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USB4 40Gbps 圖標

USB4 是 USB4 規範中指定的 USB 系統，USB開發者論壇於 2019 年 8 月 29 日發佈了其 1.0 版本。[1]

與以往的 USB 協議標準不同，USB4 需要 USB-C 連接器，並且要需要 USB PD 的支持以進行供電。與 USB 3.2 相比，它允許建立 DisplayPort 和 PCI Express 隧道。該架構定義了一種與多個終端設備類型動態共享單個高速鏈路的方法，該方法最適合按類型和應用程式進行數據傳輸。USB4 產品必須支持 20 Gbit/s 的吞吐量，可支持 40 Gbit/s 的吞吐量。但由於進行了隧道傳輸，當傳輸混合數據時，即使只以 20 Gbit/s 的速率傳輸數據，實際的數據傳輸速率可能比 USB 3.2 更高。

USB4 規範基於 Thunderbolt 3 協議規範。[2]對於USB4主機和USB4外圍設備，與Thunderbolt 3產品的互操作性支持是可選的，而其向下端口上的USB4集線器以及向下和向上端口上的基於USB4的擴展塢則需要。

總覽

名稱

USB4 規範版本 1.0（於 2019 年 8 月 29 日發佈）使用「Universal Serial Bus 4」（「通用串行總線 4」）和「USB4」的名稱。該版本發佈之前的一些新聞報道使用術語「USB 4.0」和「 USB 4」。[3][4] 即使在修訂版1.0發佈之後，有些人還是故意寫了「USB 4」，聲稱是「為了反映讀者搜索的方式」。[5]

技術規範

USB4 規範

歷史

2019 年 3 月，USB4 首次正式宣佈。[6][7]

貢獻者

在 USB4 的 1.0 版發佈時，蘋果、惠普、英特爾、微軟、瑞薩電子、意法半導體、德州儀器這些公司的員工參加了標準技術工作組。

設計目標

USB4 規範中闡明的目標是更高的傳輸帶寬，幫助融合 USB-C 連接器的生態並「最大程度地減少終端用戶的困惑」。實現此目的的一些關鍵領域是使用單個類型的 USB-C 連接器，同時保持與現有 USB 和 Thunderbolt 產品的兼容性。[8]

數據傳輸方式

USB4 本身不提供任何的通用數據傳輸機制或設備類（這不像 USB 3.x），而是主要用於提供隧道以傳輸其他協議（如 USB 3.2，Displayport 和可選的 PCIe）。儘管它確實提供了本機「主機到主機」協議，但顧名思義，它僅在兩個連接的主機之間可用，並用於實現主機 IP 網絡。因此，當主機和設備不支持可選的 PCIe 隧道傳輸時，最大非顯示帶寬限制為 USB 3.2 20Gbps，而僅 USB 3.2 10Gbps 是強制性的。

USB4 支持如下的隧道傳輸協議：

USB4 還需要支持 DisplayPort Alternate Mode（備選模式）。因此可以使用 USB4 隧道或該備選模式傳送 DisplayPort 信號。[9]

USB-C 連接器中的專用線始終支持 USB 2.0。

數據傳輸模式支持

某些傳輸模式是所有 USB4 設備都支持的，但 USB4 對其他傳輸模式的支持是可選的。這取決於設備的類型。

數據傳輸模式的支持情況[1]
類型 主機 集線器 外設
USB 2.0 (480 Mbit/s) 是 是 是
USB4 20 Gbit/s 傳輸 是 是 是
USB4 40 Gbit/s 傳輸 選擇性 是 選擇性
USB 3.2 (10 Gbit/s) 隧道 是 是 選擇性
USB 3.2 (20 Gbit/s) 隧道[10] 選擇性 選擇性 選擇性
Displayport 隧道 是 是 選擇性
PCI Express 隧道 選擇性 是 選擇性
主機到主機（Host-to-Host）通信 是 是 不適用
DisplayPort Alternate Mode 是 是 選擇性
Thunderbolt Alternate Mode 選擇性 是 選擇性
USB-C Alternate Modes 選擇性 選擇性 選擇性


USB 數據傳輸模式
USB4 數據傳輸模式
名稱 圖標 規範 雙通道 編碼 速率
USB4 USB 3.2 USB 3.1[11] USB 3.0 Gbit/s GB/s
SuperSpeed USB 5Gbps   Does not appear USB 3.2 Gen 1×1 USB 3.1 Gen 1 USB 3.0 否 8b/10b 5 0.5
SuperSpeed USB 10Gbps   USB 3.2 Gen 2×1 USB 3.1 Gen 2 Does not appear 否 128b/132b 10 1.2
不適用 USB 3.2 Gen 1×2 Does not appear 是 8b/10b 10 1.0
SuperSpeed USB 20Gbps   USB 3.2 Gen 2×2 是 128b/132b 20 2.4
不適用 USB4 Gen 2×1 Does not appear 否 64b/66b[a] 10 1.2
不適用 USB4 Gen 3×1 否 128b/132b[a] 20 2.4
USB4 20Gbps   USB4 Gen 2×2 是 64b/66b[a] 20 2.4
USB4 40Gbps   USB4 Gen 3×2 是 128b/132b[a] 40 4.8
  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 USB4 能夠使用可選的里德-所羅門碼進行前向糾錯（RS FEC）。

