Введение в USB 4
USB4 — это система USB, описанная в спецификации USB4. Форум разработчиков USB выпустил её версию 1.0 29 августа 2019 года. Полное название USB4 — Universal Serial Bus Generation 4. Она основана на технологии передачи данных Thunderbolt 3, совместно разработанной Intel и Apple. Скорость передачи данных USB4 достигает 40 Гбит/с, что вдвое превышает скорость последней версии USB 3.2 (Gen2×2).
В отличие от предыдущих стандартов протокола USB, USB4 требует наличия разъёма USB-C и поддержки USB PD для питания. По сравнению с USB 3.2, он позволяет создавать туннели DisplayPort и PCI Express. Эта архитектура определяет метод динамического совместного использования одного высокоскоростного соединения с различными типами терминальных устройств, что позволяет наилучшим образом обрабатывать передачу данных в зависимости от типа и приложения. Устройства USB4 должны поддерживать пропускную способность 20 Гбит/с и могут поддерживать пропускную способность 40 Гбит/с. Однако из-за туннельной передачи при передаче смешанных данных, даже если данные передаются со скоростью 20 Гбит/с, фактическая скорость передачи данных может быть выше, чем у USB 3.2 (USB 3.1 Gen 2).
USB4 представлен в двух версиях: 20 Гбит/с и 40 Гбит/с. Устройства с интерфейсом USB4, представленные на рынке, могут обеспечивать либо скорость Thunderbolt 3 40 Гбит/с, либо её урезанную версию — 20 Гбит/с. Если вы хотите приобрести устройство с максимальной скоростью передачи данных, то есть 40 Гбит/с, перед покупкой рекомендуется ознакомиться с его характеристиками. В сценариях, требующих высокоскоростной передачи данных, выбор подходящего интерфейса USB 3.1 C-C имеет решающее значение, поскольку он является ключевым для достижения скорости 40 Гбит/с.
Многие путаются в соотношении USB4 и Thunderbolt 4. На самом деле, и Thunderbolt 4, и USB4 основаны на базовом протоколе Thunderbolt 3. Они дополняют друг друга и совместимы. Все интерфейсы — Type-C, а максимальная скорость для обоих составляет 40 Гбит/с.
Прежде всего, кабель USB4, о котором мы говорим, — это стандарт передачи данных USB, который представляет собой спецификацию протокола, связанную с производительностью и эффективностью передачи данных по USB. USB4 можно рассматривать как «четвёртое поколение» этой спецификации.
Протокол передачи данных USB был совместно предложен и разработан несколькими компаниями, включая Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Nortel, в 1994 году. Он был выпущен как версия USB V0.7 11 ноября 1994 года. Позднее, в 1995 году, эти компании основали некоммерческую организацию для продвижения и поддержки USB под названием USB Implementers Forum, которая известна как USB-IF, а USB-IF теперь является организацией по стандартизации USB.
В 1996 году USB-IF официально предложил спецификацию USB 1.0. Однако скорость передачи данных USB 1.0 составляла всего 1,5 Мбит/с, максимальный выходной ток — 5 В/500 мА, а периферийных устройств, поддерживающих USB, в то время было очень мало, поэтому производители материнских плат редко разрабатывали USB-интерфейсы непосредственно на материнских платах.
▲USB 1.0
В сентябре 1998 года USB-IF выпустил спецификацию USB 1.1. Скорость передачи данных на этот раз была увеличена до 12 Мбит/с, а некоторые технические детали USB 1.0 были исправлены. Максимальный выходной ток остался на уровне 5 В/500 мА.
В апреле 2000 года был представлен стандарт USB 2.0 со скоростью передачи данных 480 Мбит/с, что соответствует 60 МБ/с. Это в 40 раз больше, чем у USB 1.1. Максимальный выходной ток составляет 5 В/500 мА, а разъём имеет 4 контакта. USB 2.0 используется и по сей день и может считаться самым долговечным стандартом USB.
Начиная с USB 2.0, USB-IF продемонстрировал свой «уникальный талант» в переименовании.
В июне 2003 года USB-IF переименовал спецификации и стандарты USB, изменив USB 1.0 на версию USB 2.0 Low-Speed, USB 1.1 на версию USB 2.0 Full-Speed и USB 2.0 на версию USB 2.0 High-Speed.
Однако на тот момент это изменение мало повлияло на современную ситуацию, поскольку USB 1.0 и 1.1 по сути сошли со сцены.
В ноябре 2008 года группа разработчиков USB 3.0, состоящая из таких гигантов отрасли, как Intel, Microsoft, HP, Texas Instruments, NEC и ST-NXP, завершила разработку стандарта USB 3.0 и опубликовала его. Официальное название стандарта — «SuperSpeed». Группа разработчиков USB отвечает в основном за разработку и формулирование стандартов серии USB, которые в конечном итоге будут переданы в управление USB-IF.
Максимальная скорость передачи данных USB 3.0 достигает 5,0 Гбит/с, что составляет 640 МБ/с. Максимальный выходной ток составляет 5 В/900 мА. Интерфейс полностью совместим с USB 2.0 и поддерживает полнодуплексный режим передачи данных (то есть может одновременно принимать и отправлять данные, в то время как USB 2.0 — полудуплексный), а также обладает улучшенными возможностями управления питанием и другими функциями.
