DisplayPort: una mejor interfaz de video
(hackaday.com)- DisplayPort es una interfaz diseñada por VESA como sucesora de VGA y DVI, y se usa como tecnología base no solo para monitores externos, sino también para paneles internos de laptops, salida de video por USB-C, estaciones de acoplamiento y periféricos Thunderbolt
- A diferencia de VGA, DVI y HDMI, que envían un flujo de píxeles con reloj fijo, DP maneja el video como un flujo de datos paquetizado, lo que permite configuraciones flexibles como ajuste del número de lanes, MST y canal AUX
- eDP aplica la estructura de DP a la conexión de paneles internos, reduciendo el área donde LVDS usaba 6 a 8 pares diferenciales a solo 2 o 3 pares diferenciales, y simplificando además la reutilización de paneles de alta resolución
- A diferencia de HDMI, DP está menos atado a restricciones de licencias, certificación y NDA de HDMI, por lo que se considera una opción más favorable para drivers open source, placas de desarrollo y fabricación de hardware a pequeña escala
- DP++ permite que una salida DisplayPort cambie a un modo compatible con HDMI, facilitando la conversión DP→HDMI con adaptadores pasivos baratos, mientras que HDMI→DP requiere conversión activa, por lo que resulta más costosa y menos común
Dónde se usa DisplayPort
- DisplayPort es una interfaz de pantalla diseñada por el grupo VESA como sucesora de VGA y DVI
- VESA también es la organización que creó estándares relacionados con pantallas de computadora como EDID, DDC y el montaje VESA
- DP ofrece funciones similares a HDMI, pero con menos carga heredada e incluyendo capacidades que aprovechan una estructura más flexible
- Su uso real no se limita a monitores externos
- pantallas internas de laptops
- salida de video en puertos USB-C
- estaciones de acoplamiento
- periféricos Thunderbolt
- salida de video de algunos smartphones a través de USB-C
Transmisión basada en paquetes y configuración de lanes
- DisplayPort transmite datos en paquetes, como las interfaces digitales modernas
- VGA, DVI, HDMI y LVDS para paneles de laptop funcionan como un flujo de píxeles a una velocidad de reloj específica, y HDMI suele considerarse un enfoque más cercano a VGA que a DP
- El conector de salida DP suele dividirse principalmente en dos formas
- DisplayPort de tamaño completo: se caracteriza por una pestaña de bloqueo para fijar el cable
- miniDisplayPort: era común en MacBook, ThinkPad y GPUs con espacio de puertos limitado
- A diferencia de HDMI o VGA, DP no necesita un par diferencial de reloj aparte ni un cable de reloj
- Un enlace DP de tamaño completo usa 5 pares diferenciales
- 4 pares diferenciales para el enlace principal de 4 lanes
- 1 par diferencial para el enlace AUX
- Si no se necesita todo el ancho de banda, el enlace principal puede reducirse a 1 o 2 lanes
- en ese caso, el total de pares diferenciales pasa a ser 2 o 3 respectivamente
- el ancho de banda disminuye, pero también el cableado, lo que lo hace ventajoso para laptops y aplicaciones embebidas
- HDMI requiere básicamente “4 pares diferenciales”, en contraste con la forma en que DP ajusta el número de lanes
Canal AUX e integración con Thunderbolt
- El canal lateral AUX de DisplayPort es una estructura más avanzada que los canales laterales basados en I2C usados por VGA y HDMI
- AUX es un enlace bidireccional de baja velocidad con un solo par diferencial y cumple varios roles
- identificación de pantallas basada en EDID y compatibilidad con control de pantallas basado en DDC
- comunicación para el link training de DisplayPort
- control de bajo nivel del lado del transmisor DP
- transmisión de audio
- También se considera que funciones como HDMI CEC pueden implementarse sobre la capa AUX en lugar del esquema de un solo cable de HDMI
- Thunderbolt ha evolucionado junto con DisplayPort
- TB1 y TB2 usan el conector miniDisplayPort
- TB3 y TB4 conviven con DisplayPort en el conector USB-C
- el túnel de DisplayPort es una función común en periféricos Thunderbolt
