Полное руководство по USB4: от скорости 40 Гбит/с и динамической полосы пропускания до полнофункционального подключения одним кабелем.
С момента появления USB4 мы опубликовали множество статей и ссылок, чтобы поделиться актуальной информацией. Однако популярность USB4 настолько высока, что люди повсюду интересуются этим рынком. Начиная с ранней эры USB 1.0 и интерфейса передачи данных 1,5 Мбит/с, USB прошел через несколько поколений. Было 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 распространенный в настоящее время USB Type-C и т. д. USB4 не только обладает более высокой скоростью передачи данных, но и лучшей совместимостью (поддерживает обратную совместимость, то есть совместимость с более старыми версиями). Он позволяет более эффективно подключать и заряжать практически все устройства. Если ваш телефон, компьютер, монитор, принтер и т. д. поддерживают USB4, то теоретически вам понадобится только кабель передачи данных, поддерживающий USB4, для подключения устройств, что значительно упростит работу из дома. Вам больше не нужно покупать различные кабели-переходники. Таким образом, USB4 делает наш режим работы более разнообразным и удобным. Кроме того, еще одной примечательной особенностью USB4 является то, что его планируется использовать в периферийных устройствах, поддерживающих вычисления с использованием искусственного интеллекта.
01 USB4 против USB3.2
USB 3.2 — это новый стандарт, выпущенный организацией USB-IF. Фактически, он был представлен ещё в сентябре 2017 года. С технической точки зрения, USB 3.2 является улучшением и дополнением к USB 3.1. Ключевое изменение заключается в том, что скорость передачи данных увеличена до 20 Гбит/с, а интерфейс по-прежнему соответствует стандарту USB 3.2.Тип-ССхема, разработанная в эпоху USB 3.1, больше не поддерживает интерфейсы Type-A и Type-B. USB4 и USB3.2 используют интерфейсы Type-C, но USB4 гораздо сложнее. USB4 поддерживает одновременную передачу и прием данных между хостами, PCI Express® (PCIe®), DisplayPort (аудио/видео) 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 туннели DisplayPort и USB означает, что аудио, видео, данные и питание могут передаваться через один и тот же интерфейс, что намного быстрее, чем при использовании USB 3.2. Кроме того, передача через туннель PCIe может обеспечить высокую пропускную способность, низкую задержку и высокую производительность для больших хранилищ, периферийного искусственного интеллекта и других сценариев использования.
USB4 объединяет два канала передачи и приема в одном интерфейсе USB-C, обеспечивая скорость до 20 Гбит/с.40 Гбит/сПри этом каждый канал может иметь скорость передачи данных приблизительно 10 или 20 Гбит/с. Для разработчиков микросхем эти данные очень важны. Им необходимо знать, что в режиме Thunderbolt 3 скорость передачи данных по каждому каналу передачи и приема составляет 10,3125 Гбит/с или 20,625 Гбит/с. В традиционном режиме USB работает только один канал передачи/приема со скоростью 10 Гбит/с.5 Гбит/с (USB 3.0) or 10 Гбит/с (USB 3.1)При этом два канала USB 3.2 работают со скоростью 10 Гбит/с.
С точки зрения долговечности, основными несущими элементами интерфейса Type-C являются внешний металлический корпус, который прочнее и менее подвержен повреждениям. Центральный канал передачи данных защищен дугообразной крышкой, что затрудняет его повреждение. Требования к конструкции указывают на то, чтоUSB Type-CВыдерживает более 10 000 подключений и отключений без повреждений. Если рассчитать исходя из 3 подключений и отключений 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 оперативно и в короткие сроки объявила о спецификациях USB 4. В отличие от предыдущих стандартов, таких как...USB 3.2USB 4, основанный на собственном протоколе USB, больше не использует спецификации USB на фундаментальном уровне, а вместо этого использует протокол Thunderbolt 3, который Intel полностью раскрыла. Это самое значительное изменение в развитии USB за последние несколько десятилетий. При использовании разъема Type-C для подключения функции USB 4 заменяют функции USB 3.2, и USB 2.0 может работать одновременно. USB 3.2 Enhanced SuperSpeed остается базовой инфраструктурой для передачи данных по физической линии USB 4. Самое большое различие между USB 4 и USB 3.2 заключается в том, что USB 4 ориентирован на соединение. USB 4 разработан с использованием туннелей для совместной передачи данных по нескольким протоколам на одном физическом интерфейсе. Таким образом, скорость и пропускная способность USB 4 могут динамически распределяться. USB 4 может поддерживать другие протоколы отображения или связь между хостами во время передачи данных. Кроме того, USB 4 увеличил скорость связи 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, а также туннели загрузки/сохранения на основе PCIe.
Аспект отображения: Протокол туннелирования дисплея USB4 основан на DisplayPort 1.4a. Сам DP 1.4a поддерживает8k при 60 Гц or 4K при 120 ГцХост USB4 должен поддерживать DisplayPort на всех нисходящих портах. Если вы используете порт USB4 для одновременной передачи видео и данных, порт будет соответствующим образом распределять пропускную способность. Таким образом, если для работы вашего монитора 1080p (который также является концентратором) требуется только 20% пропускной способности видео, то оставшиеся 80% видео можно использовать для передачи файлов с внешнего SSD-накопителя.
Что касается туннелей PCIe: поддержка PCIe хостами USB4 является необязательной. Концентраторы USB4 должны поддерживать туннели PCIe, и должен присутствовать внутренний коммутатор PCIe.
Важной частью спецификации USB 4 является возможность динамической регулировки объема доступных ресурсов при передаче видео и данных по одному и тому же соединению. Допустим, у вас есть максимальное значение...40 Гбит/с USB 4и копируют большие файлы с внешнего SSD-накопителя и выводят 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 накопителю.
USB-C вводит «альтернативный режим», который позволяет передавать видеосигнал DisplayPort/HDMI через порт Type-C. Однако текущая спецификация 3.x не предусматривает эффективного метода разделения ресурсов. По словам Сондерса, альтернативный режим DisplayPort позволяет точно разделить пропускную способность между данными USB и видеоданными в соотношении 50/50, в то время как альтернативный режим HDMI не позволяет одновременно использовать данные USB.
USB4 определяет стандарт 40 Гбит/с, обеспечивая динамическое распределение полосы пропускания, так что один кабель передачи данных может выполнять несколько функций. С помощью USB4 можно одновременно передавать данные PCIe и данные дисплея по одной линии, а также выполнять 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 четкости, высокоскоростные устройства хранения данных большой емкости или даже одно устройство с другим, можно будет соединять через интерфейс Type-C. Более того, если эти устройства поддерживают USB4 Hub, можно также подключать больше устройств последовательно или ответвления от этих устройств, что чрезвычайно удобно.
Дата публикации: 20 октября 2025 г.
