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            [转帖]一文尽懂 USB4

            https://www.ithome.com/0/451/062.htm

             

              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。

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              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指定的,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。

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              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。

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            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。

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              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。

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              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。

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              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。

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              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。

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            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。

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              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:

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              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。

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              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、USB 4 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。

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              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。

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              当然啦,将 USB 4 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 USB 4 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。

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              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 USB 4 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 USB 4 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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