stringtranslate.com

USB4

Кабель USB4 Gen3x2 (40 Гбит/с) с мощностью 100 Вт

Универсальная последовательная шина 4 ( USB4 ), иногда ошибочно называемая USB 4.0 , является последней технической спецификацией стандарта передачи данных USB (Universal Serial Bus) . Форум разработчиков USB первоначально анонсировал USB4 в 2019 году.

USB4 позволяет нескольким устройствам динамически совместно использовать один высокоскоростной канал передачи данных . Устройства USB4 должны поддерживать скорость передачи сигналов не менее 20 Гбит/с. Текущая версия допускает скорость передачи сигналов 40 Гбит/с (начиная с USB4, первой версии) и 80 Гбит/с (начиная с USB4 версии 2.0). [1] [2] USB4 определен только для разъемов USB-C , а его спецификация Type-C [3] регулирует разъем, кабели, а также функции подачи питания во всех случаях использования кабелей USB-C, в частности [4] со спецификацией USB Power Delivery . [5]

Стандарт USB4 функционально предписывает обратную совместимость с USB 3.2 (который заменяет USB 3.0 и USB 3.1) и специальную обратную совместимость с USB 2.0 (и, следовательно, впоследствии USB 2.0/1.1). [6] Динамическое распределение полосы пропускания соединения USB4 достигается путем туннелирования других протоколов. Это включает туннелирование USB 3.2 Gen 2 и DisplayPort. Другие дополнительные протоколы, такие как PCI Express и Ethernet, также могут быть туннелированы.

USB4 основан на протоколе Thunderbolt 3 ; однако реализация протокола Thunderbolt 3 обязательна только для концентраторов. [7]

История

До USB4 Thunderbolt предоставлял способ динамического распределения пропускной способности между несколькими соединениями DP и PCIe по одному кабелю. Первоначально Thunderbolt использовал разъем mDP и был обратно совместим только с соединениями DP и не поддерживал передачу питания.

Появление разъема Type-C в 2014 году обеспечило разъем, который мог поддерживать как USB-подключение данных, так и передачу питания, а также DP- подключения. Он также позволял статическое распределение пропускной способности между DP- и USB-подключениями по одному и тому же кабелю.

Thunderbolt 3 перешел на использование нового разъема Type-C, а также добавил обратную совместимость для USB-подключений и функций передачи питания.

USB4 был анонсирован в марте 2019 года группой USB Promoter Group. [8] [9] Первая версия спецификации USB4, выпущенная 29 августа 2019 года, называется «Universal Serial Bus 4» или «USB4». В нескольких новостных сообщениях до выпуска этой версии иногда использовалась неправильная терминология «USB 4.0» и «USB 4». [10] [11]

Цели, заявленные в спецификации USB4, — это увеличение пропускной способности, помощь в конвергенции экосистемы разъемов USB-C и «минимизация путаницы для конечного пользователя». Некоторые из ключевых областей для достижения этого — использование одного типа разъема USB-C при сохранении совместимости с существующими продуктами USB и Thunderbolt . [12]

18 октября 2022 года группа USB Promoter Group выпустила спецификацию USB4 версии 2.0. [13] [14] Она добавила скорость передачи сигналов 80 Гбит/с с опциональной асимметричной передачей сигналов, новую опциональную альтернативу существующему «туннелированию USB3 Gen T», сняла ограничения на накладные расходы PCIe и обновила поддержку DisplayPort до актуальной на тот момент версии 2.1.

В связи с выпуском новой спецификации USB4 2.0 USB-IF также потребовал новые логотипы и маркетинговые названия для упрощения представления потребителям максимально поддерживаемых скоростей передачи сигналов и мощностей. [15]

Функциональность портов USB4

Аналогично тому, как спецификации USB 3.x определили новые протоколы SuperSpeed(Plus) для более высоких скоростей передачи сигналов, но также предписали, чтобы USB 3.x физически и архитектурно реализовывал спецификацию USB 2.0 с выделенными проводами, спецификация USB4 описывает 2 различных аспекта. Первый — какой тип существующих соединений и совместимость гарантирует порт USB4. Поскольку USB4 использует разъем Type-C , который был разработан как многофункциональный и реверсивный, термин «хост-порт» не совсем точно отражает ситуацию. Его лучше обозначить как порт, обращенный вниз (DFP). Периферийную сторону можно аналогично описать как порт, обращенный вверх (UFP). [ требуется проверка ]

Любой порт USB4, обращенный вниз [ жаргон ] , также должен реализовывать поддержку USB 2.0, USB 3.2 и DP Alternative Mode. Каждый из них имеет свои собственные спецификации. Таким образом, порт USB4, обращенный вниз [ жаргон ] , обратно совместим со всеми предыдущими устройствами USB. [ требуется проверка ]

Возможности USB 2.0 DFP

USB#USB 2.0 определяет 3 различные скорости передачи сигналов (низкая, полная и высокая скорость), все они должны поддерживаться. [16] Возможности USB 2.0 используют отдельные провода на разъеме Type-C, которые не используются USB 3.2 или USB4.