MST: varias pantallas en un solo enlace
- Gracias a su estructura de transmisión por paquetes, DP puede incluir varios flujos de video dentro de un solo enlace
- Esta función se llama Multi-Stream Transport (MST)
- Aunque una GPU tenga solo 4 puertos físicos de video, el chip gráfico puede admitir más pantallas, y con un hub MST se pueden aprovechar salidas adicionales
- Algunos monitores DisplayPort cuentan con chips compatibles con MST y un conector de salida DisplayPort para permitir el encadenamiento de monitores
- macOS no admite MST ni en salida DisplayPort ni a través de Thunderbolt
- por eso, las salidas adicionales de pantalla en estaciones de acoplamiento pueden quedar desactivadas
eDP y la conexión de paneles internos
- A partir de la flexibilidad en el número de lanes de DisplayPort y sus funciones amigables con bajo consumo y sistemas embebidos, se desarrolló el estándar embedded DisplayPort (eDP)
- eDP es compatible con DP en casi todos los aspectos
- Es muy probable que laptops o iPads usen eDP internamente
- En un caso cubierto por Hackaday en el pasado, se reutilizó una pantalla iPad de alta resolución con una placa breakout passthrough con socket eDP de escritorio
- Reutilizar paneles basados en DP es posible sin chips de conversión ni adaptadores grandes, y si hace falta algo adicional, puede ser solo un driver para la retroiluminación
- eDP reemplaza las limitaciones de FPD-Link, es decir, LVDS, en el ámbito de los paneles para laptops
- desde mediados de la década de 2010 es difícil encontrar paneles LVDS en laptops de nuevo diseño
- hoy, la conexión de paneles de laptop es en general eDP
- Lo que LVDS hacía con 6 u 8 pares diferenciales, eDP puede manejarlo con 2 o 3 pares diferenciales
- reduce el costo del cableado
- libera espacio en la PCB
- incluso con solo 4 pares diferenciales se pueden implementar pantallas de muy alta resolución
- Como el canal AUX incluye EDID de forma nativa, cuando se conecta a una laptop un panel con una resolución distinta a la de fábrica, es más probable que funcione que con LVDS
La base de la salida de video por USB-C
- La flexibilidad de DP también encaja muy bien como columna vertebral de video en USB-C
- Si un dock USB-C tiene conectores de salida de video, es muy probable que esa función esté impulsada por DisplayPort
- La fortaleza de DisplayPort Alt Mode se considera uno de los factores que contribuyeron a la desaparición de HDMI Alt Mode
- Poder operar DisplayPort y un enlace USB3 separado dentro del mismo cable USB-C es una ventaja particularmente importante
- La desaparición de HDMI Alt Mode se considera beneficiosa para los usuarios
Las diferencias que surgen por no ser HDMI
- Una de las grandes ventajas de DisplayPort se resume en que “no es HDMI”
- HDMI es un estándar basado en los intereses del mercado de medios, como home theater y TV, mientras que DP proviene de VESA, en el ámbito de la computación personal
- Aunque el grupo HDMI dice priorizar la interoperabilidad, la controversia sobre la etiqueta HDMI 2.1 se presenta como un caso que muestra que el enfoque real puede ser otro
- Se considera que en las decisiones relacionadas con HDMI pesan mucho evitar la competencia, las consideraciones de marketing y branding, y las regalías por dispositivo cobradas a fabricantes
- Aunque ni el estándar DP ni el de HDMI son estándares abiertos, se dice que HDMI está sujeto a restricciones de NDA más fuertes
- hay casos en que AMD no ha podido implementar FreeSync y funciones de alta resolución de HDMI en drivers open source para Linux
- se considera que DisplayPort no carga con ese nivel de limitaciones
- Los requisitos de certificación de HDMI pueden jugar en contra de la calidad del producto desde la perspectiva hacker
- Una de las razones por las que casi no se ven entradas DisplayPort en TVs de consumo es la estructura de mercado dominada por HDMI
- dentro del panel interno de una TV puede usarse DisplayPort
HDMI desfavorable para desarrolladores y pequeños fabricantes
