Kompletny przewodnik po USB4 – od prędkości 40 Gb/s i dynamicznej przepustowości po w pełni funkcjonalne połączenie jednym kablem
Od momentu pojawienia się USB4 publikujemy liczne artykuły i linki, aby dzielić się istotnymi informacjami. Jednak popularność tego standardu jest tak duża, że ludzie na całym świecie pytają o rynek USB4. Począwszy od wczesnej ery USB 1.0 i interfejsu transmisji danych 1,5 Mb/s, USB przeszło przez wiele generacji. Pojawiło się wiele specyfikacji, takich jak USB 1.0, USB 2.0 i USB 3.0, a kształty i schematy interfejsów obejmowały USB typu A, USB typu B i obecnie najpopularniejszy USB typu C itd. USB4 oferuje nie tylko szybszą prędkość transmisji, ale także lepszą kompatybilność (obsługuje kompatybilność wsteczną, czyli kompatybilność ze starszymi wersjami). Pozwala na efektywniejsze podłączanie i ładowanie niemal wszystkich urządzeń. Jeśli Twój telefon, komputer, monitor, drukarka itp. obsługują USB4, teoretycznie potrzebujesz tylko kabla do transmisji danych obsługującego USB4, aby podłączyć urządzenia, co znacznie ułatwia pracę w domowym biurze. Nie musisz już kupować różnych kabli przejściowych. Dzięki temu USB4 może sprawić, że nasz tryb pracy będzie bardziej zróżnicowany i wygodny. Ponadto inną godną uwagi cechą standardu USB4 jest to, że prawdopodobnie znajdzie on zastosowanie w urządzeniach brzegowych obsługujących obliczenia ze sztuczną inteligencją.
01 USB4 kontra USB3.2
USB 3.2 to nowy standard wydany przez organizację USB-IF. Został on wprowadzony już we wrześniu 2017 roku. Z technicznego punktu widzenia USB 3.2 stanowi ulepszenie i uzupełnienie USB 3.1. Główną zmianą jest zwiększenie prędkości transmisji danych do 20 Gb/s, a interfejs nadal jest zgodny z…Typ CSchemat ustanowiony w erze USB 3.1, nie obsługujący już interfejsów typu A i typu B. Zarówno USB4, jak i USB 3.2 wykorzystują interfejsy typu C, ale USB 4 jest znacznie bardziej złożony. USB 4 obsługuje jednoczesną transmisję i odbiór host-to-host, PCI Express® (PCIe®), DisplayPort audio/wideo i danych USB przez ten sam interfejs typu C na tym samym łączu. Dwa hosty USB 4 mogą wymieniać pakiety danych IP przez tunel host-to-host; transmisja tunelowa DisplayPort i USB oznacza, że dźwięk, wideo, dane i zasilanie mogą być przesyłane przez ten sam interfejs, co jest znacznie szybsze niż w przypadku USB 3.2. Ponadto transmisja tunelowa PCIe może zapewnić wysoką przepustowość, niskie opóźnienia i osiągnąć wysoką przepustowość dla pamięci masowej o dużej pojemności, sztucznej inteligencji brzegowej i innych przypadków użycia.
USB4 integruje dwa kanały transmisji i odbioru w jednym interfejsie USB-C o przepustowości do 20 Gb/s i40 Gb/s, a każdy kanał może mieć szybkość transmisji danych wynoszącą około 10 Gb/s lub 20 Gb/s. Dla twórców układów scalonych te dane są bardzo ważne. Muszą wiedzieć, że w trybie Thunderbolt3 szybkość transmisji danych na każdym kanale transmisji i odbioru wynosi 10,3125 Gb/s lub 20,625 Gb/s. W tradycyjnym trybie USB tylko jeden kanał transmisji/odbioru pracuje z szybkością5 Gb/s (USB 3.0) or 10 Gb/s (USB3.1), podczas gdy dwa kanały USB3.2 działają z szybkością 10 Gbps.
Pod względem trwałości, elementami przenoszącymi siły w interfejsie typu C jest przede wszystkim zewnętrzna metalowa obudowa, która jest mocniejsza i mniej podatna na uszkodzenia. Centralny kanał danych jest chroniony osłoną w kształcie łuku, co utrudnia jego uszkodzenie. Wymagania projektowe wskazują, żeUSB typu CWytrzymuje ponad 10 000 podłączeń i odłączeń bez uszkodzenia. Przy założeniu 3 podłączeń i odłączeń dziennie, interfejs USB typu C może być używany przez co najmniej 10 lat.