Возможности USB 3.2 DFP

USB 3.2 определяет 3 различные скорости передачи сигналов («5 Гбит/с» или SuperSpeed, «10 Гбит/с» или SuperSpeed+, «20 Гбит/с» или SuperSpeed+ 20 Гбит/с). Хотя спецификация USB 3.2 [17] функционально поддерживается USB4, только 2 более низкие скорости (5 Гбит/с, 10 Гбит/с) являются обязательными для поддержки USB4 DFP.

Функции DFP в альтернативном режиме DP

Спецификации USB4 не содержат ссылок на минимальный набор функций для его альтернативного режима DP, но Thunderbolt 3 содержит. На практике семейство контроллеров Intel TB 3 требует DisplayPort#1.2 , оно также поддерживает скорости до HBR3 в соответствии со спецификацией DisplayPort 1.4a и спецификацией DisplayPort Alt Mode . [18]

Возможности передачи мощности для DFP

Спецификация USB4 не предъявляет явных требований к выходной мощности. Она переносит все требования по мощности на спецификацию Type-C [19] , которая лежит в основе всех стандартов USB, Vesa и других, использующих разъем USB-C. Для этого требуется USB4 DFP для подачи тока Type-C мощностью не менее 7,5 Вт. Функции энергопотребления (например, зарядка ноутбука) не требуются, но могут поддерживаться в соответствии со спецификацией USB PD [20] , а также поставлять значительно больше мощности. Протокол USB PD должен всегда поддерживаться (обмен данными в соответствии с протоколом. Это отдельно от любой функциональности PD для согласования фактической подачи питания, отличной от 5 В или > 15 Вт).

Концентраторы и доки USB4

Концентраторы и док-станции USB4 определяются как отдельная категория устройств USB4, которая включает дополнительные требования. Например, концентратор USB4 должен также служить классическим концентратором USB 3.2 с DP Alternative Mode passthrough с хостами, которые не поддерживают соединения USB4. Подробнее см. в разделе Возможности USB4 по типу устройства.

Протокол/подключения USB4

Каждый порт USB4 должен поддерживать протокол/соединения USB4, который является отдельным стандартом для установления связей/соединений USB4 между устройствами USB4, существующим параллельно предыдущим протоколам USB. В отличие от USB 2.0 и USB 3.x он не предоставляет способ передачи данных напрямую, а является просто контейнером, который может содержать несколько «туннелей»/виртуальных соединений.

Другие спецификации ссылаются на определение содержимого и внутренней функциональности туннеля. USB4 определяет следующие типы туннелей:

Общие принципы USB4

USB4 формирует древовидную топологию маршрутизаторов USB4 (каждое устройство USB4 включает маршрутизатор USB4 для участия в этой сети). Туннель может быть сквозным, где маршрут через всю сеть маршрутизаторов предварительно настроен. Но туннели также могут быть односкачковыми, где он существует только для одного соединения USB4 (между 2 маршрутизаторами). В этом случае туннель будет «распакован» получателем и будет использовать некоторые другие, специфичные для типа туннеля средства для определения того, куда данные должны быть отправлены дальше. Если следующим узлом является другой маршрутизатор USB4, данные будут снова загружены в следующий односкачковый туннель, пока не выйдут из сети USB4. [22]

Соответственно, односкачковые туннели требуют особой поддержки в каждом маршрутизаторе USB4, чтобы поддерживать даже передачу их на другие маршрутизаторы USB4. Однако сквозные туннели требуют особой поддержки только на маршрутизаторе USB4, где данные поступают в туннель, и в точке назначения, где туннель заканчивается.

Адаптеры ввода/вывода протоколов

Входной адаптер протокола принимает соединение в соответствии с протоколом, на котором он основан, и преобразует содержимое в туннель USB4. Выходные адаптеры протокола делают обратное. Они извлекают туннель из сети USB4 и при необходимости воссоздают обычное соединение из содержимого туннеля.

