Полное руководство по USB4: от скорости 40 Гбит/с и динамической пропускной способности до полнофункционального подключения с помощью одного кабеля
С момента появления USB4 мы опубликовали множество статей и ссылок для обмена актуальной информацией. Однако популярность USB4 настолько высока, что люди по всему миру интересуются рынком USB4. Начиная с ранней эпохи USB 1.0 и интерфейса передачи данных со скоростью 1,5 Мбит/с, USB прошёл через несколько поколений. Существовало множество спецификаций, таких как USB 1.0, USB 2.0 и USB 3.0, а формы и схемы интерфейса включали USB Type-A, USB Type-B и наиболее распространённый в настоящее время USB Type-C и т. д. USB4 не только обеспечивает более высокую скорость передачи данных, но и обладает лучшей совместимостью (поддерживая обратную совместимость, то есть совместимость с более ранними версиями). Он позволяет более эффективно подключать практически любые устройства и заряжать их. Если ваш телефон, компьютер, монитор, принтер и т. д. поддерживают USB4, то теоретически вам понадобится только кабель передачи данных с поддержкой USB4 для подключения устройств, что значительно упростит домашний офис. Вам больше не нужно покупать различные кабели-конвертеры интерфейсов. Таким образом, USB4 может сделать наш рабочий режим более разнообразным и удобным. Кроме того, еще одной примечательной особенностью USB4 является то, что ожидается его применение в периферийных устройствах, поддерживающих вычисления с использованием искусственного интеллекта.
01 USB4 против USB3.2
USB 3.2 — это новый стандарт, выпущенный организацией USB-IF. Он был представлен ещё в сентябре 2017 года. С технической точки зрения, USB 3.2 является улучшением и дополнением к USB 3.1. Основное изменение заключается в увеличении скорости передачи данных до 20 Гбит/с, при этом интерфейс по-прежнему соответствуетТип-CСхема, установленная в эпоху USB 3.1, больше не поддерживает интерфейсы Type-A и Type-B. И USB4, и USB3.2 используют интерфейсы Type-C, но USB4 гораздо сложнее. USB4 поддерживает одновременную передачу и прием данных между хостами, PCI Express® (PCIe®), аудио/видео DisplayPort и USB через один и тот же интерфейс Type-C по одному и тому же каналу связи. Два хоста USB4 могут обмениваться пакетами IP-данных через туннель между хостами; передача через туннель DisplayPort и USB означает, что аудио, видео, данные и питание могут передаваться через один и тот же интерфейс, что значительно быстрее, чем при использовании USB3.2. Кроме того, передача через туннель PCIe может обеспечить высокую пропускную способность, низкую задержку и достичь высокой пропускной способности для хранилищ большой емкости, периферийного искусственного интеллекта и других вариантов использования.
USB4 объединяет два канала передачи и приема в одном интерфейсе USB-C со скоростью до 20 Гбит/с и40 Гбит/с, и каждый канал может иметь скорость передачи данных приблизительно 10 Гбит/с или 20 Гбит/с. Для разработчиков микросхем эти данные очень важны. Им необходимо знать, что в режиме Thunderbolt3 скорость передачи данных на каждом канале передачи и приёма составляет 10,3125 Гбит/с или 20,625 Гбит/с. В традиционном режиме USB только один канал передачи/приёма работает со скоростью5 Гбит/с (USB3.0) or 10 Гбит/с (USB3.1), тогда как два канала USB3.2 работают со скоростью 10 Гбит/с.
С точки зрения долговечности, силовой нагрузкой интерфейса Type-C является, главным образом, внешний металлический корпус, который прочнее и менее подвержен повреждениям. Центральный канал передачи данных защищён дугообразной крышкой, что затрудняет его повреждение. Требования к конструкции предполагают, чтоUSB Type-CВыдерживает более 10 000 подключений и отключений без повреждений. Если рассчитывать на 3 подключения и отключения в день, интерфейс USB Type-C может прослужить не менее 10 лет.
