一文尽懂 USB4

2019-10-18 15:46IT之家 (汐元)

今年3月份,USB Promoter Group(领导小组)首次发布了USB4规范,即下一代USB架构。而在9月初,USB Promoter Group发布了最终的USB4规范标准,不出意外的话,明年不会太晚,你就可以使用基于USB4的设备。

不过在此之前,相信很多小伙伴对于USB4还不甚了解,包括对之前的USB 3.1、USB 3.2之类的概念认识也是比较模糊,今天IT之家小编不妨就围绕USB4来做一些介绍,帮助大家认识USB4的优势和本质。

历史:复杂混乱的命名

首先,我们所说的USB4指的是USB的传输标准,是一种和USB传输性能和效能有关的协议规范,USB4可以理解为这种规范的“第4代”。

USB传输协议是于1994年由Compaq、DEC,IBM,Intel,Microsoft,NEC以及Nortel等多家公司联合提出研发和制定的,并于1994年11月11日公布了USB V0.7版本。后来这几家公司于1995年建立了一个推广和支援USB的非营利性组织,名为USB Implementers Forum,也就是我们熟悉的USB-IF,USB-IF也就是现在的USB标准化组织。

USB-IF于1996年正式提出USB1.0规格,不过当时USB1.0传输速率仅有1.5Mbps,最大输出电流5V/500mA,并且当时支持USB的周边装置很很少,所以主机板商很少将USB接口直接设计在主机板上。

▲USB 1.0

1998年9月,USB-IF发布USB 1.1规范,这次的传输速率提高到了12Mbps,并且对USB 1.0中的一些技术细节进行了修正,最大输出电流仍为5V/500mA。

到了2000年4月,USB 2.0标准出台,传输速率达到了480Mbps,也就是60MB/s,是USB 1.1的40倍,最大输出电流5V/500mA,同时采用4个针脚设计。USB2.0从推出至今仍然在服役,可以说是最长寿的USB标准了。

从USB2.0开始,USB-IF就展现出他们在改名方面的“独特天赋”。

2003年6月份,USB-IF重新命名了USB的规格和标准,把USB 1.0改名为USB 2.0低速(Low-Speed)版,USB 1.1改名为USB 2.0全速(Full-Speed)版,而USB 2.0则是USB 2.0高速(High-Speed)版。

不过当时这个改动对现在基本没啥影响了,因为USB1.0和1.1目前已经基本退出历史舞台。

2008年11月,由Intel、微软、惠普、德州仪器、NEC、ST-NXP等业界巨头组成的USB 3.0 Promoter Group完成了USB 3.0标准并公开发布,对外称号是SuperSpeed。USB Promoter Group主要是对USB系列标准的开发和制定,标准最终会移交给USB-IF来管理。

USB3.0最大传输速率达到5.0Gbps,即640MB/s,最大输出电流5V/900mA,向下兼容2.0,并且支持全双工数据传输(即可以同时接收数据和发送数据,USB2.0是半双工)、拥有更好的电源管理能力等特性。

USB3.0采用9针脚的设计,前面4个与USB2.0一样,后面的5个则是为USB3.0特别准备的,所以可以通过针脚来判断USB2.0和USB3.0。

2013年7月,USB 3.1发布,传输速度提升到了10Gbps(1280MB/s),号称SuperSpeed+,同时将供电的最高允许标准提高到了20V/5A,即100W。

USB 3.1相较于USB 3.0的升级也是非常明显的,但是没多久,USB-IF将USB 3.0改名为USB 3.1 Gen1,USB 3.1改名为USB 3.1 Gen2。

这次改名给消费者带来了麻烦,因为很多奸商在产品包装中都是只标注支持USB 3.1,不说明是Gen1还是Gen2,实际上两者传输性能差别很大,消费者一不小心就会入坑。所以说,这次改名对于广大消费者来说,是个昏招。

时间来到2017年9月,USB 3.2发布,在USB Type-C下支持双10Gbps通道传输数据,速度可达20Gb/s(2500MB/s),最大输出电流还是20V/5A,其他方面有微小改进。

▲USB的改名过程

然而在2019年,USB-IF又来改名了,他们将USB3.1 Gen 1(也就是原来的USB3.0)改名为USB 3.2 Gen 1,USB 3.1 Gen 2(即原来的USB3.1)改名为USB 3.2 Gen 2,而USB 3.2则被改名为USB 3.2 Gen 2x2。

还能不能让人好好买数据线了?!