Преобразование в туннель обычно влечет за собой удаление любого уровня Phy/Electric и кодирования базового стандарта соединения и потенциально без потерь сжимает содержимое, например, оставляя пустые данные-заполнители. Сам туннель USB4 является виртуальным и не должен соответствовать какой-либо фиксированной полосе пропускания или другим ограничениям, вытекающим из уровня Phy/Electric базового стандарта соединения. Но поскольку большинство типов туннелей в конечном итоге будут снова преобразованы в обычное физическое соединение, большинство этих физических ограничений, таких как максимальная полоса пропускания, вероятно, все еще будут применяться в конечном итоге.

Туннелирование USB3 Gen X

Это односкачковый туннель, который по сути может передавать любое соединение Enhanced SuperSpeed ​​в соответствии со спецификацией USB 3.2. USB3 Gen X следует топологии Enhanced SuperSpeed ​​Hub, где каждый маршрутизатор USB4 с более чем одной конечной точкой USB3 должен также включать концентратор USB3. Это стандартный способ создания подключений USB3 через USB4. Поддержка его на скорости 10 Гбит/с (SuperSpeed ​​USB 10 Гбит/с, Gen 2x1) является обязательной для каждого USB4 DFP . Минимальная поддерживаемая скорость для туннелируемого соединения USB3 составляет 10 Гбит/с, поскольку каждое устройство USB4 уже должно поддерживать эту скорость, а концентраторы USB3 преобразуют ее в устройства со скоростью 5 Гбит/с, которые могут быть подключены.

Это означает, что концентратор USB4 будет использовать одно восходящее соединение USB3 и распределять его пропускную способность по всем своим нисходящим портам, которые используют соединения USB3.

Туннелирование USB3 Gen T

Это дополнительная альтернатива туннелированию USB3 Gen X, которая была введена в USB4 версии 2.0. Это сквозной вариант туннеля USB3 Gen X.

Благодаря этому он избегает необходимости в концентраторах USB3 в каждом маршрутизаторе USB4, которые могут и будут ограничивать пропускную способность. Он допускает несколько отдельных туннелей USB3 Gen T даже по общим ссылкам. Поскольку это сквозной туннель, каждый концентратор USB4 будет поддерживать его прохождение. USB3 Gen T задуман как исключительно виртуальный, для него не существует физического эквивалента. Таким образом, его можно использовать только внутри контроллера USB4. Это позволяет ему оставить позади ограничения на соединения 10 или 20 Гбит/с USB 3.2, при этом повторно используя большинство других частей протокола Enhanced SuperSpeed . [23]

На сегодняшний день (август 2024 г.) ни один из известных контроллеров USB4 не поддерживает туннелирование Gen T.

DP-туннелирование

DisplayPort также туннелируется как сквозное соединение. Может быть несколько независимых туннелей DP, но каждый будет доставлен на один выходной адаптер протокола (в этот момент DisplayPort MST может использоваться для дальнейшего разделения каждого соединения).

USB4 версии 1.0 определяет только способ туннелирования DP-соединений в соответствии со спецификацией DisplayPort 1.4a (до скоростей HBR3). USB4 версии 2.0 обновляет эту поддержку до полной спецификации DisplayPort 2.1 (до скоростей UHBR20).

Туннелирование DP отлично понимает содержимое соединений DP и эффективно пропускает/передает любые заполняющие данные, сокращая фактически используемую полосу пропускания туннеля DP. Но поскольку соединения DP имеют требования реального времени , для них должна быть зарезервирована полоса пропускания. USB4 предписывает, что при отсутствии какой-либо другой информации должна быть зарезервирована максимально возможная полоса пропускания для конкретного соединения DP (полосы DP и скорость). Однако это резервирование применимо только к другим туннелям реального времени. Зарезервированная, но неиспользуемая полоса пропускания может использоваться туннелями не реального времени, такими как PCIe или USB3, но резервирование все равно может блокировать установление других туннелей DP. [24]

PCIe-туннелирование

Подобно туннелированию USB3 Gen X, туннелирование PCIe использует односкачковые туннели, требующие коммутаторов PCIe в каждом маршрутизаторе USB4, который поддерживает туннелирование PCIe. USB4 с самого начала ссылался на спецификацию PCI Express версии 4 , а с USB4 версии 2.0 были добавлены ссылки на спецификацию PCI Express версии 5.0 .

