準備好迎接全新一代的USB吧！

“USB4”（官方拼寫缺少空格，但我們在本文中使用它來反映讀者的搜索方式）于2019年首次發布，并被一些電腦所采用，其中包括蘋果新推出的M1驅動的 iMac、基于M1的Macbook和Mac Mini，以及搭載英特爾第11代Gen Tiger Lake的筆記本電腦。雖然目前采用USB 4的設備并不多，但是新一代USB 4供電的擴展塢和外設正在涌入。

USB 4能夠帶來許多好處，包括提供更快的傳輸速度，更好的視頻帶寬管理以及與Thunderbolt 3的可選兼容性。

就目前市場情況來看，各大PC和外設供應商的產品所采用的USB版本有所不同，因此，業界需要為USB制定新的標準。在這其中，有很多值得我們去期待的功能，而這就需要我們來全面地了解下USB 4。

USB 4的主要優勢

新的USB 4標準與以前版本的USB相比有四個主要優點。

最大傳輸速度可達40 Gbps：通過使用 two-lane cables，，設備能夠以40gbps的速度運行，與Thunderbolt 3相同的速度。數據可在兩組四個雙向通道中進行傳輸。

DisplayPort替代模式2.0：USB 4在其替代模式下支持DisplayPort 2.0。DisplayPort 2.0可以以HDR10顏色支持60 Hz的8K分辨率。DisplayPort 2.0可以使用高達80 Gbps的速度，這是USB數據可用量的兩倍，因為它可以在一個方向上（向顯示器）發送所有數據，因此可以同時使用所有八個數據通道。

與Thunderbolt 3設備兼容：某些（但不是全部）USB 4也可以與Thunderbolt 3設備一起使用。

更好的視頻，PCIe視頻資源分配： 其他接口接管連接時可以代替替代模式，USB 4設備可以使用稱為“協議通道（protocol tunneling）”的過程，該過程可以同時發送DisplayPort，PCIe和USB數據包，同時相應地分配帶寬。

因此，如果視頻僅需要20％的帶寬來驅動作為集線器的1080p顯示器，則另外80％的帶寬則可用于外部SSD傳輸文件，這部分可通過USB協議或PCIe進行操作。

使用Type-C 端口

毫無疑問，USB 4將只能通過Type-C連接器操作。Type-A端口的USB 4設備或集線器不可能出現。這不足為奇，因為其他最新標準（例如USB Power Delivery）僅適用于Type-C。如果使用適配器連接到Type-A，5 Gbps USB 3端口，那么將會對速度和功耗產生巨大的影響。

與Thunderbolt 3兼容（可選）

英特爾曾表示已將Thunderbolt 3協議授予USB Promoter Group，從而使具有USB 4端口的設備可能與Thunderbolt 3設備互相兼容。這對所有人來說都是個好消息，尤其是那些想通過連接eGPU（外置顯卡）來玩游戲的筆記本電腦用戶。

雖然市面上有很多Thunderbolt 3的eGPU，但很少有筆記本電腦和臺式機配備Thunderbolt 3，而且幾乎沒有主板支持Thunderbolt 3。因為Thunderbolt是英特爾的標準，你不會在任何amd驅動的電腦上找到它。Thunderbolt 3的實現成本也高于標準USB，因為它不是開放標準，而且需要額外的芯片。所以今天，如果你想要一個eGPU或一個超快速的Thunderbolt 3存儲驅動器，你的電腦選擇是非常有限的。

借助USB 4，設備和主機制造商將不必向英特爾支付任何專利費，因此有更大的機會被廣泛采用。然而，有一個問題：Thunderbolt兼容性不是USB 4規格的必要部分，所以制造商不需要實現它。您可能最終購買了帶有USB 4的筆記本電腦，卻發現它不能與您的Razer Core X圖形擴展塢一起使用。

“我們確實期望PC供應商廣泛支持Thunderbolt的向后兼容性，因為他們所需的大多數東西已經內置在USB 4設計中”，USB開發者論壇主席Brad Saunders表示：“這是基于相同的技術，所以我們確實預計會有很高的普及率，但手機制造商可能會選擇不添加額外的一點，他們需要向后兼容。”

到目前為止，蘋果公司稱其M1計算機具有Thunderbolt 3 / USB 4端口，而新的Tiger Lake筆記本電腦（如Dell XPS 13）則表示它們支持USB 4 / Thunderbolt4。不幸的是，盡管擁有這些端口，但新Mac電腦卻沒有。不能與外部GPU配合使用。

