一文睇懂USB4

转载：本文来自微信公众号“半导体行业观察”（ID:icbank），作者：Tomshardware，转载经授权发布。

“USB4”(官方拼写缺少空格，但我哋喺本文中使用佢来反映读者嘅搜索方式)于2019年首次发布，并被一啲电脑所采用，其中包括苹果新推出嘅M1驱动嘅 iMac、基于M1嘅Macbook和Mac Mini，以及搭载英特尔第11代Gen Tiger Lake嘅笔记本电脑。虽然目前采用USB 4嘅设备并唔多，但是新一代USB 4供电嘅扩展坞和外设正喺涌入。

USB 4能够带来好多好处，包括提供更快嘅传输速度，更好嘅视频带宽管理以及同Thunderbolt 3嘅可选兼容性。

就目前市场情况来睇，各大PC和外设供应商嘅产品所采用嘅USB版本有所唔同，因此，业界需要为USB制定新嘅标准。喺这其度，有好多值得我哋去期待嘅功能，而噉就需要我哋来全面地认识下USB 4。

USB 4嘅主要优势

新嘅USB 4标准同以前版本嘅USB相比有四个主要优点。

最大传输速度可达40 Gbps：通过使用 two-lane cables,，设备能够以40gbps嘅速度运行，同Thunderbolt 3相同嘅速度。数据可喺两组四个双向通道中进行传输。

DisplayPort替代模式2.0：USB 4喺其替代模式下支持DisplayPort 2.0。DisplayPort 2.0可以以HDR10颜色支持60 Hz嘅8K分辨率。DisplayPort 2.0可以使用高达80 Gbps嘅速度，呢是USB数据可用量嘅两倍，因为佢可以喺一个方向上（向显示器）发送所有数据，因此可以同时使用所有八个数据通道。

同Thunderbolt 3设备兼容：某啲（但唔是全部）USB 4也可以同Thunderbolt 3设备一齐使用。

更好嘅视频，PCIe视频资源分配：第啲接口接管连接时可以代替替代模式，USB 4设备可以使用称为“协议通道（protocol tunneling）”嘅过程，该过程可以同时发送DisplayPort，PCIe和USB数据包，同时相应地分配带宽。

因此，如果视频仅需要20％嘅带宽来驱动作为集线器嘅1080p显示器，则另外80％嘅带宽则可用于外部SSD传输文件，呢部分可通过USB协议或PCIe进行操作。

使用Type-C 端口

毫无疑问，USB 4将只能通过Type-C连接器操作。Type-A端口嘅USB 4设备或集线器唔可能出现。这不足为奇，因为第啲最新标准（例如USB Power Delivery）仅适用于Type-C。如果使用适配器连接到Type-A，5 Gbps USB 3端口，噉样将会对速度和功耗产生巨大嘅影响。

同Thunderbolt 3兼容（可选）

英特尔曾表示已将Thunderbolt 3协议授予USB Promoter Group，从而使具有USB 4端口嘅设备可能同Thunderbolt 3设备互相兼容。这对所有人嚟讲都系个好消息，尤其系嗰啲想通过连接eGPU(外置显卡)来玩游戏嘅笔记本电脑用户。

虽然市面上有好多Thunderbolt 3嘅eGPU，但好少有笔记本电脑和台式机配备Thunderbolt 3，而且几乎没有主板支持Thunderbolt 3。因为Thunderbolt是英特尔嘅标准，你唔会喺任何amd驱动嘅电脑上揾到佢。Thunderbolt 3嘅实现成本也高于标准USB，因为佢唔是开放标准，而且需要额外嘅芯片。所以今日，如果你想要一个eGPU或一个超快速嘅Thunderbolt 3存储驱动器，你嘅电脑选择是非常有限嘅。

借助USB 4，设备和主机制造商将唔必向英特尔支付任何专利费，因此有更大嘅机会被广泛采用。但係，有一个问题:Thunderbolt兼容性唔是USB 4规格嘅必要部分，所以制造商唔需要实现佢。您可能最终购买‌带有USB 4嘅笔记本电脑，却发现佢唔可以同您嘅Razer Core X图形扩展坞一齐使用。

“我哋确实期望PC供应商广泛支持Thunderbolt嘅向后兼容性，因为佢哋所需嘅大多数嘢已经内置喺USB 4设计中”，USB开发者论坛主席Brad Saunders表示：“这是基于相同嘅技术，所以我哋确实预计会有好高嘅普及率，但手机制造商可能会选择唔添加额外嘅一点，佢哋需要向后兼容。”