Туннелирование PCIe имело существенное ограничение в USB4 версии 1.0, а также Thunderbolt 3: PCIe Express имеет переменный максимальный размер полезной нагрузки , который применяется к передаче от начала до конца. Если какой-либо компонент или коммутатор PCIe имеет ограниченный MPS , все проходящие пакеты должны быть ограничены соответствующим образом. Поскольку USB4 использует полезную нагрузку до 256 байт на пакет USB4, а пакет туннеля PCIe содержит дополнительные заголовки PCIe и метаданные, MPS для туннелей PCIe был ограничен 128 байтами. Это ограничение может значительно снизить эффективность соединения PCIe для всех устройств и систем, которые в противном случае поддерживали бы 256 байт или даже больше MPS.

USB4 версии 2.0 устраняет это узкое место (обязательное для всех реализаторов), определяя, как более крупный пакет PCIe может быть разделен на несколько пакетов USB4. Поддержка этой новой функции требует, чтобы каждый компонент USB4/контроллер, участвующий в туннеле PCIe, реализовал USB4 версии 2.0. [25]

Режимы сигнализации USB4

Сигнализация относится к самому нижнему уровню модели OSI , также называемому физическим уровнем или phy. Соединения USB4 могут быть выражены потребительскими именами, которые также являются основой для официальных логотипов, используемых на упаковке и продуктах. Это метки «20 Гбит/с», «40 Гбит/с», «80 Гбит/с», и они явно не указывают, как соединение достигается на физическом уровне. Существуют также более технические названия, основанные на реализации и использовании кабелей USB-C. Они обычно состоят из скорости на пару проводов, выраженной как Gen 1/2/3/4 (5 Гбит/с, 10 Гбит/с, 20 Гбит/с, 40 Гбит/с соответственно), и некоторой дополнительной информации о том, сколько пар проводов используется в какой комбинации.

USB обычно определяет "Lane" как (двунаправленное) соединение, которое для всех последних режимов передачи состоит из одной отправляющей и одной принимающей пары проводов. Обозначение "Gen AxB" относится к B-полосам режима работы A. Поскольку режимы Gen 4 также ввели асимметричные соединения с нечетным числом пар проводов, выделенных для отправки и получения, обозначение Lane больше не применимо.

Семейство USB 3.x имело ту же техническую нотацию, добавленную задним числом в версиях спецификаций USB 3.1 и USB 3.2. Хотя это показывает общие принципы и те же поколения относятся к тем же номинальным скоростям, «Gen A» не имеет того же точного значения в спецификациях USB 3.x и USB4. Совпадение в наименованиях в основном становится актуальным для кабелей, как показано в Совместимости кабелей, которая регулируется спецификацией Type-C, общей для всех пользователей разъема Type-C.

  1. ^ Названия в соответствии с новейшими спецификациями.
  2. ^ Общая скорость передачи данных (в одном направлении) с учетом удаления накладных расходов на кодирование.
  3. ^ abcd USB4 Gen 2 отличается от USB3 Gen 2. Они оба обозначают одинаковую скорость сигнала 10 Гбит/с, но используют разное кодирование и отличаются на электрическом уровне. Они также предъявляют разные требования к качеству сигнала.
  4. ^ Для подключения USB3 Gen 1x2 требуется, чтобы обе стороны поддерживали USB3 «20 Гбит/с» / Gen 2x2, но при этом не удается установить соединения Gen 2 / 10 Гбит/с на пару проводов.
  5. ^ ab USB4 Gen 2 & 3 может использовать опциональную коррекцию ошибок Рида-Соломона (RS FEC). В этом режиме 12 × 16 B (128 бит) символов собираются вместе с 2 B (12 бит + 4 зарезервированных бита) битами синхронизации, указывающими соответствующие типы символов, и 4 B RS FEC, чтобы позволить исправить до 1 B ошибок в любом месте в общем блоке 198 B.
  6. ^ ab USB4 требуется для поддержки двухполосных режимов, но он использует однополосные операции во время инициализации двухполосного соединения; однополосное соединение также может использоваться в качестве резервного режима в случае ошибки соединения полос.
  7. ^ Согласно спецификации, линии работают на скорости 25,6 Гбод. Один символ содержит 1 трит информации. Кодирование преобразует каждую группу из 11 бит в 7 тритов. 7 тритов дают 2187 различных значений или бит/трит. USB4 Version 2.0 Specification 2023, p84, sec. 3.2
  8. ^ ab Дополнительные функции подключений и устройств USB 80 Гбит/с.

