USB4


USB4 — це система USB, зазначена у специфікації USB4, яка була випущена у версії 1.0 29 серпня 2019 року Форумом розробників USB.[1]

USB4
Логотип USB4 40 Гбіт/с
Дата представлення 29 серпня, 2019 (2019-08-29)
Попередник USB 3.2
Тип USB

На відміну від попередніх стандартів протоколу USB, для USB4 потрібні роз'єми USB-C, а для живлення потрібна підтримка USB PD. На відміну від USB 3.2, він дозволяє тунелювати DisplayPort і PCI Express. Архітектура визначає метод динамічного спільного використання одного високошвидкісного каналу з кількома типами кінцевих пристроїв, який найкраще обслуговує передачу даних за типом і програмою. Продукти USB4 повинні підтримувати пропускну здатність 20 Гбіт/с і можуть підтримувати пропускну здатність 40 Гбіт/с, але через тунелювання навіть номінальні 20 Гбіт/с можуть призвести до вищої ефективної швидкості передачі даних в USB4, у порівнянні з USB 3.2, під час надсилання змішаних даних.

Специфікація USB4 базується на специфікації протоколу Thunderbolt 3.[2] Підтримка сумісності з продуктами Thunderbolt 3 необов'язкова для хостів USB4 і периферійних пристроїв USB4, а також необхідна для концентраторів USB4 на їхніх портах, спрямованих вниз, і для док-станцій на базі USB4 на їхніх портах, спрямованих вниз і вгору. З іншого боку, підтримка USB4 потрібна в Thunderbolt 4.[3]

Назва

Специфікація USB4 версії 1.0, випущеної 29 серпня 2019 року, використовує «Universal Serial Bus 4» і, зокрема, «USB4», тобто брендування короткої назви навмисно без розділювального пробілу у порівнянні з попередніми версіями.

У кількох новинах до виходу цієї версії використовувалася термінологія «USB 4.0» і «USB 4».[4][5] Навіть після публікації рев. 1.0, деякі джерела пишуть «USB 4», стверджуючи, що «зображає спосіб пошуку читачів».[6]

Технічні характеристики

Історія

USB4 був вперше офіційно анонсований у березні 2019 року.[7][8]

Дописувачі

На момент публікації версії 1.0, компаніями-промоутерами, які мали співробітників, що брали участь у технічній робочій групі зі специфікації USB4, були: Apple Inc., Hewlett-Packard, Intel, Microsoft, Renesas Electronics, STMicroelectronics і Texas Instruments.

Цілі дизайну

Цілі, зазначені в специфікації USB4, полягають у збільшенні пропускної здатності, допомагаючи конвергенції екосистеми роз'ємів USB-C та «звести до мінімуму плутанину для кінцевих користувачів». Деякі з ключових областей досягнення цього — використання одного типу роз'єму USB-C, зберігаючи сумісність з існуючими продуктами USB та Thunderbolt.[9]

Режими передачі даних

USB4 сам по собі не забезпечує жодного загального механізму передачі даних або класів пристроїв, таких як USB 3.x, але служить переважно як спосіб тунелювання інших протоколів, таких як USB 3.2, DisplayPort і, за бажанням, PCIe. Хоча він надає власний протокол Host-to-Host, як випливає з назви, він доступний лише між двома підключеними хостами; він використовується для реалізації Host IP Networking. Тому, коли хост і пристрій не підтримують додаткове тунелювання PCIe, максимальна пропускна здатність без дисплея обмежена USB 3.2 20 Гбіт/с, тоді як обов'язковим є лише USB 3.2 10 Гбіт/с.

USB4 визначає тунелювання:

  • USB 3.2 («Enhanced Superspeed») Тунелювання
  • Тунелювання на основі DisplayPort 1.4a
  • Тунелювання на основі PCI Express (PCIe).

USB4 також потребує підтримки альтернативного режиму DisplayPort. Це означає, що DP можна надсилати через тунелювання USB4 або в альтернативному режимі DP.[10]

DisplayPort Alt Mode 2.0: USB4 підтримує DisplayPort 2.0 замість альтернативного режиму. DisplayPort 2.0 підтримує роздільну здатність 8K з частотою 60 Гц з кольором HDR10 і може використовувати до 80 Гбіт/с, що вдвічі перевищує обсяг даних, доступний для даних USB.[11]

Старий USB (1-2) завжди підтримується за допомогою виділених проводів у роз'ємі USB-C.

Підтримка режимів передачі даних

Деякі режими передачі підтримуються всіма пристроями USB4, підтримка інших необов'язкова. Вимоги до підтримуваних режимів залежать від типу пристрою.

