一文看懂USB4

準(zhǔn)備好迎接全新一代的USB吧！

“USB4”(官方拼寫缺少空格，但我們在本文中使用它來反映讀者的搜索方式)于2019年首次發(fā)布，并被一些電腦所采用，其中包括蘋果新推出的M1驅(qū)動(dòng)的 iMac、基于M1的Macbook和Mac Mini，以及搭載英特爾第11代Gen Tiger Lake的筆記本電腦。雖然目前采用USB 4的設(shè)備并不多，但是新一代USB 4供電的擴(kuò)展塢和外設(shè)正在涌入。

USB 4能夠帶來許多好處，包括提供更快的傳輸速度，更好的視頻帶寬管理以及與Thunderbolt 3的可選兼容性。

就目前市場情況來看，各大PC和外設(shè)供應(yīng)商的產(chǎn)品所采用的USB版本有所不同，因此，業(yè)界需要為USB制定新的標(biāo)準(zhǔn)。在這其中，有很多值得我們?nèi)テ诖墓δ?，而這就需要我們來全面地了解下USB 4。

USB 4的主要優(yōu)勢

新的USB 4標(biāo)準(zhǔn)與以前版本的USB相比有四個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。

最大傳輸速度可達(dá)40 Gbps：通過使用 two-lane cables,，設(shè)備能夠以40gbps的速度運(yùn)行，與Thunderbolt 3相同的速度。數(shù)據(jù)可在兩組四個(gè)雙向通道中進(jìn)行傳輸。

DisplayPort替代模式2.0：USB 4在其替代模式下支持DisplayPort 2.0。DisplayPort 2.0可以以HDR10顏色支持60 Hz的8K分辨率。DisplayPort 2.0可以使用高達(dá)80 Gbps的速度，這是USB數(shù)據(jù)可用量的兩倍，因?yàn)樗梢栽谝粋€(gè)方向上（向顯示器）發(fā)送所有數(shù)據(jù)，因此可以同時(shí)使用所有八個(gè)數(shù)據(jù)通道。

與Thunderbolt 3設(shè)備兼容：某些（但不是全部）USB 4也可以與Thunderbolt 3設(shè)備一起使用。

更好的視頻，PCIe視頻資源分配： 其他接口接管連接時(shí)可以代替替代模式，USB 4設(shè)備可以使用稱為“協(xié)議通道（protocol tunneling）”的過程，該過程可以同時(shí)發(fā)送DisplayPort，PCIe和USB數(shù)據(jù)包，同時(shí)相應(yīng)地分配帶寬。

因此，如果視頻僅需要20％的帶寬來驅(qū)動(dòng)作為集線器的1080p顯示器，則另外80％的帶寬則可用于外部SSD傳輸文件，這部分可通過USB協(xié)議或PCIe進(jìn)行操作。

使用Type-C 端口

毫無疑問，USB 4將只能通過Type-C連接器操作。Type-A端口的USB 4設(shè)備或集線器不可能出現(xiàn)。這不足為奇，因?yàn)槠渌钚聵?biāo)準(zhǔn)（例如USB Power Delivery）僅適用于Type-C。如果使用適配器連接到Type-A，5 Gbps USB 3端口，那么將會(huì)對速度和功耗產(chǎn)生巨大的影響。

與Thunderbolt 3兼容（可選）

英特爾曾表示已將Thunderbolt 3協(xié)議授予USB Promoter Group，從而使具有USB 4端口的設(shè)備可能與Thunderbolt 3設(shè)備互相兼容。這對所有人來說都是個(gè)好消息，尤其是那些想通過連接eGPU(外置顯卡)來玩游戲的筆記本電腦用戶。

雖然市面上有很多Thunderbolt 3的eGPU，但很少有筆記本電腦和臺(tái)式機(jī)配備Thunderbolt 3，而且?guī)缀鯖]有主板支持Thunderbolt 3。因?yàn)門hunderbolt是英特爾的標(biāo)準(zhǔn)，你不會(huì)在任何amd驅(qū)動(dòng)的電腦上找到它。

Thunderbolt 3的實(shí)現(xiàn)成本也高于標(biāo)準(zhǔn)USB，因?yàn)樗皇情_放標(biāo)準(zhǔn)，而且需要額外的芯片。所以今天，如果你想要一個(gè)eGPU或一個(gè)超快速的Thunderbolt 3存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器，你的電腦選擇是非常有限的。