Режимы Thunderbolt 3 Gen 2 и Gen 3, а также USB4 Gen 2 и Gen 3 используют очень похожую передачу сигналов, однако Thunderbolt 3 работает на немного более высоких скоростях, называемых устаревшими скоростями, по сравнению с округленными скоростями USB4. [28] Он работает немного быстрее — 10,3125 Гбит/с (для Gen 2) и 20,625 Гбит/с (для Gen 3), как того требуют спецификации Thunderbolt.

USB4 Gen 4 обычно обозначается как скорость "40 Гбит/с" или 40 Гбит/с, а полные соединения на его основе обозначаются как 80, 120/40, 40/120 Гбит/с. Но поскольку фактическая передача сигналов больше не является двоичной, фактические сырые скорости передачи данных больше не соответствуют этим числам в точности.

Возможности USB4 по типу устройства

USB4-концентратор

Концентратор USB4 определяется наличием 1 USB4 UFP и одного или нескольких USB4 DFP .

Док-станция на базе USB4

Док-станция на базе USB4 определяется как концентратор USB4, который также имеет более специализированные выходы, такие как HDMI или DP, но при этом сохраняет некоторые возможности USB4 DFP.

Периферийное устройство USB4

Периферийное устройство USB4 определяется как не имеющее USB4 DFP. Это означает, что устройства, которые в разговорной речи называются «концентраторами USB-C», могут использовать USB4 для поддержки динамического распределения пропускной способности или более высокой пропускной способности USB4. Но они не являются концентраторами USB4, если у них нет USB4 DFP. Отсутствие USB4 DFP позволяет периферийному устройству поддерживать только те функции USB4, которые оно использует, что потенциально значительно упрощает его реализацию.

  1. ^ ab Даже для концентраторов USB4 «80 Гбит/с» поддержка асимметричных соединений (в любом направлении) является необязательной, но поддержка 80 Гбит/с является обязательным условием для любой асимметричной поддержки.
  2. ^ Туннелирование USB3 Gen T имеет определенные параметры пропускной способности. Они соответствуют общим скоростным показателям USB4 10,20,40,80 и даже асимметричным соединениям 40/120,120/40. Спецификация USB4 v2, стр. 536, табл. 9-19
  3. ^ ab Windows HLK требует любой порт USB4 с поддержкой туннелирования PCIe и совместимостью с TB3. Минимальные требования к пропускной способности PCIe отсутствуют. [30]
  4. ^ Как и в случае с USB3, подключение USB2 выполняется по отдельным проводам от основного (USB3/USB4) подключения. Туннелирование не требуется, поскольку оно выполняется параллельно по кабелю.
  5. ^ Спецификация USB4 не предъявляет требований к минимальной скорости или возможностям любого выхода DP.

Совместимость кабеля

Стандарт Type-C поддерживает обратную/обратную совместимость кабелей во многих ситуациях. Совместимость обычно нарушается только между различными семействами стандартов (USB&2.0, USB 3.2, USB4). Стандарт USB4 предписывает, чтобы классические активные или гибридные активные кабели по-прежнему имели обширную поддержку обратной совместимости, чтобы вести себя так, как если бы они были обычными пассивными кабелями в глазах потребителя. [31] Но прямая совместимость ограничена для активных кабелей. Только оптически изолированные активные кабели (OIAC), которые должны быть четко различимы (цена, дизайн, толщина кабеля, реклама), могут лишить большую часть обратной совместимости.

Режим передачи Gen 4 с PAM-3 использует совершенно иную сигнализацию по сравнению с предыдущими режимами. Каждый активный компонент должен явно поддерживать эту новую сигнализацию. Но он остается в рамках всех требований к качеству сигнала существующих пассивных кабелей Gen 3 (USB4 и TB3).