USB4 Gen 2 與 USB 3.2 Gen 2 是不同的。它們僅有傳輸速率（10 Gbps）是相同的，但二者在電氣層上的編碼方式不同。

儘管 USB4 需要支持雙通道模式，但在其雙通道連接的初始化期間仍使用了單通道操作。如果此時發生通道綁定錯誤，單通道連接也可以用作備選模式。

在 Thunderbolt 兼容模式下，根據 Thunderbolt 規格的要求，通道以 10.3125 Gbps（Gen 2）或 20.625 Gbps（Gen 3）的更高速率工作。

供電

在 USB4 連接的建立前，需要先完成 USB Power Delivery（USB PD）協商。USB4 電源的每個接口必須提供至少 7.5W（5V，1.5A）的供電。在 USB PD 協商之前，USB4 設備的耗電需要小於 250mA（默認）、1.5A 或 3A，5V （這取決於 USB-C 的電阻配置）。USB PD 最高可提供 100 W 的功率。[12]

Thunderbolt 3 兼容性

USB4 標準指出，USB4 的設計目標是「保持與 USB 和 Thunderbolt 產品的現有生態系統的兼容性」。但是與 Thunderbolt 3 的兼容性僅對於 USB4 主機和 USB4 外設是可選的。

備用模式合作夥伴規格

DisplayPort Alt Mode 2.0

2020年4月29日，DisplayPort Alt Mode 2.0 發佈，它支持基於 USB4 的 DisplayPort 2.0。[13]

軟件支持

2020 年 3 月 29 日發佈的 Linux 5.6 支持 USB4。[14]

硬體支持

在 2020 年國際消費電子展（CES 2020）期間，USB-IF 和英特爾表示打算允許支持了所有可選功能的 USB4 產品作為 Thunderbolt 4 產品。預計首批與 USB4 兼容的產品將是英特爾的 Tiger Lake 系列和 AMD 的 Zen 3 系列CPU，這些產品將於2020年末發佈。

支持 USB4 的設備有望在 2020 年出現。[15][16]

USB Promoter Group 行政總裁 Brad Saunders 預計，大多數帶有 USB4 的個人電腦將支持 Thunderbolt 3。但對於手機，製造商不太可能實現對 Thunderbolt 3 的支持。[5]

2020 年 3 月 3 日，賽普拉斯半導體宣佈推出支持 USB4 的新控制器。其中包括雙端口的 CCG6DF 和單端口的 CCG6SF。[17]

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 USB Promoter Group USB4 Specification. usb.org. 2019-08-29. 
  2. ^ Bright, Peter. Thunderbolt 3 becomes USB4, as Intel’s interconnect goes royalty-free. Ars Technica. 2019-03-04 [2019-03-04] （美國英語）. 
  3. ^ With USB 4, Thunderbolt and USB will converge. 
  4. ^ Hagedoorn, Hilbert. USB 4.0 Will Arrive In Late 2020. Guru3D.com. 
  5. ^ 5.0 5.1 September 2019, Avram Piltch 03. USB 4: Everything We Know So Far. Tom's Hardware. 
  6. ^ Hill, Brandon. USB4 Leverages Thunderbolt 3 Protocol Doubling Speeds To 40Gbps. HotHardware. March 4, 2019. 
  7. ^ USB4 announced with 40Gbps bandwidth, it's based on Thunderbolt 3. GSMArena.com. 
  8. ^ USB4 Spec. p.1
  9. ^ USB4 - No more Mr. Nice Guy, your USB-C connector has to do it all! - #38. YouTube. 2019-11-21 [2020-05-01]. 
  10. ^ USB4 Spec 1.0 Sect 9 specifically mentions the requirement of "Superspeed Plus (=Gen 2x1) support for hubs and devices, the latter only if they optionally support USB3 tunneling. The rest of the spec doesn't mention the speed at all and more generically just refers to the whole USB3.2 architecture as "Enhanced Superspeed". Section 9.2.1 states the requirement to only support Gen 2x1 for the USB3 tunneling adapter, with Gen 2x2 being optional.
  11. ^ The New USB standard: USB 3.2 Explained. web.archive.org. February 20, 2020. （原始內容存檔於2020-02-20）. 
  12. ^ USB Type-C Spec 2.0 Section 5.3
  13. ^ Association (VESA), Video Electronics Standards. VESA Releases Updated DisplayPort™ Alt Mode Spec to Bring DisplayPort 2.0 Performance to USB4™ and New USB Type-C® Devices. www.prnewswire.com. 
  14. ^ Linux 5.6 Kernel Released With WireGuard, USB4, New AMD + Intel Hardware Support - Phoronix. www.phoronix.com. 
  15. ^ USB4 devices are clear to roll out next year. Engadget. 
  16. ^ Maislinger, Florian. First USB 4 devices to be launched at the end of 2020. June 14, 2019. 
  17. ^ Shilov, Anton. Cypress Announces USB 3.2 & USB4-Ready Controllers: EZ-PD CCG6DF & CCG6SF. www.anandtech.com. 

外部連結

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