借助USB 4，設(shè)備和主機(jī)制造商將不必向英特爾支付任何專利費(fèi)，因此有更大的機(jī)會(huì)被廣泛采用。然而，有一個(gè)問題:Thunderbolt兼容性不是USB 4規(guī)格的必要部分，所以制造商不需要實(shí)現(xiàn)它。您可能最終購買了帶有USB 4的筆記本電腦，卻發(fā)現(xiàn)它不能與您的Razer Core X圖形擴(kuò)展塢一起使用。

“我們確實(shí)期望PC供應(yīng)商廣泛支持Thunderbolt的向后兼容性，因?yàn)樗麄兯璧拇蠖鄶?shù)東西已經(jīng)內(nèi)置在USB 4設(shè)計(jì)中”，USB開發(fā)者論壇主席Brad Saunders表示：“這是基于相同的技術(shù)，所以我們確實(shí)預(yù)計(jì)會(huì)有很高的普及率，但手機(jī)制造商可能會(huì)選擇不添加額外的一點(diǎn)，他們需要向后兼容。”

到目前為止，蘋果公司稱其M1計(jì)算機(jī)具有Thunderbolt 3 / USB 4端口，而新的Tiger Lake筆記本電腦（如Dell XPS 13）則表示它們支持USB 4 / Thunderbolt4。不幸的是，盡管擁有這些端口，但新Mac電腦卻沒有。不能與外部GPU配合使用。

然而，重要的是要記住，Thunderbolt 3和Thunderbolt 4是英特爾認(rèn)證的項(xiàng)目，這些計(jì)劃需要花費(fèi)制造商的時(shí)間和金錢。因此，雖然支持USB 4的計(jì)算機(jī)可以與40 Gbps設(shè)備甚至是標(biāo)記為Thunderbolt的設(shè)備一起使用，但如果未通過認(rèn)證，則可能不會(huì)被列為支持Thunderbolt的設(shè)備。

例如，手機(jī)或平板電腦供應(yīng)商可以通過不提供40 Gbps的傳輸速度或不支持PCIe數(shù)據(jù)傳輸來節(jié)省成本。你不會(huì)(也不能)將你的手機(jī)連接到eGPU或高性能的外部SSD。

USB 4的兩種速度

雖然它可以達(dá)到40 Gbps的理論速度，但并不是所有的USB設(shè)備或主機(jī)都支持這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)計(jì)更小、更便宜的設(shè)備，如手機(jī)和chromebook，將使用每秒20 Gbps的USB 4版本，它仍然比USB 3快得多。今天你可以從大多數(shù)筆記本電腦上獲得5 Gbps的連接(盡管存在10 Gbps和20 Gbps的USB 3.2連接)。如果你想要最快的USB 4連接，請務(wù)必查看說明書。

USB 4標(biāo)簽不會(huì)使用版本號

那么，您如何知道所購買的設(shè)備是否兼容USB 4？制造商可能會(huì)在規(guī)格表中提到USB 4，但USB-IF的標(biāo)識(shí)程序僅專注于連接的傳輸速度，即20或40 Gbps。

你會(huì)在零售包裝上看到認(rèn)證標(biāo)識(shí)，偶爾也會(huì)在設(shè)備本身上看到，它將被標(biāo)記為USB 20gbps或USB 40gbps，或者USB三角形標(biāo)志旁邊有一個(gè)20或40。

現(xiàn)在，重要的是要注意，還有一個(gè)SuperSpeed USB 20gbps標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)上USB 3.2，它沒有USB 4的其他功能。而這將有一個(gè)不同的標(biāo)識(shí)。

還值得一提的是，市場上數(shù)以百萬計(jì)的USB產(chǎn)品均未獲得USB-IF的官方認(rèn)證，因此它們根本無法使用這些標(biāo)識(shí)。因此，盡管組織已盡力而為，但您可能仍會(huì)在其產(chǎn)品說明中看到很多使用術(shù)語USB 4的產(chǎn)品。