- Se sabe que el grupo HDMI hace que los fabricantes de chips exijan primero la HDMI adopter fee a quienes compran ICs HDMI y placas de desarrollo
- Si no se entra al club HDMI, incluso manejar una placa de desarrollo puede resultar difícil, por lo que no se considera amigable para hackers
- Raspberry Pi CM4 expone 2 enlaces HDMI, pero dependiendo de la forma en que se comercialice la placa o el producto, puede surgir incertidumbre legal
- Incluso en el caso de la $10 open source HDMI capture card tratado hace unos meses, se considera que para fabricarla y venderla habría que consultar con un abogado que conozca los temas de licencias HDMI
- DisplayPort no tiene este problema, y si en una placa aparece DP en lugar de HDMI, puede ser que la empresa haya querido evitar las regalías por dispositivo de HDMI
DP++ y la conversión a HDMI
- El conector DisplayPort de una GPU o laptop puede cambiar a un modo compatible con HDMI mediante la función DP++
- El dongle necesario no es un convertidor complejo, sino que principalmente cumple estas funciones
- ajustar la forma de la señal con level shifters lógicos
- sacar la señal por un conector HDMI
- cortocircuitar dos pines del conector DisplayPort para avisarle a la GPU que cambie de modo
- En DP++, los pines AUX se convierten en un bus I2C
- Los adaptadores baratos que suelen llamarse convertidores DisplayPort→HDMI en realidad cumplen sobre todo la función de indicarle a la GPU que emita HDMI
- Este método es barato, eficiente y también consume poca energía
- Se dice que un adaptador DP→HDMI puede conseguirse por unos 3 dólares, y que su costo de fabricación podría rondar los 50 centavos
- La conversión HDMI→DP no puede hacerse de esta forma, así que requiere conversión activa
- es más costosa y menos común
- Si por alguna razón específica se necesita una conversión activa DP→HDMI, puede ser difícil encontrarla porque abundan los adaptadores pasivos
- siguen fabricándose chips de conversión activa DP→HDMI para uso embebido y se pueden conseguir
Su lugar dentro de laptops y GPUs modernas
- DisplayPort se ha vuelto casi un componente base de los dispositivos portátiles, incluso cuando no se ve un conector externo
- No solo por eDP o DP Alt Mode: incluso el conector HDMI de una laptop moderna puede tener como backbone interno a DP o a una interfaz de bajo nivel como DDI de Intel o AMD
- Intel y AMD han apostado fuerte por DisplayPort, y se considera que HDMI es algo así como un ciudadano de segunda en esa estructura
- En una publicación posterior se abordarán más detalles sobre eDP, el canal AUX, el diseño de PCB con enlaces DisplayPort y el cableado
1 comentarios
Opiniones de Hacker News
Es un artículo muy bien escrito. Si conoces VGA, sabes más o menos qué es DVI y pensabas que HDMI era la culminación de todo eso, por lo que nunca leíste sobre DisplayPort, este artículo explica muy bien qué tan diferente y novedoso es DP frente a HDMI.
La frase clave que realmente me hizo leer el artículo fue “DisplayPort sends its data in packets.”, y explica bien qué significa eso y en qué se diferencia de HDMI.
Otro problema es el rendimiento, y eso no aparece en la caja. En el tercer monitor, el video apenas llega a unos 16 FPS.
Al principio lo veía como una ventaja de los estándares abiertos, pero en la práctica un estándar cerrado y caro a veces resultó tener la ventaja de reducir costos para el consumidor.
También está el hecho de que el texto original no menciona el transporte multistream (MST). Incluso cuando no había un estándar claro para cierta resolución/tasa de refresco, MST permitía implementarla. Los primeros monitores 4K/60 Hz usaban la capacidad de manejo de múltiples pantallas de DP 1.4 o 1.2 para enviar dos señales de 1920x2160/60 Hz al mismo display, y luego unir internamente esas dos pantallas virtuales para formar 3840x2160/60 Hz. En ese momento, las configuraciones de flujo único o el estándar HDMI tenían como límite 3840x2160/30 Hz.
