Найповніший посібник з USB4: від швидкості 40 Гбіт/с, динамічної пропускної здатності до повнофункціонального підключення одним кабелем
З моменту появи USB4 ми публікуємо численні статті та посилання, щоб поділитися відповідною інформацією. Однак популярність була настільки високою, що люди всюди запитують про ринок USB4. Починаючи з ранньої ери USB 1.0 та інтерфейсу передачі даних 1,5 Мбіт/с, USB пройшов кілька поколінь. Існувало кілька специфікацій, таких як USB 1.0, USB 2.0 та USB 3.0, а форми та схеми дизайну інтерфейсу включали USB Type-A, USB Type-B та найпоширеніший наразі USB Type-C тощо. USB4 не тільки має вищу швидкість передачі даних, але й кращу сумісність (підтримує зворотну сумісність, тобто сумісність зі старішими версіями). Він може ефективніше підключати майже всі пристрої та заряджати їх. Якщо ваш телефон, комп'ютер, монітор, принтер тощо підтримують USB4, то теоретично вам потрібен лише кабель даних, який підтримує USB4, щоб підключити пристрої, що робить домашній офіс набагато зручнішим. Вам більше не потрібно купувати різні кабелі для перетворення інтерфейсів. Таким чином, USB4 може зробити наш робочий режим більш різноманітним та зручним. Крім того, ще однією чудовою особливістю USB4 є те, що очікується його застосування в периферійних пристроях, які підтримують обчислення на основі штучного інтелекту.
01 USB4 проти USB 3.2
USB 3.2 – це новий стандарт, випущений організацією USB-IF. Він був представлений ще у вересні 2017 року. З технічної точки зору, USB 3.2 є вдосконаленням і доповненням до USB 3.1. Основна зміна полягає в тому, що швидкість передачі даних збільшена до 20 Гбіт/с, а інтерфейс все ще відповідає стандарту...Type-CСхема, встановлена в еру USB 3.1, більше не підтримує інтерфейси Type-A та Type-B. Як USB4, так і USB3.2 використовують інтерфейси Type-C, але USB4 набагато складніший. USB4 підтримує одночасну передачу та прийом даних між хостами, PCI Express® (PCIe®), аудіо/відео DisplayPort та USB через один і той самий інтерфейс Type-C на одному з'єднанні. Два хости USB4 можуть обмінюватися IP-пакетами даних через тунель між хостами; передача через DisplayPort та USB означає, що аудіо, відео, дані та живлення можуть передаватися через один і той самий інтерфейс, що набагато швидше, ніж при використанні USB 3.2. Крім того, передача через тунель PCIe може забезпечити високу пропускну здатність, низьку затримку та досягти високої пропускної здатності для великоємних сховищ, штучного інтелекту на периферії та інших випадків використання.
USB4 об'єднує два канали передачі та прийому в один інтерфейс USB-C зі швидкістю до 20 Гбіт/с та40 Гбіт/с, і кожен канал може мати швидкість передачі даних приблизно 10 Гбіт/с або 20 Гбіт/с. Для розробників мікросхем ці дані дуже важливі. Їм потрібно знати, що в режимі Thunderbolt3 швидкість передачі даних на кожному каналі передачі та прийому становить 10,3125 Гбіт/с або 20,625 Гбіт/с. У традиційному режимі USB лише один канал передачі/прийому працює зі швидкістю5 Гбіт/с (USB 3.0) or 10 Гбіт/с (USB 3.1), тоді як два канали USB 3.2 працюють зі швидкістю 10 Гбіт/с.
Що стосується довговічності, то основними компонентами інтерфейсу Type-C є зовнішній металевий корпус, який є міцнішим і менш схильним до пошкоджень. Центральний канал передачі даних захищений дугоподібною кришкою, що ускладнює його пошкодження. Вимоги до конструкції вказують на те, щоUSB типу Cможе витримувати понад 10 000 підключень та відключень без пошкоджень. Якщо розрахувати на основі 3 підключень та відключень на день, інтерфейс USB Type-C можна використовувати щонайменше 10 років.