在視頻和數(shù)據(jù)之間共享帶寬方面表現(xiàn)優(yōu)秀

USB 4規(guī)范的很大一部分是協(xié)議通道，當(dāng)你通過同一連接發(fā)送視頻和數(shù)據(jù)時(shí)，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整可用資源的數(shù)量。因此，假設(shè)您擁有最大40 Gbps的USB 4，并且正在從外部SSD復(fù)制大量文件的同時(shí)輸出到4K顯示器。讓我們規(guī)定視頻源需要大約12.5 Gbps。在這種情況下，USB 4會(huì)將剩余的27.5 Mbps分配給您的備份驅(qū)動(dòng)器。

USB-C引入了“替代模式”，即能夠從Type-C端口傳輸DisplayPort / HDMI視頻的功能，但是當(dāng)前的3.x規(guī)范并未提供拆分資源的好方法。根據(jù)桑德斯（Saunders）的說法，DisplayPort替代模式可以將USB數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)之間的帶寬精確地分配為50/50，而HDMI替代模式根本不允許同時(shí)傳輸U(kuò)SB數(shù)據(jù)。

但是，通過協(xié)議通道傳輸，USB 4可以將DisplayPort，PCIe或USB作為數(shù)據(jù)包發(fā)送，因此可以控制資源分配。

“使用USB SuperSpeed，我們在架構(gòu)上沒有足夠的靈活性，沒能夠真正地在連接器上以組合方式管理這兩個(gè)不同的帶寬（數(shù)據(jù)和視頻）”， Saunders說：“而新技術(shù)的出現(xiàn)，則優(yōu)化了不同應(yīng)用之間的可擴(kuò)展性?！?/p>

所有USB 4主機(jī)均支持USB PD

當(dāng)前的一些USB Type-C設(shè)備支持USB Power Delivery (USB PD)標(biāo)準(zhǔn)，用于為大功率設(shè)備輸送電力，但并非所有的設(shè)備都支持。每個(gè)USB 4設(shè)備和主機(jī)將必須遵守USB PD，這樣才能提供更高的功率和更好的電源管理。

USB PD理論上可以提供高達(dá)100瓦的功率，但充電設(shè)備不必支持該功率。因此，不能保證給定的USB 4端口能夠提供或占用特定筆記本電腦運(yùn)行所需的數(shù)量，但是您可以期望它符合規(guī)格。

向后兼容舊設(shè)備

關(guān)于所有USB版本，最好的事情是它們?nèi)绾螀f(xié)同工作。USB 4可與USB 3和USB 2設(shè)備和端口一起使用。不用說，您只會(huì)得到連接中最薄弱那部分的速度和功能。當(dāng)你把USB 4連接到一個(gè)USB 3.2端口時(shí)，它的傳輸速度不會(huì)達(dá)到40 Gbps，而一個(gè)老式的USB 2端口也不會(huì)因?yàn)槟氵B接到一個(gè)全新的USB 4備份驅(qū)動(dòng)器而突然變得更快。

您舊的數(shù)據(jù)線將以其最大速度工作

您現(xiàn)有的USB數(shù)據(jù)線和適配器可與USB 4配合使用，但與其他所有向后兼容的產(chǎn)品一樣，它們僅能以其最大額定速度運(yùn)行。所以，如果你有一根可以以每秒5Gbps速度運(yùn)行的USB 3.2數(shù)據(jù)線，那么即使你用它來連接USB 4端口到USB 4設(shè)備，你也只能達(dá)到每秒5Gbps。要獲得Thunderbolt 3支持，您可能需要Thunderbolt 3數(shù)據(jù)線。

Thunderbolt 4擁有與USB 4一樣的功能

在USB 4出現(xiàn)的同時(shí)，英特爾的Thunderbolt 4也進(jìn)入了市場，但是這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上并沒有競爭。要使計(jì)算機(jī)或外圍設(shè)備獲得Thunderbolt 4認(rèn)證，制造商必須獲得英特爾的認(rèn)證，證明其能夠支持USB 4的所有功能，包括對Thunderbolt 3的支持。