02 Przyspieszone wdrażanie USB4
Po oficjalnym udostępnieniu protokołu USB 3.2, organizacja USB szybko ogłosiła specyfikację USB 4. W przeciwieństwie do poprzednich standardów, takich jakUSB 3.2, które opierały się na własnym protokole USB, USB 4 nie przyjmuje już specyfikacji USB na podstawowym poziomie, lecz zamiast tego wykorzystuje protokół Thunderbolt 3, który Intel w pełni ujawnił. Jest to największa zmiana w rozwoju USB w ciągu ostatnich kilku dekad. W przypadku użycia złącza typu C do połączenia, funkcje USB 4 zastępują funkcje USB 3.2, a USB 2.0 może działać jednocześnie. USB 3.2 Enhanced SuperSpeed pozostaje podstawową infrastrukturą do transmisji danych USB na linii fizycznej USB 4. Największa różnica między USB 4 a USB 3.2 polega na tym, że USB 4 jest zorientowane na połączenie. USB 4 zostało zaprojektowane z tunelami do jednoczesnej transmisji danych z wielu protokołów na jednym interfejsie fizycznym. Dzięki temu prędkość i pojemność USB 4 mogą być dynamicznie współdzielone. USB 4 może obsługiwać inne protokoły wyświetlania lub komunikację między hostami podczas transmisji danych. Ponadto USB 4 zwiększyło prędkość komunikacji z 20 Gb/s (Gen2x2) USB 3.2 do40 Gb/s (Gen3x2)na tej samej dwupasmowej, dwuprocesorowej architekturze simpleksowej.
USB4 nie tylko zapewnia dużą prędkość USB (opartą na USB3), ale także definiuje tunele wyświetlania oparte na DisplayPort i tunele ładowania/przechowywania oparte na PCIe.
Wygląd wyświetlacza: Protokół tunelu wyświetlania USB4 jest oparty na DisplayPort 1.4a. Sam DP 1.4a obsługuje8k przy 60 Hz or 4k przy 120 HzHost USB4 musi obsługiwać DisplayPort na wszystkich portach downstream. Jeśli używasz portu USB4 do jednoczesnego przesyłania obrazu i danych, port odpowiednio przydzieli przepustowość. Zatem, jeśli wideo wymaga tylko 20% przepustowości do obsługi monitora 1080p (który jest jednocześnie koncentratorem), pozostałe 80% wideo można wykorzystać do przesyłania plików z zewnętrznego dysku SSD.
W kwestii tuneli PCIe: obsługa PCIe przez hosty USB4 jest opcjonalna. Koncentratory USB4 powinny obsługiwać tunele PCIe, a wewnętrzny przełącznik PCIe powinien być obecny.
Istotnym elementem specyfikacji USB 4 jest możliwość dynamicznego dostosowywania ilości dostępnych zasobów podczas przesyłania obrazu i danych przez to samo połączenie. Załóżmy więc, że masz maksymalnie40 Gb/s USB 4i kopiują duże pliki z zewnętrznego dysku SSD i przesyłają je na wyświetlacz 4K. Załóżmy, że źródło wideo wymaga przepustowości około 12,5 Gb/s. W takim przypadku USB 4 przydzieli pozostałe 27,5 Mb/s dyskowi zapasowemu.
USB-C wprowadza „tryb alternatywny”, czyli możliwość przesyłania obrazu DisplayPort/HDMI z portu Type-C. Jednak obecna specyfikacja 3.x nie zapewnia dobrej metody podziału zasobów. Według Saundersa, tryb alternatywny DisplayPort pozwala precyzyjnie podzielić pasmo między danymi USB a danymi wideo w stosunku 50/50, podczas gdy tryb alternatywny HDMI nie pozwala na jednoczesne korzystanie z danych USB.
USB4 definiuje standard 40 Gb/s, umożliwiając dynamiczne współdzielenie pasma, dzięki czemu jeden kabel danych może spełniać wiele funkcji. Dzięki USB4 możliwe jest jednoczesne przesyłanie danych PCIe i wyświetlanie ich jednym łączem, a także korzystanie z tradycyjnych funkcji USB, a nawet zasilanie (za pośrednictwem USB PD) w bardzo wygodny sposób. W przyszłości większość urządzeń peryferyjnych, niezależnie od tego, czy są to sieci o dużej przepustowości, zewnętrzne karty graficzne, wyświetlacze o wysokiej rozdzielczości, urządzenia pamięci masowej o dużej pojemności, a nawet dwa komputery, będzie można połączyć ze sobą za pomocą interfejsu typu C. Co więcej, jeśli urządzenia te obsługują koncentrator USB4, można również połączyć szeregowo lub rozgałęziając więcej urządzeń, co jest niezwykle wygodne.
Czas publikacji: 20-10-2025