En aquel entonces pensaba que eso era una ventaja de DP, pero como no había forma de obligar la compatibilidad con DP ni las afirmaciones de soporte completo de una versión específica, era común que los fabricantes de cables afirmaran soportar 1.2 o 1.4, pero no soportaran correctamente MST ni el ancho de banda.
Las mentiras no terminaban ahí. Entre los cables DP que compré bastante caros en esa época, algunos presumían contactos bañados en oro, pero tenían manchas negras de oxidación visibles en ambos lados de conectores anodizados de color amarillo. Al final, encontrar un cable realmente compatible me costó casi tres días de esfuerzo, suerte y el precio de varios cables defectuosos. La alta barrera de entrada creada por las elevadas licencias del grupo HDMI tiene el efecto de filtrar a fabricantes poco éticos, y eso es un beneficio neto para el consumidor.
Casi nunca tuve problemas al desconectar un conector HDMI de tamaño completo, pero DP, especialmente el DP de tamaño completo, suele tener un botón que hay que presionar para liberar el seguro, y muchas veces ese botón es difícil de presionar o directamente imposible. Cada vez termino preguntándome si el botón quedó totalmente presionado, si sigue trabado o si voy a dañar el hardware o el cable. En cambio, el HDMI de tamaño estándar no tiene mecanismo de enganche, sale suavemente y también sufre menos fatiga mecánica que mini/micro-USB.
Creo que DP es una idea excelente cuando se usa en lugares donde el fabricante se hace responsable directo de la calidad, como conexiones internas de una laptop, o cuando se integra dentro de otro estándar. La baja barrera de entrada también puede ser una ventaja si el ahorro llega al consumidor. Pero los resultados reales no respaldan decir que eso sea cierto para todos los usos.
Lo sorprendente de DVI, y por extensión de HDMI, es que al final son VGA digital. Eso significa que arrastran toda la complejidad de temporización y sincronización
DVI puede llevar señales analógicas (VGA/DVI-A) y digitales (DVI-D) en el mismo cable, y ambas no son independientes: comparten algunos pines y temporizaciones. Con solo agregar un DAC, se podría haber hecho un monitor CRT que usara DVI-D, aunque no sé si realmente existió alguno
DisplayPort eliminó ese legado. Creo que el hardware de implementación también debe ser mucho más simple y estable
DisplayPort usa un scrambler durante la codificación de línea para aplanar el espectro de Fourier de la señal emitida y suprimir los picos espectrales producidos por ciertos contenidos de imagen. Según el estándar, el scrambler reduce los picos espectrales en unos 7 dB. Como efecto secundario, también hace que reconstruir la imagen mostrada a partir de las emisiones de DisplayPort sea mucho más difícil y, en la práctica, inviable para un atacante
Además, DisplayPort usa un pequeño conjunto de tasas de bits fijas independientes del modo de video. A diferencia de la mayoría de las otras interfaces digitales, los datos de video no se transmiten de forma continua con temporización tipo TV, sino como paquetes de datos con encabezados y bytes de relleno. Por eso, un cable DisplayPort no es una fuente común de fuga de video al estilo Van Eck, y para un espía también es muy difícil sincronizarse con los datos transmitidos
Ahora bien, ¿hay alguna forma de forzar la activación de HDCP en Linux? Si fuera así, esta tecnología podría pasar de ser un obstáculo de DRM a una contramedida contra Van Eck. Total, en AliExpress se consiguen fácilmente dispositivos para quitarlo
[1] https://everymac.com/monitors/apple/studio_cinema/specs/appl...