到目前为止，苹果公司称其M1计算机具有Thunderbolt 3 / USB 4端口，而新嘅Tiger Lake笔记本电脑（如Dell XPS 13）则表示佢们支持USB 4 / Thunderbolt4。唔幸嘅是，虽然拥有呢啲端口，但新Mac电脑却没有。唔可以同外部GPU配合使用。

但係，重要嘅是要记住，Thunderbolt 3和Thunderbolt 4是英特尔认证嘅项目，呢啲计划需要花费制造商嘅时间和金钱。因此，虽然支持USB 4嘅计算机可以同40 Gbps设备甚至是标记为Thunderbolt嘅设备一齐使用，但如果未通过认证，则可能唔会被列为支持Thunderbolt嘅设备。

例如，手机或平板电脑供应商可以通过唔提供40 Gbps嘅传输速度或唔支持PCIe数据传输来节省成本。你唔会(也唔可以)将你嘅手机连接到eGPU或高性能嘅外部SSD。

USB 4嘅两种速度

虽然佢可以达到40 Gbps嘅理论速度，但并唔是所有嘅USB设备或主机都支持呢个标准。预计更小、更便宜嘅设备，如手机和chromebook，将使用每秒20 Gbps嘅USB 4版本，佢仍然比USB 3快得多。今日你可以从大多数笔记本电脑上获得5 Gbps嘅连接(虽然存喺10 Gbps和20 Gbps嘅USB 3.2连接)。如果你想要最快嘅USB 4连接，请务必查睇说明书。

USB 4标签唔会使用版本号

那么，您点样知道所购买嘅设备系咪兼容USB 4？制造商可能会喺规格表中提到USB 4，但USB-IF嘅标识程序仅专注于连接嘅传输速度，即20或40 Gbps。

图片来源：USB Implementers Forum

你会喺零售包装上睇到认证标识，偶尔也会喺设备本身上睇到，佢将被标记为USB 20gbps或USB 40gbps，或者USB三角形标志旁边有一个20或40。

而家，重要嘅是要注意，仲有一个SuperSpeed USB 20gbps标准，技术上USB 3.2，佢没有USB 4嘅第啲功能。而这将有一个唔同嘅标识。

还值得一提嘅是，市场上数以百万计嘅USB产品均未获得USB-IF嘅官方认证，因此佢们根本无办法使用呢啲标识。因此，虽然组织已尽力而为，但您可能仍会喺其产品说明中睇到好多使用术语USB 4嘅产品。

喺视频和数据之间共享带宽方面表现优秀

USB 4规范嘅好大一部分是协议通道，当你通过同一连接发送视频和数据时，可以动态调整可用资源嘅数量。因此，假设您拥有最大40 Gbps嘅USB 4，并且正喺从外部SSD复制大量文件嘅同时输出到4K显示器。让我哋规定视频源需要大约12.5 Gbps。喺呢种情况下，USB 4会将剩余嘅27.5 Mbps分配畀您嘅备份驱动器。

USB-C引入‌“替代模式”，即能够从Type-C端口传输DisplayPort / HDMI视频嘅功能，但是家阵时嘅3.x规范并未提供拆分资源嘅好方法。根据桑德斯（Saunders）嘅说法，DisplayPort替代模式可以将USB数据和视频数据之间嘅带宽精确地分配为50/50，而HDMI替代模式根本唔允许同时传输USB数据。

但是，通过协议通道传输，USB 4可以将DisplayPort，PCIe或USB作为数据包发送，因此可以控制资源分配。

“使用USB SuperSpeed，我哋喺架构上没有足够嘅灵活性，没能够真正地喺连接器上以组合方式管理这两个唔同嘅带宽（数据和视频）”， Saunders讲：“而新技术嘅出现，则优化‌唔同应用之间嘅可扩展性。”

所有USB 4主机均支持USB PD

家阵时嘅一啲USB Type-C设备支持USB Power Delivery (USB PD)标准，用于为大功率设备输送电力，但并非所有嘅设备都支持。每个USB 4设备和主机将必须遵守USB PD，咁样才能提供更高嘅功率和更好嘅电源管理。

USB PD理论上可以提供高达100瓦嘅功率，但充电设备唔必支持该功率。因此，唔可以保证畀定嘅USB 4端口能够提供或占用特定笔记本电脑运行所需嘅数量，但是您可以期望佢符合规格。

