداین، دستگاه‌های مذکور باید توانایی کدگذاری و جابه‌جایی و کدگشایی داده‌های فشرده‌سازی‌شده را داشته باشند؛ درنتیجه در مواقع محدودیت پهنای باند، فشرده‌سازی با کیفیت چشمگیر انجام خواهد شد. چنین رویکردی زمینه را برای تولید نمایشگرهایی با پیش‌نیاز DSC فراهم می‌کند و در آینده تولیدکنندگان اطمینان خواهند داشت که همه‌ی دستگاه‌های مبتنی‌بر استاندارد دیسپلی پورت ۲ با نمایشگرها هماهنگ هستند.

استاندارد دیسپلی پورت ۲ در بخش بازدهی هم قابلیت‌های جدیدی دارد. طبق سند جدید، قابلیتی اختیاری برای تولیدکننده عرضه خواهد شد که روی بازدهی مصرف برق متمرکز است. قابلیت جدید به‌نام Panel Replay شناخته می‌شود و از فناوری‌های قبلی موسوم به Panel Self Refresh بهره می‌گیرد. پنل ریپلی مکانیزم به‌روزرسانی خودکاری محسوب می‌شود که توانایی جالبی به نمایشگر می‌دهد. دستگاه‌ها با استفاده از قابلیت جدید، تنها بخش‌هایی از تصویر را منتقل و به‌روزرسانی می‌کنند که درمقایسه‌با فریم قبلی تغییر کرده‌اند.

استاندارد دیسپلی پورت ۲ در بخشی دیگر از قابلیت‌های خود، نحوه‌ی کار نمایشگرهای ترکیبی را نیز تغییر می‌دهد. در تنظیمات قبلی و مبتنی‌بر استاندارد DisplayPort 1.x، دستگاه‌های متصل باید از قابلیت رمزگشایی جریان داده‌ی دیسپلی‌ پورت را برخوردار می‌بودند. چنین رویکردی در پهنای باند بالای استاندارد جدید، یعنی بیش از ۲۰ گیگابیت‌برثانیه داده، آسان نخواهد بود؛ ازاین‌رو، دستگاه‌های شبکه‌ای مبتنی‌بر استاندارد نسخه‌ی ۲، تنها باید توانایی جابه‌جایی داده را داشته باشند و لزومی بر رمزگشایی آن نیست. درنتیجه‌ی قابلیت جدید، ترکیب دستگاه‌های نمایشگر طبق پروتکل‌های MST یا Daisy Chaining آسان‌تر خواهد بود؛ چراکه دستگاه‌های شاخه‌ای آن‌ها به داشتن قابلیت‌های پیچیده نیاز ندارند.

به‌عنوان آخرین قابلیت استاندارد جدید، می‌توان به Vesa Adaptive Sync مرتبط با نرخ بازسازی اشاره کرد. این قابلیت در نسخه‌های قبلی عرضه شد و در نسخه‌ی ۲ نیز وجود خواهد داشت؛ درنتیجه تولیدکنندگان می‌توانند قابلیت مذکور را در نمایشگرهای جدید خود هم لحاظ کنند؛ اما الزامی بر استفاده از آن نیست.

عرضه‌ی دیسپلی پورت ۲ در سال ۲۰۲۰

درنهایت می‌توان استاندارد دیسپلی پورت ۲ را بزرگ‌ترین به‌روزرسانی استانداردهای نمایشی کامپیوتر خانگی از زمان معرفی، یعنی سال ۲۰۰۷ نامید. VESA با جایگزینی لایه‌ی فیزیکی دیسپلی پورت با تاندربولت ۳، پیشرفت چشمگیری در ظرفیت‌های پهنای باند ایجاد کرد که زمینه را برای استفاده‌ی بهینه از نمایشگرهای 8K و بیشتر فراهم می‌کند.

به‌روزرسانی استاندارد جدید دیسپلی پورت برای شرکت‌های تولیدی آسان نخواهد بود؛ زیرا آن‌ها قطعا با محدودیت‌های پهنای باند کابل مشابه در تاندربولت ۳ روبه‌رو می‌شوند. به‌هرحال، پس از عبور از مشکلات مذکور پیشرفت درخورتوجهی در صنعت نمایشگر و ظرفیت‌های پهنای باند آن را شاهد خواهیم بود. افزون‌براین، کل صنعت کامپیوترهای شخصی هم به‌سمت استانداردهای مشترک برای ورودی‌ها و خروجی‌های با پهنای باند بالا حرکت می‌کنند.

درباره‌ی زمان عرضه‌ی دیسپلی پورت ۲ باید منتظر اولین دستگاه‌های مخصوص مصرف‌کننده‌ی مبتنی‌بر این استاندارد باشیم. چنین انتظاری طولانی نخواهد بود؛ چون استاندارد موجود از زیرساخت تاندربولت ۳ بهره می‌برد. درواقع، شرکت‌های سازنده می‌توانند با استفاده از امکانات موجود و مرتبط با تاندربولت ۳، دستگاه‌های جدیدی عرضه کنند. درنهایت، VESA پیش‌بینی می‌کند اولین دستگاه‌های مخصوص مصرف‌کننده تا پایان سال ۲۰۲۰، یعنی ۱۸ ماه دیگر، به بازار راه خواهند یافت.