DP también parece reflejar en líneas generales la temporización CRT, incluyendo los intervalos activos y de blanking, pero aparentemente no existe realmente un pixel clock fijo. Al leer la especificación no terminé de entender por completo la transferencia de píxeles síncrona/asíncrona, y tampoco parece que se transmitan pulsos de sincronización horizontal en cada scanline
Frases como “hay que prestarle más atención a DisplayPort” muestran muy bien cuánto puede tardar un estándar en entrar en el radar de la cultura tecnológica dominante
Recuerdo que en la universidad, en 2008, me entusiasmó oír que DisplayPort pasaba al video digital paquetizado, y a fines de ese año o en 2009 vi la primera Mac con Mini DisplayPort
Yo pensaba que en el mundo de las PCs de hobby/alto rendimiento ya era una tecnología conocida y común desde hacía más de 10 años, pero quizá estaba equivocado
Simplemente asumí que todos se habían cambiado hacía años, como en Mac, pero no fue así. Incluso hoy mucha gente usa o quiere HDMI
¿Hay algún switch KVM que maneje bien DisplayPort? Me refiero a uno que, al cambiar de entrada, no haga que para la PC parezca que se desconectó la pantalla.
Quiero que mi configuración de varios monitores en casa la compartan mis equipos personales y mi laptop del trabajo, así que todavía uso HDMI. Los KVM HDMI pueden engañar a la PC para que crea que el monitor siempre está conectado. Probé un switch DisplayPort hace unos años, pero no podía hacer eso, probablemente porque el protocolo DisplayPort es más complejo.
No es muy común y la calidad de implementación no siempre es buena, pero diría que es indispensable para que un KVM DP sea menos irritante.
Había una marca específica de KVM conocida por hacer bien esto, pero no recuerdo el nombre. Por allá por mayo de 2020 intenté comprar uno por razones obvias, pero también por razones obvias tenía una lista de pedidos pendientes enorme, así que al final no pude. Según recuerdo, la versión de 4 entradas/2 salidas costaba unos 500 dólares, así que no era barata.
https://store.level1techs.com/products/14-kvm-switch-dual-mo...
El StarTech que tengo está bastante bien, pero odia de verdad las computadoras Apple, así que a menudo se niega a mostrar imagen, y Windows a veces también se cuelga y los dispositivos USB dejan de funcionar. Curiosamente, en Linux no tengo ningún problema ni con la pantalla ni con la entrada. Una victoria poco común, pero a mí me viene bien.
Uso este. Sí parece que se desconectara, pero no veo problemas reales. Mis equipos se reorganizan de inmediato.
Cuando vuelvo a cambiar el KVM a la Mac, esas ventanas regresan al monitor principal.
Me molesta que NVIDIA haya puesto HDMI de última generación en sus GPU recientes, pero haya dejado una versión antigua de DisplayPort.
Durante mucho tiempo aconsejé que, si había opción, siempre se eligiera DisplayPort, pero ahora tengo que agregar la salvedad de que “si tienes una GPU nueva de gama alta y un monitor de alta frecuencia de actualización, puede que HDMI en realidad sea mejor”.
Dos monitores 1440p a 144 Hz, incluso usando MST, apenas no entran en los 26 Gbit de un solo DP 1.4 porque son 2x14 Gbit. Si lo intentas, Windows baja automáticamente el color a 4:2:2.
No sé si ya existen hubs MST DP 2.0, pero aunque salgan, tendría que comprar una GPU nueva. Probablemente ese sea el objetivo de NVIDIA.
Antes, el rendimiento de cómputo puro era lo que vendía las GPU, pero ahora G-SYNC, RTX, DLSS, la interpolación de cuadros e incluso la capacidad de conectarse a ciertas pantallas (por ejemplo, 8K/120 Hz) también forman parte del producto, y pueden reservarse para “impulsar” el atractivo de una generación específica.
No me sorprendería que la serie 5000 casi no traiga mejoras a nivel de software y se limite a incluir la mejora estándar de rendimiento, más VRAM (hasta 32 GB en la 5090) y el nuevo estándar DisplayPort para impulsar gaming en 8K/120 Hz y 4K/240 Hz. La tecnología de interpolación de movimiento de la serie 4000 ya dejó el escenario preparado.
Si se trata de video sin comprimir, intuitivamente parece tener mucho más sentido un flujo de datos a velocidad constante que paquetes.