Підтримка режимів передачі даних[1]
Режим Хост Хаб Периферійний пристрій
Старий USB (1–2) (макс. 480 Мбіт/с)ТакТакТак
USB4 20 Гбіт/сТакТакОпційно
USB4 40 Гбіт/сОпційноТакОпційно
Тунельний USB 3.2 (10 Гбіт/с)ТакТакТак
Тунельний USB 3.2 (20 Гбіт/с)[12]ОпційноОпційноОпційно
Тунельний DisplayportТакТакОпційно
Тунельний PCI ExpressОпційноТакОпційно
Комунікації між хостомТакТакН/Д
Альтернативний режим DisplayPortТакТакОпційно
Альтернативний режим ThunderboltОпційноТакОпційно
Альтернативні режими USB-CОпційноОпційноОпційно
Режими передачі даних USB 3.x — 4.x
Режими передачі даних USB4
Назва режиму Стара назва Кодування Двосмуговий Швидкість смуги
(Гбіт/с)		 Номінальна швидкість Маркетингова назва USB-IF[13][14] Логотип
(Гбіт/с) (Гб/с)
USB 3.2 Gen 1×1 USB 3.0,

USB 3.1 Gen 1

 8b/10b Ні 5 5 0,625 SuperSpeed USB 5Gbps
USB 3.2 Gen 1×2 8b/10b Так 5 10 1,2 Н/Д
USB 3.2 Gen 2×1 USB 3.1 Gen 2 128b/132b Ні 10 10 1,2 SuperSpeed USB 10Gbps
USB 3.2 Gen 2×2 128b/132b Так 10 20 2,4 SuperSpeed 20Gbps
USB4 Gen 2×1 64b/66b [lower-alpha 1] Ні 10 10 1,2 Н/Д
USB4 Gen 2×2 64b/66b [lower-alpha 1] Так 10 20 2,4 USB4 20Gbps
USB4 Gen 3×1 128b/132b [lower-alpha 1] Ні 20 20 2,4 Н/Д
USB4 Gen 3×2 128b/132b [lower-alpha 1] Так 20 40 4,8 USB4 40Gbps
  1. USB4 can use optional Reed–Solomon forward error correction (RS FEC). In this mode, 12 × 16 B (128 bit) symbols are assembled together with 2 B (12 bit + 4 bit reserved) synchronisation bits indicating the respective symbol types and 4 B of RS FEC to allow to correct up to 1 B of errors anywhere in the total 198 B block.

USB4 Gen 2 відрізняється від USB 3.2 Gen 2. Вони означають лише ту саму швидкість, тобто 10 Гбіт/с, але вони кодуються по-різному на електричному рівні.

Хоча USB4 потрібен для підтримки двосмугових режимів, він використовує односмугові операції під час ініціалізації двосмугового зв'язку; односмуговий зв'язок також може використовуватися як резервний режим у разі помилки прив'язки смуги.

У режимі сумісності з Thunderbolt смуги рухаються трохи швидше на 10,3125 Гбіт/с (для Gen 2) і 20,625 Гбіт/с (для Gen 3), відповідно до специфікацій Thunderbolt.

Подача електроенергії

Для USB4 потрібен USB Power Delivery (USB PD). Перед встановленням з'єднання USB4 необхідно узгодити контракт USB PD. Джерело USB4 має забезпечувати принаймні 7.5 Вт (5 В, 1,5 А) на порт. Порт USB4 має потребувати менше ніж 250 мА (за замовчуванням), 1,5 А або 3 А при напрузі 5 В (залежно від конфігурації резистора USB-C) перед узгодженням USB PD. З USB PD  можлива потужність до 240 Вт із «Розширеним діапазоном потужності» (5 А при 48 В). Для «Стандартного діапазону потужності» можливо до 100 Вт (5 А при 20 В).

Сумісність з Thunderbolt 3

У специфікації USB4 зазначено, що метою проєктування є «Збереження сумісності з чинною екосистемою продуктів USB та Thunderbolt». Для концентраторів USB4 потрібна сумісність з Thunderbolt 3; це необов'язково для хостів USB4 і периферійних пристроїв USB4.[15] Сумісні продукти повинні реалізувати режим 40 Гбіт/с, щонайменше 15 Вт живлення та різну частоту; розробникам необхідно підписати ліцензійну угоду та зареєструвати ідентифікатор постачальника в Intel.[16]

Специфікації партнера в альтернативному режимі

29 квітня 2020 року було випущено DisplayPort Alt Mode версії 2.0 з підтримкою DisplayPort 2.0 через USB4.[17]

Підтримка програмного забезпечення

Ядро Linux 5.6, випущене 29 березня 2020 року, підтримує USB4.[18]

macOS Big Sur (11.0), випущена 12 листопада 2020 року, підтримує USB4.[19]

Windows 11, випущена 5 жовтня 2021 року, підтримує USB4.[20]

