USB4
 Logo USB4 40 Gb/s
| |||
| Typ | USB | ||
|---|---|---|---|
| Historia produkcji | |||
| Projektant | Grupa promotorów USB | ||
| Zaprojektowany | 29 sierpnia 2019 | ||
| zastąpione | USB 3.2 | ||
| wianuszek ze stokrotek | NIE | ||
| Sygnał dźwiękowy | DisplayPort | ||
| Sygnał wideo | DisplayPort | ||
| Złącze | USB typu C | ||
| Elektryczny | |||
| Maks. Napięcie | 48 V (PD 3,1) | ||
| Maks. aktualny | 5 A (PD) | ||
| Dane | |||
| Sygnał danych | Tak | ||
| Szybkość transmisji | 40 Gbit/s (5 GB/s) | ||
USB4 (styl oficjalny), czasami określany jako USB 4.0 , to specyfikacja techniczna opublikowana po raz pierwszy przez USB Implementers Forum (USB-IF) 29 sierpnia 2019 r. USB4 jest oparty na specyfikacji protokołu Thunderbolt 3 , którą firma Intel przekazała firmie USB-IF. Architektura USB4 może dynamicznie współdzielić pojedyncze, szybkie łącze z wieloma sprzętowymi punktami końcowymi, najlepiej obsługując każdy transfer według typu danych i aplikacji.
W przeciwieństwie do wcześniejszych standardów protokołów USB, USB4 wymaga wyłącznego korzystania ze złącza typu C i specyfikacji USB Power Delivery (USB-PD). Produkty USB4 muszą obsługiwać przepustowość 20 Gbit/s i mogą obsługiwać przepustowość 40 Gbit/s, ale ze względu na tunelowanie nawet nominalne 20 Gbit/s może skutkować wyższą efektywną szybkością transmisji danych w USB4 w porównaniu z USB 3.2, przy wysyłaniu mieszanych danych. W przeciwieństwie do USB 3.2 umożliwia tunelowanie DisplayPort i PCI Express .
Obsługa współdziałania z produktami Thunderbolt 3 jest opcjonalna dla hostów USB4 i urządzeń peryferyjnych USB4 i jest wymagana w przypadku koncentratorów USB4 w portach skierowanych w dół oraz w przypadku stacji dokujących opartych na USB4 w portach skierowanych w dół i w górę. Z drugiej strony w Thunderbolt 4 wymagana jest obsługa USB4 .
Specyfikacja USB4 2.0 została opublikowana 18 października 2022 roku przez USB Implementers Forum, dostarczając 80 Gbit/s, a nawet 120 Gbit/s w trybie asymetrycznym.
Historia
USB4 zostało ogłoszone w marcu 2019 r. Specyfikacja USB4 w wersji 1.0, wydana 29 sierpnia 2019 r., Wykorzystuje „Universal Serial Bus 4”, a konkretnie „USB4”, czyli skróconą nazwę marki celowo bez spacji oddzielającej w porównaniu z poprzednimi wersjami. Kilka doniesień prasowych przed wydaniem tej wersji używało terminologii „USB 4.0” i „USB 4”. Nawet po opublikowaniu ks. 1.0, niektóre źródła piszą „USB 4”, twierdząc, że „odzwierciedlają sposób wyszukiwania czytelników”.
W dniu 1 września 2022 r. USB Promoter Group ogłosiło oczekujące wydanie specyfikacji USB4 w wersji 2.0, a następnie specyfikacja została wydana 18 października 2022 r.
W momencie publikacji wersji 1.0 firmami promotorskimi, których pracownicy uczestniczyli w technicznej grupie roboczej specyfikacji USB4, były: Apple Inc. , Hewlett-Packard , Intel , Microsoft , Renesas Electronics , STMicroelectronics i Texas Instruments .
Cele określone w specyfikacji USB4 to zwiększenie przepustowości, pomoc w konwergencji ekosystemu złączy USB-C i „zminimalizowanie dezorientacji użytkowników końcowych”. Niektóre z kluczowych obszarów umożliwiających osiągnięcie tego celu to użycie pojedynczego typu złącza USB-C, przy jednoczesnym zachowaniu zgodności z istniejącymi produktami USB i Thunderbolt .