然而，重要的是要記住，Thunderbolt 3和Thunderbolt 4是英特爾認證的項目，這些計劃需要花費制造商的時間和金錢。因此，雖然支持USB 4的計算機可以與40 Gbps設備甚至是標記為Thunderbolt的設備一起使用，但如果未通過認證，則可能不會被列為支持Thunderbolt的設備。

例如，手機或平板電腦供應商可以通過不提供40 Gbps的傳輸速度或不支持PCIe數據傳輸來節省成本。你不會（也不能）將你的手機連接到eGPU或高性能的外部SSD。

USB 4的兩種速度

雖然它可以達到40 Gbps的理論速度，但并不是所有的USB設備或主機都支持這個標準。預計更小、更便宜的設備，如手機和chromebook，將使用每秒20 Gbps的USB 4版本，它仍然比USB 3快得多。今天你可以從大多數筆記本電腦上獲得5 Gbps的連接（盡管存在10 Gbps和20 Gbps的USB 3.2連接）。如果你想要最快的USB 4連接，請務必查看說明書。

USB 4標簽不會使用版本號

那么，您如何知道所購買的設備是否兼容USB 4？制造商可能會在規格表中提到USB 4，但USB-IF的標識程序僅專注于連接的傳輸速度，即20或40 Gbps。 你會在零售包裝上看到認證標識，偶爾也會在設備本身上看到，它將被標記為USB 20gbps或USB 40gbps，或者USB三角形標志旁邊有一個20或40。

現在，重要的是要注意，還有一個SuperSpeed USB 20gbps標準，技術上USB 3.2，它沒有USB 4的其他功能。而這將有一個不同的標識。

還值得一提的是，市場上數以百萬計的USB產品均未獲得USB-IF的官方認證，因此它們根本無法使用這些標識。因此，盡管組織已盡力而為，但您可能仍會在其產品說明中看到很多使用術語USB 4的產品。

在視頻和數據之間共享帶寬方面表現優秀

USB 4規范的很大一部分是協議通道，當你通過同一連接發送視頻和數據時，可以動態調整可用資源的數量。因此，假設您擁有最大40 Gbps的USB 4，并且正在從外部SSD復制大量文件的同時輸出到4K顯示器。讓我們規定視頻源需要大約12.5 Gbps。在這種情況下，USB 4會將剩余的27.5 Mbps分配給您的備份驅動器。

USB-C引入了“替代模式”，即能夠從Type-C端口傳輸DisplayPort / HDMI視頻的功能，但是當前的3.x規范并未提供拆分資源的好方法。根據桑德斯（Saunders）的說法，DisplayPort替代模式可以將USB數據和視頻數據之間的帶寬精確地分配為50/50，而HDMI替代模式根本不允許同時傳輸USB數據。

但是，通過協議通道傳輸，USB 4可以將DisplayPort，PCIe或USB作為數據包發送，因此可以控制資源分配。

“使用USB SuperSpeed，我們在架構上沒有足夠的靈活性，沒能夠真正地在連接器上以組合方式管理這兩個不同的帶寬（數據和視頻）”， Saunders說：“而新技術的出現，則優化了不同應用之間的可擴展性。”

所有USB 4主機均支持USB PD

當前的一些USB Type-C設備支持USB Power Delivery （USB PD）標準，用于為大功率設備輸送電力，但并非所有的設備都支持。每個USB 4設備和主機將必須遵守USB PD，這樣才能提供更高的功率和更好的電源管理。

USB PD理論上可以提供高達100瓦的功率，但充電設備不必支持該功率。因此，不能保證給定的USB 4端口能夠提供或占用特定筆記本電腦運行所需的數量，但是您可以期望它符合規格。

向后兼容舊設備

關于所有USB版本，最好的事情是它們如何協同工作。USB 4可與USB 3和USB 2設備和端口一起使用。不用說，您只會得到連接中最薄弱那部分的速度和功能。當你把USB 4連接到一個USB 3.2端口時，它的傳輸速度不會達到40 Gbps，而一個老式的USB 2端口也不會因為你連接到一個全新的USB 4備份驅動器而突然變得更快。