02 Прискорене розгортання USB4
Після офіційного випуску протоколу USB 3.2, організація USB оперативно оголосила про специфікації USB 4 протягом короткого періоду часу. На відміну від попередніх стандартів, таких якUSB 3.2, які базувалися на власному протоколі USB, USB 4 більше не використовує специфікації USB на своєму фундаментальному рівні, а натомість використовує протокол Thunderbolt 3, який Intel повністю розкрила. Це найбільша зміна в розвитку USB за останні кілька десятиліть. Під час використання роз'єму Type-C для підключення функції USB4 замінюють функції USB 3.2, а USB 2.0 може працювати одночасно. USB 3.2 Enhanced SuperSpeed залишається базовою інфраструктурою для передачі "даних USB" по фізичній лінії USB 4. Найбільша відмінність між USB4 та USB 3.2 полягає в тому, що USB4 орієнтований на з'єднання. USB4 розроблений з тунелями для спільної передачі даних з кількох протоколів через один фізичний інтерфейс. Таким чином, швидкість та ємність USB4 можуть динамічно розподілятися. USB4 може підтримувати інші протоколи відображення або зв'язок між хостами під час передачі даних. Крім того, USB4 збільшив швидкість зв'язку з 20 Гбіт/с (Gen2x2) USB 3.2 до40 Гбіт/с (Gen3x2)на тій самій двосмуговій, двосимплексній архітектурі.
USB4 не лише забезпечує високошвидкісний USB (на базі USB3), але й визначає тунелі дисплея на основі DisplayPort та тунелі завантаження/зберігання на основі PCIe.
Аспект дисплея: Протокол тунелю дисплея USB4 базується на DisplayPort 1.4a. Сам DP 1.4a підтримує8k при 60 Гц or 4k при 120 ГцХост USB4 повинен підтримувати DisplayPort на всіх портах нижнього потоку. Якщо ви використовуєте порт USB 4 для одночасної передачі відео та даних, порт розподілить пропускну здатність відповідно. Тому, якщо відео потребує лише 20% пропускної здатності для живлення вашого монітора 1080p (який також є концентратором), то решту 80% відео можна використовувати для передачі файлів із зовнішнього SSD.
Щодо тунелів PCIe: підтримка PCIe хостами USB4 є необов'язковою. Концентратори USB4 повинні підтримувати тунелі PCIe, і має бути присутній внутрішній комутатор PCIe.
Важливою частиною специфікації USB 4 є можливість динамічного регулювання обсягу доступних ресурсів під час надсилання відео та даних через одне й те саме з’єднання. Отже, припустимо, що у вас максимумUSB 4 40 Гбіт/сі копіюють великі файли із зовнішнього SSD-накопичувача та виводять їх на 4K-дисплей. Припустимо, що джерело відео потребує приблизно 12,5 Гбіт/с. У цьому випадку USB 4 виділить решту 27,5 Мбіт/с резервному диску.
USB-C представляє «альтернативний режим», який дозволяє передавати відео DisplayPort/HDMI з порту Type-C. Однак поточна специфікація 3.x не забезпечує належного методу розподілу ресурсів. За словами Сондерса, альтернативний режим DisplayPort може точно розділити пропускну здатність між даними USB та відеоданими 50/50, тоді як альтернативний режим HDMI не дозволяє одночасне використання даних USB.
USB4 визначає стандарт 40 Гбіт/с, що дозволяє динамічно розподіляти пропускну здатність, щоб один кабель передачі даних міг виконувати кілька функцій. Завдяки USB4 можна одночасно передавати дані PCIe та відображати їх по одній лінії, поряд з традиційними функціями USB, і навіть забезпечувати живлення (через USB PD) дуже зручним способом. У майбутньому більшість периферійних пристроїв, будь то високошвидкісні мережі, зовнішні відеокарти, дисплеї високої чіткості, високошвидкісні накопичувачі великої ємності або навіть одна машина до іншої, можна буде з'єднати через інтерфейс Type-C. Більше того, якщо ці пристрої реалізують USB4 Hub, ви також зможете підключити більше пристроїв послідовно або відгалужуватися від цих пристроїв, що надзвичайно зручно.
Час публікації: 20 жовтня 2025 р.