29 kwietnia 2020 r. Wydano DisplayPort Alt Mode w wersji 2.0, obsługujący DisplayPort 2.0 przez USB4.
Tryby przesyłania danych
USB4 samo w sobie nie zapewnia żadnego ogólnego mechanizmu przesyłania danych ani klas urządzeń, takich jak USB 3.x, ale służy głównie jako sposób na tunelowanie innych protokołów, takich jak USB 3.2, DisplayPort i opcjonalnie PCIe. Chociaż zapewnia natywny protokół Host-to-Host, jak sama nazwa wskazuje, jest on dostępny tylko między dwoma połączonymi hostami; służy do implementacji Host IP Networking. Dlatego też, gdy host i urządzenie nie obsługują opcjonalnego tunelowania PCIe, maksymalna przepustowość niezwiązana z wyświetlaniem jest ograniczona do USB 3.2 20 Gbit/s, podczas gdy tylko USB 3.2 10 Gbit/s jest obowiązkowe.
USB4 określa tunelowanie:
- USB 3.2 („Enhanced Superspeed”)
- Tunelowanie oparte na DisplayPort 1.4a
- Tunelowanie oparte na PCI Express (PCIe).
USB4 wymaga również obsługi trybu alternatywnego DisplayPort . Oznacza to, że DP można przesyłać przez tunelowanie USB4 lub w trybie alternatywnym DP.
DisplayPort Alt Mode 2.0: USB 4 obsługuje DisplayPort 2.0 w trybie alternatywnym. DisplayPort 2.0 może obsługiwać rozdzielczość 8K przy 60 Hz z kolorem HDR10 i może wykorzystywać do 80 Gbit/s, co jest taką samą ilością dostępną dla danych USB, ale tylko jednokierunkową.
Starsze USB (1–2) jest zawsze obsługiwane przy użyciu dedykowanych przewodów w złączu USB-C.
Niektóre tryby transferu są obsługiwane przez wszystkie urządzenia USB4, obsługa innych jest opcjonalna. Wymagania dotyczące obsługiwanych trybów zależą od typu urządzenia.
| Tryb | Gospodarz | Centrum | Urządzenie peryferyjne |
|---|---|---|---|
| Starsze USB (1–2) (maks. 480 Mbit/s) | Tak | Tak | Tak |
| Transport USB4 20 Gbit/s | Tak | Tak | Opcjonalny |
| Transport USB4 40 Gbit/s | Opcjonalny | Tak | Opcjonalny |
| Tunelowany port USB 3.2 (10 Gb/s) | Tak | Tak | Tak |
| Tunelowany port USB 3.2 (20 Gb/s) | Opcjonalny | Opcjonalny | Opcjonalny |
| Tunelowany port wyświetlacza | Tak | Tak | Opcjonalny |
| Tunelowane PCI Express | Opcjonalny | Tak | Opcjonalny |
| Komunikacja między hostami | Tak | Tak | — |
| Tryb alternatywny DisplayPort | Tak | Tak | Opcjonalny |
| Tryb alternatywny Thunderbolt | Opcjonalny | Tak | Opcjonalny |
| Alternatywne tryby USB-C | Opcjonalny | Opcjonalny | Opcjonalny |
| Nazwa trybu | Stara nazwa | Kodowanie | Wiele pasów |
Prędkość na linii (Gbit/s) |
Prędkość nominalna | Nazwa marketingowa USB-IF | Logo | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ( Gb/s ) | ( GB/s ) | |||||||
| USB 3.2 Gen 1×1 |
USB 3.0, USB 3.1 Gen 1 |
8b/10b | Pojedynczy | 5 | 5 | 0,625 | Superszybkie USB 5 Gb/s |
|
| USB 3.2 Gen 1×2 | Podwójny | 5 | 10 | 1.2 | — | |||
| USB 3.2 Gen 2×1 | USB 3.1 Gen 2 | 128b/132b | Pojedynczy | 10 | 10 | 1.2 | Superszybkie USB 10 Gb/s |
|
| USB 3.2 Gen 2×2 | Podwójny | 10 | 20 | 2.4 | Superszybkie USB 20 Gb/s |
|
||
| USB4 Gen 2×1 | 64b/66b | Pojedynczy | 10 | 10 | 1.2 | — | ||
| USB4 Gen 2×2 | Podwójny | 10 | 20 | 2.4 | USB4 20 Gb/s |
|
||
| USB4 Gen 3×1 | 128b/132b | Pojedynczy | 20 | 20 | 2.4 | — | ||
| USB4 Gen 3×2 | Podwójny | 20 | 40 | 4.8 | USB4 40 Gb/s |
|
||
| USB4 Gen 4×1 | PAM-3 | Pojedynczy | 40 | 40 | 4.8 | — | ||
| USB4 Gen 4×2 | Podwójny | 40 | 80 | 9.6 | USB4 80 Gb/s | |||
| Asymetryczny USB4 Gen 4 | Potroić | 40 | 120 | 14.4 | USB4 120 Gb/s | |||
USB4 Gen 2 różni się od USB 3.2 Gen 2. Oznaczają tylko tę samą prędkość, czyli 10 Gbit/s, ale są inaczej zakodowane na warstwie elektrycznej.