02 Ускоренное развертывание USB4
После официального выпуска протокола USB 3.2 организация USB в короткие сроки представила спецификации USB 4. В отличие от предыдущих стандартов, таких какUSB 3.2, которые были основаны на собственном протоколе USB, USB 4 больше не использует спецификации USB на фундаментальном уровне, а вместо этого использует протокол Thunderbolt 3, который Intel полностью раскрыла. Это самое большое изменение в развитии USB за последние несколько десятилетий. При использовании разъема Type-C для подключения функции USB4 заменяют функции USB 3.2, и USB 2.0 могут работать одновременно. USB 3.2 Enhanced SuperSpeed остается базовой инфраструктурой для передачи данных USB по физическому каналу USB 4. Главное отличие между USB4 и USB 3.2 заключается в том, что USB4 ориентирован на соединение. USB4 разработан с туннелями для совместной передачи данных из нескольких протоколов по одному физическому интерфейсу. Таким образом, скорость и емкость USB4 могут динамически распределяться. USB4 может поддерживать другие протоколы отображения или взаимодействие между хостами во время передачи данных. Кроме того, USB4 увеличил скорость передачи данных с 20 Гбит/с (Gen2x2) USB 3.2 до40 Гбит/с (Gen3x2)на той же двухполосной, двухсимплексной архитектуре.
USB4 не только обеспечивает высокоскоростной USB (на основе USB3), но и определяет туннели отображения на основе DisplayPort и туннели загрузки/хранения на основе PCIe.
Соотношение сторон дисплея: Протокол туннелирования дисплея USB4 основан на DisplayPort 1.4a. DP 1.4a поддерживает8k при 60 Гц or 4k при 120 ГцХост USB4 должен поддерживать DisplayPort на всех нисходящих портах. При одновременной передаче видео и данных через порт USB 4 порт будет распределять пропускную способность соответствующим образом. Таким образом, если для передачи видео требуется всего 20% пропускной способности монитора 1080p (который также является концентратором), то оставшиеся 80% видео можно использовать для передачи файлов с внешнего SSD.
Что касается туннелей PCIe: поддержка PCIe хостами USB4 необязательна. Концентраторы USB4 должны поддерживать туннели PCIe, а также должен быть предусмотрен внутренний коммутатор PCIe.
Важной частью спецификации USB 4 является возможность динамически регулировать объём ресурсов, доступных при передаче видео и данных через одно и то же соединение. Предположим, у вас есть максимум40 Гбит/с USB 4и копируете большие файлы с внешнего SSD и выводите их на 4K-дисплей. Предположим, что источнику видео требуется примерно 12,5 Гбит/с. В этом случае USB 4 выделит оставшиеся 27,5 Мбит/с резервному диску.
USB-C представляет «альтернативный режим», позволяющий передавать видеосигнал DisplayPort/HDMI через порт Type-C. Однако текущая спецификация версии 3.x не обеспечивает эффективного разделения ресурсов. По словам Сондерса, альтернативный режим DisplayPort позволяет точно разделить полосу пропускания между USB-данными и видеоданными в соотношении 50/50, в то время как альтернативный режим HDMI не позволяет одновременно использовать USB-данные.
USB4 определяет стандарт 40 Гбит/с, обеспечивая динамическое распределение пропускной способности, благодаря чему один кабель передачи данных может выполнять несколько функций. С USB4 можно одновременно передавать данные PCIe и отображать их по одной линии, а также использовать традиционные функции USB, и даже обеспечивать питание (через USB PD) очень удобным способом. В будущем большинство периферийных устройств, будь то высокоскоростные сети, внешние видеокарты, дисплеи высокой чёткости, высокоскоростные накопители большой ёмкости или даже два компьютера, можно будет соединить через интерфейс Type-C. Более того, если эти устройства будут оснащены USB4 Hub, вы также сможете подключать больше устройств последовательно или по ветвям от этих устройств, что чрезвычайно удобно.
Время публикации: 20 октября 2025 г.