Thunderbolt 4只是一個(gè)認(rèn)證，證明該設(shè)備已被英特爾認(rèn)可，并支付了制造商一定費(fèi)用。如果您看到一個(gè)產(chǎn)品宣稱支持Thunderbolt 4，則真正的意思是它是具有40 Gbps連接性并且與Thunderbolt 3設(shè)備向后兼容的USB 4。但是，正如我們所看到的，即使像兼容“ Thunderbolt 3”的新Apple MacBook Pro也可能無法與Thunderbolt 3 eGPU一起使用。

“Thunderbolt 4是一個(gè)品牌推廣項(xiàng)目”，Saunders 說：“正如英特爾所傳達(dá)的，這個(gè)品牌計(jì)劃實(shí)際上是USB 4，它需要支持所有高端功能，其中一些是可選的?！?/p>

成本將超過USB 3.2

大規(guī)模采用USB 4的一個(gè)挑戰(zhàn)是成本的增加。雖然我們不知道PC和設(shè)備廠商增加USB 4連接的具體成本是多少，但我們知道它需要比當(dāng)前最新標(biāo)準(zhǔn)USB 3.2更昂貴的組件。

“我認(rèn)為它將比Thunderbolt便宜，但在產(chǎn)品開發(fā)商的實(shí)際材料成本方面，它不會(huì)像SuperSpeed那么便宜”，Saunders說：“在這其中有很多事情需要去完善，使得該產(chǎn)品可以完成所有SuperSpeed的工作?！?/p>

Saunders補(bǔ)充說，他希望成本能夠迅速下降。但是，我們猜測至少在一開始，成本差異會(huì)將USB 4供給高端PC使用。

為什么USB 4被正式拼寫為“ USB4”（沒有空格）

與其他USB版本不同，新規(guī)范的正式拼寫是在版本號前沒有空格。雖然我們認(rèn)為大多數(shù)人可能會(huì)將其寫為USB 4，但官方名稱是USB4。USB Promoter Group首席執(zhí)行官布拉德·桑德斯（Brad Saunders）解釋說，他刪除空間的目的是將重點(diǎn)從版本號轉(zhuǎn)移到品牌名稱上。

他告訴我們：“我現(xiàn)在要傳達(dá)的信號之一是，我們不打算進(jìn)入4.0、4.1、4.2的迭代路徑。我們不希望它與產(chǎn)品聯(lián)系在一起，并被用作差異化產(chǎn)品……我們想讓它盡可能簡單。”

USB 3.x規(guī)范已經(jīng)填充了不同的版本號，包括USB 3.0, USB 3.1 Gen 1, USB 3.1 Gen 2和四個(gè)不同的USB 3.2版本，除了有或沒有可選的功能，如USB PD和替代模式。但是Saunders告訴我們，這些數(shù)字確實(shí)適合開發(fā)人員，他希望OEM在推銷產(chǎn)品時(shí)會(huì)使用更簡單的術(shù)語，例如“ SuperSpeed USB”。

也許是因?yàn)閾?dān)心營銷人員向消費(fèi)者拋出太多數(shù)字，Saunders說，該組織不計(jì)劃使用版本號來更新規(guī)格。因此，即使兩年內(nèi)有更快的迭代速度，它也可能仍被稱為USB 4，但是速度會(huì)更高（我們想象像USB 4 80 Gbps之類的東西）。

他和他的團(tuán)隊(duì)還沒有決定一個(gè)品牌戰(zhàn)略，所以USB 4可能還會(huì)有一個(gè)營銷名稱。很像USB 3.x被稱為“SuperSpeed USB”，USB 4可能最終會(huì)有自己的名字(我們建議“supersuperspeed USB”)。

“我希望這是一個(gè)明確的區(qū)別。USB 4有它自己的架構(gòu)和速度，并試圖不被困于在某個(gè)版本號中規(guī)定某個(gè)速度，”他說。“如果速度加快，我們就能獲得更快的認(rèn)證和品牌?！?/p>

今日的USB 4產(chǎn)品

在撰寫本文時(shí)，市場上以“USB 4”設(shè)備銷售的設(shè)備屈指可數(shù)。這些包括金斯頓SD5700T，Acasis M.2 NVMe機(jī)箱，OWC Thunderbolt集線器和Cable Matters 40 Gbps數(shù)據(jù)線。

即使沒有專用的USB 4外設(shè)，你也可以通過連接Thunderbolt 3擴(kuò)展塢、eGPU和高速SSD來使用該規(guī)范。