Апаратна підтримка

Під час CES 2020 USB-IF та Intel заявили про свій намір дозволити продукти USB4, які підтримують усі додаткові функції, як продукти Thunderbolt 4. Першим продуктом, сумісним із USB4, є процесор Intel Tiger Lake, і більше пристроїв з'явиться приблизно в кінці 2020 року[21][22]

Бред Сондерс, генеральний директор USB Promoter Group, передбачає, що більшість ПК з USB4 підтримуватимуть Thunderbolt 3, але для телефонів виробники рідше реалізують підтримку Thunderbolt 3.[6]

3 березня 2020 року Cypress Semiconductor анонсувала нові контролери живлення типу C (PD), які підтримують USB4, CCG6DF як подвійний порт і CCG6SF як однопортовий.[23]

На заході 10 листопада 2020 року Apple представила три нові комп'ютери у своїх лінійках продуктів MacBook Air, MacBook Pro і Mac Mini, щоб скористатися перевагами нового стандарту. Вони є одними з перших у світі комп'ютерів, оснащених подвійними портами USB4/TB4 та одним контролером. Моделі Mac Mini (M1, 2020) (2 контролери), MacBook Air (M1, 2020) і MacBook Pro (13 дюймів, M1, 2020) також виділяються тим, що вони першими поставляються з власними Apple Пропозиції CPU, Apple M1 SoC.[24]

Посилання
  1. USB Promoter Group USB4 Specification. USB implementers forum. 29 серпня 2019.
  2. Bright, Peter (4 березня 2019). Thunderbolt 3 becomes USB4, as Intel's interconnect goes royalty-free. Ars Technica (en-us). Процитовано 4 березня 2019.
  3. Introducing Thunderbolt 4: Universal Cable Connectivity for Everyone. Intel newsroom. July 8, 2020
  4. With USB 4, Thunderbolt and USB will converge.
  5. Hagedoorn, Hilbert. USB 4.0 Will Arrive in Late 2020. Guru3D.
  6. September 2019, Avram Piltch 03. USB 4: Everything We Know So Far. Tom's Hardware.
  7. Hill, Brandon (4 березня 2019). USB4 Leverages Thunderbolt 3 Protocol Doubling Speeds To 40Gbps. HotHardware. Архів оригіналу за 23 жовтня 2021. Процитовано 24 листопада 2021.
  8. USB4 announced with 40Gbps bandwidth, it's based on Thunderbolt 3. GSMArena.com.
  9. USB4 Spec. p.1
  10. USB4 - No more Mr. Nice Guy, your USB-C connector has to do it all! - #38. YouTube. 21 листопада 2019. Процитовано 1 травня 2020.
  11. VESA RELEASES UPDATED DISPLAYPORT™ ALT MODE SPEC TO BRING DISPLAYPORT 2.0 PERFORMANCE TO USB4™ AND NEW USB TYPE-C® DEVICES. Vesa. 29 квітня 2020. Процитовано 9 серпня 2021.
  12. USB4 Spec 1.0 Sect 9 specifically mentions the requirement of "Superspeed Plus (= Gen 2×1) support for hubs and devices, the latter only if they optionally support USB3 tunneling. The rest of the specification doesn't mention the speed at all, and more generically just refers to the whole USB3.2 architecture as «Enhanced Superspeed». Section 9.2.1 states the requirement to only support Gen 2×1 for the USB3 tunneling adapter, with Gen 2×2 being optional.
  13. USB 3.2 Specification Language Usage Guidelines from USB-IF
  14. USB4 Specification Language Usage Guidelines from USB-IF
  15. USB4 Specification V1.0 August 2019 Chapter 13: «A USB4 host and USB4 peripheral device may optionally support TBT3-Compatibility. If a USB4 host or USB4 peripheral device supports TBT3-Compatibility, it shall do so as defined in this chapter».
  16. USB4 Thunderbolt3 Compatibility Requirements Specification — USB-F
  17. Association (VESA), Video Electronics Standards. VESA Releases Updated DisplayPort Alt Mode Spec to Bring DisplayPort 2.0 Performance to USB4 and New USB Type-C Devices. www.prnewswire.com.
  18. Linux 5.6 Kernel Released With WireGuard, USB4, New AMD + Intel Hardware Support - Phoronix. Phoronix.com.
  19. Introducing the next generation of Mac. apple.com. 10 листопада 2020. Процитовано 13 листопада 2020.
  20. windows-driver-content. Introduction to the USB4 connection manager in Windows. docs.microsoft.com (en-us). Процитовано 3 листопада 2021.
  21. USB4 devices are clear to roll out next year. Engadget.
  22. Maislinger, Florian (14 червня 2019). First USB 4 devices to be launched at the end of 2020.
  23. Shilov, Anton. Cypress Announces USB 3.2 & USB4-Ready Controllers: EZ-PD CCG6DF & CCG6SF. www.anandtech.com.
  24. CApple Event November 10, 2020. www.apple.com.

    Зовнішні посилання
    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.