小结一下USB历史版本的特性:

现在和未来:USB4的跃进式提升

终于说到了USB4,那么这新一代的协议标准有哪些升级改进呢?首先可以确定的是,既然是从“3”到“4”的跨代升级,那么改进的幅度一定不小。

IT之家小编这里综合各种已经掌握的信息,对USB4的新特性进行梳理如下:

1、40 Gbps的最大传输速度:

通过双通道传输,USB4的理论最大传输速度应该可以达到40 Gbps,这个和Thunderbolt 3(下面称“雷电3”)的速度相同。

实际上USB4将有三种传输速度:10 Gbps,20 Gbps和40 Gbps。所以你想买最高传输速度,也就是40 Gbps的设备的话,最好在买之前查清楚规格。

2、能够和雷电3接口兼容:

某些(不是全部)USB4的设备也可以兼容雷电3接口,也就是说你的设备上有USB4接口,就有可能也能外接雷电3的设备。不过这个不是强制的,具体要不要兼容,那就要看设备厂商的态度了。

3、有动态的带宽资源分配能力:

如果你使用USB4端口的同时也用其来外接显示器和传输数据,则该端口将根据情况来分配相应的带宽。例如,如果视频仅需要20%的带宽来驱动1080p显示器,那么其余80%的带宽可以用来干别的事。这在USB 3.2以及之前的时代是办不到的,在这之前,USB的工作方式都是要轮流着来的。

4、USB4设备将均支持USB PD

USB PD就是USB Power Delivery(USB电力传输),是目前主流的快充协议之一,这也是由USB-IF组织制定的,该规范可实现更高的电压和电流,输送的功率最高可达100W,并可以自由的改变电力的输送方向。

根据USB-IF的规定,目前USB PD充电接口的标准形态应该是USB Type-C。在USB Type-C接口中有两个引脚CC1和CC2,作用便是用于PD通信的配置信道。

5、仅可使用USB Type-C接口

有了上面这一条特性,很自然的,我们也可以知道,USB4仅可通过USB Type-C连接器运行,其实不仅USB PD,在USB-IF的其他最新标准中也仅适用于Type-C。

6、可以向后兼容过去的协议

USB4可与USB 3和USB 2设备和端口一起使用。也就是说,它可以向后兼容到以前的协议标准,不过USB 1.0和1.1就不支持了,目前市面上还使用这种协议的接口已经几乎绝迹了。

当然啦,将USB4设备连接到USB 3.2端口时,其无法以40 Gbps的速度进行传输,而老式的USB 2接口也不会因为将其连接至USB4接口就变快了。

7、和雷电3是什么关系?成本咋样?

目前可以确定的是,USB4的成本是高于USB 3.2的,尽管还不确定PC和设备供应商添加USB4接口的成本具体会增加多少,不过大家也是可以参考参考雷电3的~

今年3月,Intel将雷电3技术“捐献”给了USB-IF组织(当然,Intel自己就是USB-IF的带头大哥),随后不久USB4规范就问世了,事实上,USB4采用的就是雷电3的协议,两者差别不大。Intel此举也是为了进一步普及雷电3接口,奠定自己的“一统”地位。

当然,随着未来USB4大规模的使用,成本也必然会降下来,这也是Intel乐于看到的。

8、关于命名

今年USB4的标准写法是“USB4”,而不是“USB 4”,没有空格。对于这一点,USB Promoter Group首席执行官布拉德·桑德斯(Brad Saunders)解释说,删除空格的目的是将重点从版本号转移到品牌名称上。

他说:“我们要传达的信号之一是,我们不打算进入4.0、4.1、4.2的迭代路径……而且我们不希望将它与具体的产品关联……我们希望使它尽可能简单。”

但愿这伙计说话算话吧。

9、什么时候可以用到?

尽管目前USB4的规范已经发布,但在2020年之前,我们几乎不可能看到USB4的产品上市。根据桑德斯的介绍,新产品的典型开发周期是12至18个月。

至于支持USB4的笔记本电脑和台式机,那可能就需要更久的时间了。举个例子,USB Type-C的规范2014年就宣布了,而USB Type-C成为主流花了很长的时间,到现在许多笔记本电脑仍然没有USB Type-C接口。

以上是IT之家小编已经掌握的目前关于USB4标准协议的信息,更具体的技术还没有公布,当然,相信普通消费者也没有特别的必要去了解。

不可否认的是,从之前对历史的梳理中也可以看出,USB标准每次数字的迭代升级,功能和性能都会有跃进式的提升,这次USB4也不例外,至少,从目前已经了解的信息中还是很让人期待的,满足未来数年内的设备连接、数据传输、充电等各方面的需求应该是不成问题的。

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