向后兼容旧设备

关于所有USB版本，最好嘅事是佢们点样协同工作。USB 4可同USB 3和USB 2设备和端口一齐使用。唔用说，您只会得到连接中最薄弱那部分嘅速度和功能。当你将USB 4连接到一个USB 3.2端口时，佢嘅传输速度唔会达到40 Gbps，而一个老式嘅USB 2端口也唔会因为你连接到一个全新嘅USB 4备份驱动器而突然变得更快。

您旧嘅数据线将以其最大速度上班

图片来源：Shutterstock

您现有嘅USB数据线和适配器可同USB 4配合使用，但同第啲所有向后兼容嘅产品一样，佢们仅能以其最大额定速度运行。所以，如果你有一根可以以每秒5Gbps速度运行嘅USB 3.2数据线，噉样就算你用佢来连接USB 4端口到USB 4设备，你也只能达到每秒5Gbps。要获得Thunderbolt 3支持，您可能需要Thunderbolt 3数据线。

Thunderbolt 4拥有同USB 4一样嘅功能

喺USB 4出现嘅同时，英特尔嘅Thunderbolt 4也进入‌市场，但是这两个标准实际上并没有竞争。要使计算机或外围设备获得Thunderbolt 4认证，制造商必须获得英特尔嘅认证，证明其能够支持USB 4嘅所有功能，包括对Thunderbolt 3嘅支持。

Thunderbolt 4只系一个认证，证明该设备已被英特尔认可，并支付‌制造商一定费用。如果您睇到一个产品宣称支持Thunderbolt 4，则真正嘅意思是佢是具有40 Gbps连接性并且同Thunderbolt 3设备向后兼容嘅USB 4。但是，正如我哋所睇到嘅，就算像兼容“ Thunderbolt 3”嘅新Apple MacBook Pro也可能无办法同Thunderbolt 3 eGPU一齐使用。

“Thunderbolt 4系一个品牌推广项目”，Saunders 讲：“正如英特尔所传达嘅，呢个品牌计划实际上是USB 4，佢需要支持所有高端功能，其中一啲是可选嘅。”

成本将超过USB 3.2

大规模采用USB 4嘅一个挑战是成本嘅增加。虽然我哋唔知道PC和设备厂商增加USB 4连接嘅具体成本是几多，但我哋知道佢需要比家阵时最新标准USB 3.2更昂贵嘅组件。

“我认为佢将比Thunderbolt便宜，但喺产品开发商嘅实际材料成本方面，佢唔会像SuperSpeed那么便宜”，Saunders讲：“喺这其中有好多事需要去完善，令到该产品可以完成所有SuperSpeed嘅工作。”

Saunders补充说，他希望成本能够迅速下降。但是，我哋猜测至少喺一开始，成本差异会将USB 4供畀高端PC使用。

点解USB 4被正式拼写为“ USB4”（没有空格）

同第啲USB版本唔同，新规范嘅正式拼写系喺版本号前没有空格。虽然我哋认为大多数人可能会将其写为USB 4，但官方名称是USB4。USB Promoter Group首席执行官布拉德·桑德斯（Brad Saunders）解释说，他删除空间嘅目的是将重点从版本号转移到品牌名称上。

他讲畀我哋：“我而家要传达嘅信号之一是，我哋唔打算进入4.0、4.1、4.2嘅迭代路径。我哋唔希望佢同产品联系喺一齐，并被用作差异化产品……我哋想让佢尽可能简单。”

USB 3.x规范已经填充‌唔同嘅版本号，包括USB 3.0, USB 3.1 Gen 1, USB 3.1 Gen 2和四个唔同嘅USB 3.2版本，除咗有或没有可选嘅功能，如USB PD和替代模式。但是Saunders讲畀我哋，呢啲数字确实适合开发人员，他希望OEM喺推销产品时会使用更简单嘅术语，例如“ SuperSpeed USB”。

也许是因为担心营销人员向消费者抛出太多数字，Saunders说，该组织唔计划使用版本号来更新规格。因此，就算两年内有更快嘅迭代速度，佢也可能仍被称为USB 4，但是速度会更高（我哋想象像USB 4 80 Gbps之类嘅嘢）。他和他嘅团队仲未有决定一个品牌战略，所以USB 4可能还会有一个营销名称。好像USB 3.x被称为“SuperSpeed USB”，USB 4可能最终会有自己嘅名(我哋建议“supersuperspeed USB”)。

“我希望这系一个明确嘅区别。USB 4有佢自己嘅架构和速度，并试图唔被困于喺某个版本号中规定某个速度，”他说。“如果速度加快，我哋就能获得更快嘅认证和品牌。”