USB 3.0 имеет 9-контактную конструкцию. Первые 4 контакта аналогичны контактам USB 2.0, а оставшиеся 5 контактов специально разработаны для USB 3.0. Таким образом, по контактам можно определить, относится ли устройство к USB 2.0 или USB 3.0.
В июле 2013 года был выпущен USB 3.1 со скоростью передачи данных 10 Гбит/с (1280 МБ/с), заявленной как SuperSpeed+, а максимально допустимое напряжение питания было увеличено до 20 В/5 А, что составляет 100 Вт.
Модернизация USB 3.1 по сравнению с USB 3.0 также была весьма очевидна. Однако вскоре после этого USB-IF переименовал USB 3.0 в USB 3.1 Gen1, а USB 3.1 — в USB 3.1 Gen2.
Это изменение названия вызвало проблемы у потребителей, поскольку многие недобросовестные продавцы указывали на упаковке только поддержку USB 3.1, не указывая, относится ли устройство к Gen1 или Gen2. На самом деле, характеристики передачи данных у этих двух стандартов существенно различаются, и потребители могли случайно попасть в ловушку. Поэтому для большинства потребителей это изменение названия оказалось неудачным решением.
В сентябре 2017 года был выпущен USB 3.2. Интерфейс USB Type-C поддерживает два канала передачи данных по 10 Гбит/с со скоростью до 20 Гбит/с (2500 МБ/с), а максимальный выходной ток по-прежнему составляет 20 В/5 А. В других аспектах произошли незначительные улучшения.
▲Процесс изменения имени USB-накопителя
Однако в 2019 году организация USB-IF предложила ещё одно изменение названия: USB 3.1 Gen1 (то есть оригинальный USB 3.0) был переименован в USB 3.2 Gen1, USB 3.1 Gen2 (то есть оригинальный USB 3.1) — в USB 3.2 Gen2, а USB 3.2 — в USB 3.2 Gen 2×2.
Настоящее и будущее: прыжок вперед USB4
Теперь, когда мы достигли USB4, давайте рассмотрим обновления и улучшения этого нового стандарта протокола. Прежде всего, поскольку это переход с «3» на «4» сразу на одно поколение, улучшение должно быть значительным.
На основании всей собранной нами информации новые возможности USB4 можно обобщить следующим образом:
1. Максимальная скорость передачи 40 Гбит/с:
Благодаря двухканальной передаче теоретическая максимальная скорость передачи данных USB4 должна достигать 40 Гбит/с, что соответствует скорости Thunderbolt 3 (далее именуемой «Thunderbolt 3»).
Фактически, USB4 будет поддерживать три скорости передачи данных: 10 Гбит/с, 20 Гбит/с и 40 Гбит/с. Поэтому, если вы хотите купить устройство с максимальной скоростью передачи данных, то есть 40 Гбит/с, перед покупкой лучше ознакомиться с его характеристиками.
2. Совместимость с интерфейсами Thunderbolt 3:
Некоторые (но не все) устройства USB4 также совместимы с интерфейсами Thunderbolt 3. То есть, если ваше устройство оснащено интерфейсом USB4, к нему также может быть возможно подключить внешнее устройство Thunderbolt 3. Однако это не обязательно. Совместимость устройства или нет зависит от позиции производителя.
3. Возможность динамического распределения ресурсов полосы пропускания:
Если вы используете порт USB4 одновременно с подключением дисплея и передачей данных, порт будет выделять соответствующую пропускную способность в зависимости от ситуации. Например, если для передачи видео на дисплей 1080p требуется всего 20% пропускной способности, то оставшиеся 80% можно использовать для других задач. Это было невозможно в USB 3.2 и более ранних версиях. До этого режим работы USB был поочерёдным.
4. Все устройства USB4 будут поддерживать USB PD.
USB PD (USB Power Delivery, передача энергии по USB) — один из основных современных протоколов быстрой зарядки. Он также был разработан организацией USB-IF. Эта спецификация позволяет достигать более высоких напряжений и токов, при этом максимальная передаваемая мощность достигает 100 Вт, а направление передачи энергии можно свободно менять.
Согласно правилам USB-IF, стандартной формой текущего интерфейса зарядки USB-PD должен быть USB Type-C. В интерфейсе USB Type-C предусмотрены два контакта, CC1 и CC2, которые используются для каналов конфигурации связи PD.
5. Можно использовать только интерфейс USB Type-C.
Учитывая вышеизложенное, мы, естественно, понимаем, что USB4 может работать только через разъёмы USB Type-C. Фактически, не только USB PD, но и другие новейшие стандарты USB-IF применимы только к Type-C.
6. Может быть обратно совместим с предыдущими протоколами.
USB4 может использоваться совместно с устройствами и портами USB 3 и USB 2. Это означает, что он обратно совместим с предыдущими стандартами протоколов. Однако USB 1.0 и 1.1 не поддерживаются. В настоящее время интерфейсы, использующие этот протокол, практически исчезли с рынка.
Конечно, при подключении устройства USB4 к порту USB 3.2 оно не сможет передавать данные со скоростью 40 Гбит/с. И устаревший интерфейс USB 2 не станет быстрее просто от подключения к порту USB4.
Время публикации: 21 июля 2025 г.