您舊的數據線將以其最大速度工作

您現有的USB數據線和適配器可與USB 4配合使用，但與其他所有向后兼容的產品一樣，它們僅能以其最大額定速度運行。所以，如果你有一根可以以每秒5Gbps速度運行的USB 3.2數據線，那么即使你用它來連接USB 4端口到USB 4設備，你也只能達到每秒5Gbps。要獲得Thunderbolt 3支持，您可能需要Thunderbolt 3數據線。

Thunderbolt 4擁有與USB 4一樣的功能

在USB 4出現的同時，英特爾的Thunderbolt 4也進入了市場，但是這兩個標準實際上并沒有競爭。要使計算機或外圍設備獲得Thunderbolt 4認證，制造商必須獲得英特爾的認證，證明其能夠支持USB 4的所有功能，包括對Thunderbolt 3的支持。

Thunderbolt 4只是一個認證，證明該設備已被英特爾認可，并支付了制造商一定費用。如果您看到一個產品宣稱支持Thunderbolt 4，則真正的意思是它是具有40 Gbps連接性并且與Thunderbolt 3設備向后兼容的USB 4。但是，正如我們所看到的，即使像兼容“ Thunderbolt 3”的新Apple MacBook Pro也可能無法與Thunderbolt 3 eGPU一起使用。

“Thunderbolt 4是一個品牌推廣項目”，Saunders 說：“正如英特爾所傳達的，這個品牌計劃實際上是USB 4，它需要支持所有高端功能，其中一些是可選的。”

成本將超過USB 3.2

大規模采用USB 4的一個挑戰是成本的增加。雖然我們不知道PC和設備廠商增加USB 4連接的具體成本是多少，但我們知道它需要比當前最新標準USB 3.2更昂貴的組件。

“我認為它將比Thunderbolt便宜，但在產品開發商的實際材料成本方面，它不會像SuperSpeed那么便宜”，Saunders說：“在這其中有很多事情需要去完善，使得該產品可以完成所有SuperSpeed的工作。”

Saunders補充說，他希望成本能夠迅速下降。但是，我們猜測至少在一開始，成本差異會將USB 4供給高端PC使用。

為什么USB 4被正式拼寫為“ USB4”（沒有空格）

與其他USB版本不同，新規范的正式拼寫是在版本號前沒有空格。雖然我們認為大多數人可能會將其寫為USB 4，但官方名稱是USB4。USB Promoter Group首席執行官布拉德·桑德斯（Brad Saunders）解釋說，他刪除空間的目的是將重點從版本號轉移到品牌名稱上。

他告訴我們：“我現在要傳達的信號之一是，我們不打算進入4.0、4.1、4.2的迭代路徑。我們不希望它與產品聯系在一起，并被用作差異化產品……我們想讓它盡可能簡單。”

USB 3.x規范已經填充了不同的版本號，包括USB 3.0， USB 3.1 Gen 1， USB 3.1 Gen 2和四個不同的USB 3.2版本，除了有或沒有可選的功能，如USB PD和替代模式。但是Saunders告訴我們，這些數字確實適合開發人員，他希望OEM在推銷產品時會使用更簡單的術語，例如“ SuperSpeed USB”。

也許是因為擔心營銷人員向消費者拋出太多數字，Saunders說，該組織不計劃使用版本號來更新規格。因此，即使兩年內有更快的迭代速度，它也可能仍被稱為USB 4，但是速度會更高（我們想象像USB 4 80 Gbps之類的東西）。他和他的團隊還沒有決定一個品牌戰略，所以USB 4可能還會有一個營銷名稱。很像USB 3.x被稱為“SuperSpeed USB”，USB 4可能最終會有自己的名字（我們建議“supersuperspeed USB”）。

“我希望這是一個明確的區別。USB 4有它自己的架構和速度，并試圖不被困于在某個版本號中規定某個速度，”他說。“如果速度加快，我們就能獲得更快的認證和品牌。”

在撰寫本文時，市場上以“USB 4”設備銷售的設備屈指可數。這些包括金斯頓SD5700T，Acasis M.2 NVMe機箱，OWC Thunderbolt集線器和Cable Matters 40 Gbps數據線。

即使沒有專用的USB 4外設，你也可以通過連接Thunderbolt 3擴展塢、eGPU和高速SSD來使用該規范。

原文標題：一文看懂USB4

文章出處：【微信公眾號：中科院半導體所】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。

責任編輯：haq