¿La paquetización tiene desventajas? Me refiero a cosas como más latencia o pérdida de cuadros. ¿O solo tiene ventajas, como facilitar la combinación de varios flujos de datos y su integración en hubs?
Como DVI y HDMI fueron una digitalización superficial del método de seguimiento del haz de VGA, funciones de frecuencia de actualización variable como G-SYNC/FreeSync aparecieron innecesariamente tarde. Si al manejar LCD mediante enlaces digitales no se hubiera desperdiciado una década con los tiempos de CRT y sus variantes, habría sido más claro que el enlace entre la GPU y la pantalla debía negociarse a la velocidad más alta que admitieran ambos extremos, no a la velocidad mínima suficiente para entregar píxeles.
En analógico todo es en tiempo real, así que es difícil intercalar otras cosas en el flujo de datos, pero en digital, en vez de dejar la línea ociosa, se puede meter más información mediante conmutación de paquetes.
Si no recuerdo mal, los tiempos y la velocidad de datos se determinan de antemano con base en la capacidad y las funciones reportadas por el dispositivo receptor. Si el dispositivo no puede admitir varios flujos, o si el canal de datos configurado no puede cubrir por completo el ancho de banda requerido, ni siquiera se intenta.
Si se usa Display Stream Compression (DSC), hay un búfer de una línea y algunos FIFO para control de velocidad. En resoluciones donde se usa DSC, por ejemplo 4K/144Hz, el tiempo de transmisión de una línea es de unos 3 microsegundos, así que ese es también aproximadamente el máximo de latencia adicional esperable.
Este artículo fue útil; no sabía que DisplayPort fuera tan distinto de HDMI.
Hace poco compré un dock de escritorio que usa DisplayPort en vez de HDMI para conectarse a mi monitor. El monitor tiene 2 HDMI, 1 Type-C y 1 DisplayPort. Hasta ahora va bien, pero el audio se corta haga lo que haga. Pensé que era problema del dock, pero el audio de la ruta computadora > dock > bocina de la webcam funciona bien por USB-C. Así que, lamentablemente, parece que DisplayPort está causando este jitter de audio.
Conviene verificar si es USB o Thunderbolt. Los docks Thunderbolt son más caros, pero si tu laptop o dispositivo lo admite, son mucho más eficientes y rápidos que USB.
Un dock Thunderbolt es básicamente un dispositivo de expansión PCIe, mientras que un dock USB conecta todo por USB, así que pueden aparecer problemas propios de USB, como cortes de audio cuando la CPU está ocupada.
En cambio, la imagen es algo inestable, y parece ser un problema común en los conversores DP→HDMI. Si alguien conoce un conversor que no arruine la señal, me gustaría saberlo.
No sabía que el transporte multiflujo (MST) requería soporte del sistema operativo, y me sorprendió que macOS, que tiene excelente soporte para Thunderbolt, no lo admita. “Incluso” ChromeOS puede usar MST.
Por suerte, las Mac de los últimos 7 años tienen al menos Thunderbolt 3, así que sigue siendo perfectamente posible obtener dos pantallas 4K desde un solo puerto/cable. Solo necesitas un adaptador de TB3 a doble DisplayPort o HDMI.
¿No podríamos vivir en un mundo donde el monitor encuentre la señal en menos de 100 ms?
También me gustaría que el monitor pudiera informar a la computadora datos de orientación, como vertical/horizontal.
Cuando pierde la señal deja de responder, desaparece el menú del monitor y también desaparece toda la información de depuración. Lo único que se puede hacer con el joystick es cambiar la fuente de video a otra. Si tengo que alternar entre DP y HDMI2, toma casi 1 minuto, y la experiencia de usuario parece una broma.
Creo que también debería ser posible que un monitor haga esto por USB-C, pero no estoy seguro de si se puede con DisplayPort o HDMI puros.
Me gusta el pequeño clip fijo, y esa sensación de clic que se oye y se siente al conectarlo es satisfactoria.
Claro, nadie se va a topar realmente con una combinación así de gabinete/GPU/cable, ¿verdad?