Chociaż USB4 jest wymagane do obsługi trybów dwupasmowych, wykorzystuje operacje jednopasmowe podczas inicjalizacji łącza dwupasmowego; połączenie jednopasmowe może być również używane jako tryb awaryjny w przypadku błędu łączenia pasa.
W trybie zgodności z Thunderbolt tory są obsługiwane nieco szybciej z prędkością 10,3125 Gbit/s (dla Gen 2) i 20,625 Gbit/s (dla Gen 3), zgodnie z wymaganiami specyfikacji Thunderbolt (są to tak zwane starsze prędkości i zaokrąglone prędkości). Po usunięciu kodowania 64b/66b te również stają się okrągłe, 20,625/66*64 = 20 000 Gbit/s.
Dostarczanie mocy
USB4 wymaga zasilania USB (USB PD). Połączenie USB4 musi wynegocjować umowę USB PD przed nawiązaniem. Źródło USB4 musi zapewniać co najmniej 7,5 W (5 V, 1,5 A) na port. Ujście USB4 musi wymagać mniej niż 250 mA (domyślnie), 1,5 A lub 3 A przy napięciu 5 V (w zależności od konfiguracji rezystora USB-C ) przed negocjacjami USB PD. Dzięki USB PD możliwe jest uzyskanie mocy do 240 W przy rozszerzonym zakresie mocy (5 A przy 48 V). Dla „standardowego zakresu mocy” możliwe jest do 100 W (5 A przy 20 V).
Kompatybilność z Thunderboltem 3
Specyfikacja USB4 stwierdza, że celem projektowym jest „Zachowanie kompatybilności z istniejącym ekosystemem produktów USB i Thunderbolt”. W przypadku koncentratorów USB4 wymagana jest kompatybilność z Thunderbolt 3; jest opcjonalny dla hostów USB4 i urządzeń peryferyjnych USB4. Kompatybilne produkty muszą mieć zaimplementowany tryb 40 Gbit/s, co najmniej 15 W dostarczanej mocy i inny zegar; osoby wdrażające muszą podpisać umowę licencyjną i zarejestrować identyfikator dostawcy w firmie Intel.
Pinout
USB4 ma 24 piny w symetrycznej obudowie USB typu C. USB4 ma 12 pinów A na górze i 12 pinów B na dole.
USB4 ma dwa tory różnicowych par SuperSpeed. Pas pierwszy wykorzystuje TX1+, TX1-, RX1+, RX1-, a pas drugi wykorzystuje TX2+, TX2-, RX2+, RX2-. USB4 przesyła dane z prędkością 20 Gbp/s na linię. USB4 zachowuje również różnicę D+ i D- dla transferu USB 2.0.
Kanały konfiguracyjne CC mają za zadanie tworzenie relacji między podłączonymi portami, wykrywanie orientacji wtyczki dzięki odwracalnej obudowie USB typu C, wykrywanie styków zasilania VBUS, określanie kolejności pasów SuperSpeed, a wreszcie protokół USB sprawia, że Kanał konfiguracyjny CC odpowiedzialny za wejście w tryb USB4.
| Szpilka | Nazwa | Opis |
|---|---|---|
| A1 | GND | Powrót ziemi |
| A2 | SSTXp1 („TX1+”) | Para różnicowa SuperSpeed nr 1, TX, dodatnia |
| A3 | SSTXn1 („TX1-”) | Para różnicowa SuperSpeed nr 1, TX, ujemna |
| A4 | V AUTOBUS | Zasilanie magistrali |
| A5 | CC1 | Kanał konfiguracji |
| A6 | Dp1 | Para różnicowa USB 2.0, pozycja 1, dodatnia |
| A7 | Dn1 | Para różnicowa USB 2.0, pozycja 1, ujemna |
| A8 | SBU1 | Użycie pasma bocznego (SBU) |
| A9 | V AUTOBUS | Zasilanie magistrali |
| A10 | SSRXn2 („RX2-”) | Para różnicowa SuperSpeed nr 4, RX, ujemna |
| A11 | SSRXp2 („RX2+”) | Para różnicowa SuperSpeed nr 4, RX, dodatnia |
| A12 | GND | Powrót ziemi |
| Szpilka | Nazwa | Opis |
|---|---|---|
| B12 | GND | Powrót ziemi |
| B11 | SSRXp1 | Para różnicowa SuperSpeed nr 2, RX, dodatnia |
| B10 | SSRXn1 | Para różnicowa SuperSpeed nr 2, RX, ujemna |
| B9 | V AUTOBUS | Zasilanie magistrali |
| B8 | SBU2 | Użycie pasma bocznego (SBU) |
| B7 | Dn2 | Para różnicowa USB 2.0, pozycja 2, ujemna |
| B6 | dp2 | Para różnicowa USB 2.0, pozycja 2, dodatnia |
| B5 | CC2 | Kanał konfiguracji |
| B4 | V AUTOBUS | Zasilanie magistrali |
| B3 | SSTXn2 | Para różnicowa SuperSpeed nr 3, TX, ujemna |
| B2 | SSTXp2 | Para różnicowa SuperSpeed nr 3, TX, dodatnia |
| B1 | GND | Powrót ziemi |
Wsparcie oprogramowania
USB4 jest obsługiwane przez:
- Jądro Linuksa 5.6, wydane 29 marca 2020 r
- macOS Big Sur (11.0) , wydany 12 listopada 2020 r
- Windows 11 , wydany 5 października 2021 r
Wsparcie sprzętowe
Podczas targów CES 2020 firmy USB-IF i Intel wyraziły zamiar dopuszczenia produktów USB4 obsługujących wszystkie opcjonalne funkcje jako produkty Thunderbolt 4 . Pierwszymi produktami kompatybilnymi z USB4 były procesory Intel Tiger Lake , a więcej urządzeń pojawi się pod koniec 2020 roku.
Brad Saunders, dyrektor generalny USB Promoter Group, przewiduje, że większość komputerów z USB4 będzie obsługiwała Thunderbolt 3, ale w przypadku telefonów producenci rzadziej wdrażają obsługę Thunderbolt 3.
3 marca 2020 r. Cypress Semiconductor ogłosił nowe kontrolery zasilania typu C (PD) obsługujące USB4, CCG6DF jako podwójny port i CCG6SF jako pojedynczy port.
W listopadzie 2020 roku firma Apple zaprezentowała MacBooka Air (M1, 2020) , MacBooka Pro (13-calowego, M1, 2020) i Maca mini (M1, 2020) z dwoma portami USB4.
Lista urządzeń Apple wyposażonych w porty USB4 obejmuje:
- MacBook Air (M2, 2022)
- MacBook Pro (13-calowy, M2, 2022 r.)
- iMac (24-calowy, M1, 2021 r.)
- MacBook Pro (13-calowy, M1, 2020 r.)
- MacBook Air (M1, 2020)
- Mac mini (M1, 2020)
AMD stwierdziło również, że procesory Zen3+ (Rembrandt) będą obsługiwać USB4. Jednak AMD ogłosiło obsługę USB 3.2 Gen2x2 tylko w Zen 4 , które zostały wprowadzone na rynek we wrześniu 2022 roku.
Linki zewnętrzne
- USB4 | USB-IF
- USB4 | USB-IF
- Specyfikacje USB4 można pobrać z usb.org :
- Specyfikacja USB4 | USB-IF 2019-08-29
- Umowa Adoptorów USB4 | USB-IF 2019-08-29
- Podcast z Jit Lim z Keysight , 2019-11-21