Наименование кабеля и его соответствие версиям спецификаций

USB-IF предназначен только для новых логотипов и названий на основе пропускной способности, которые будут использоваться потребителями. [32] А для кабелей, тип (пассивный, активный) и самая высокая поддерживаемая пропускная способность обычно достаточны для уникальной идентификации кабеля и его поддерживаемых функций. Хотя некоторые активные типы делают четкие различия, когда требуются дополнительные сведения о типе. Формально тип кабеля и свойства определяются конкретной версией спецификации, которая использовалась при разработке / проектировании указанной модели кабеля, поэтому каждый кабель будет допустимым и, возможно, сертифицированным кабелем в соответствии с определенным набором версий спецификации USB, таких как «Type-C 2.3, USB 3.2, USB4 Version 2.0». Но стандарт также разработан для обеспечения взаимодействия, в том смысле, что более новая версия спецификации обычно добавляет новые режимы работы, новые типы кабелей, но не ограничивает ранее существовавшие вещи. Потому что это сделало бы существующие вещи несовместимыми с новыми продуктами. Для этой цели даже старые логотипы и этикетки USB не включали версию спецификации, а только указывали «Сертифицированный USB SuperSpeed+ 10 Гбит/с» . Этот логотип идентифицировал кабели, которые могли поддерживать скорость соединения 10 Гбит/с USB3 как в версии USB 3.1, так и в версии USB 3.2, поскольку требования к кабелям не изменились. Таким образом, точная версия спецификации обычно не имеет значения и не будет иметь значения.

Режимы передачи данных, такие как Gen2x2, также не имеют отношения к кабелям, поскольку допустимые кабели либо полнофункциональные, имеющие все высокоскоростные пары проводов для двухполосных соединений на заявленной скорости, либо они поддерживают только USB2 или какой-либо другой специфический и ограниченный тип, перечисленный ниже.

Совместимость кабеля USB4

  1. ^ Максимальная длина кабеля не является нормативной, а представляет собой лишь оценку спецификации USB, основанную на ожидаемых физических ограничениях обычных медных кабелей.
  2. ^ USB4 Gen 2 имеет менее строгие требования к сигналу, чем USB 3 Gen 2. Соответствующие спецификации кабели USB3 Gen 1 должны поддерживать соединения USB4 Gen 2 / 20 Гбит/с.
  3. ^ abc Спецификация Type-C не гарантирует конкретной максимальной скорости DP
  4. ^ USB4 запущен с пассивными кабелями Gen 3, поддерживающими TB3 40 Гбит/с на электрическом уровне, но где не было предписано идентифицировать историческим способом, TB3 идентифицировал эти кабели (потому что это предшествовало существованию "Gen 3"). Таким образом, ранние пассивные кабели USB4 не могли быть идентифицированы как TB3 40 Гбит/с, поддерживающие старое оборудование TB3, предшествовавшее существованию USB4. Это было исправлено в более поздней версии. Leung, Benson (май 2023 г.). "ECN для обеспечения полной совместимости кабелей USB4 со спецификацией TB3" . Получено 2024-06-08 .[ необходима ссылка ]
  5. ^ ab Кабели TB4 и TB5 длиной до 2 м (активные и пассивные) являются «универсальными кабелями», включая поддержку DP. Гарантии DP могут включать только самые высокие скорости, предусмотренные DP 1.4 для TB4 (HBR3) или DP 2.1 для TB5 (UHBR20).
  6. ^ ab Спецификация Type-C не гарантирует конкретной максимальной скорости DP. Существуют различные реализации активных кабельных реализаций, которые могут вести себя по-разному.
  7. ^ Кабель Apple TB3 Pro — один из немногих активных кабелей TB3, поддерживающих DP и USB3. Неясно, является ли это особым поведением или кабель будет совместим и с USB4. «Apple now sells a $129 Thunderbolt 3 Pro cable». theverge.com . The Verge. 2020-07-27 . Получено 2024-08-09 .

Поддержка DP Alt Mode для кабелей USB4

Спецификация Type-C не называет конкретные скорости DP, которые она считает поддерживаемыми для пассивных кабелей, а поддержка является необязательной для активных кабелей. Презентация USB-C в режиме DP Alt [41] называет пассивные полнофункциональные кабели USB-C для их поддержки DisplayPort и запаса для будущего увеличения скорости DP. HBR3 была самой высокой доступной скоростью DP на тот момент.

Активные кабели могут иметь дополнительные сложности, поскольку активная электроника не должна работать со всеми высокоскоростными парами проводов в одном направлении для обычных операций USB (но кабели "80 Гбит/с" обязаны поддерживать асимметричные соединения, что включает по крайней мере некоторые пары проводов, работающие в любом направлении). Активные кабели могут иметь дополнительные ограничения, поскольку активная электроника может поддерживать только определенные режимы сигнализации. Существует 2 варианта активной электроники. Линейные редрайверы только усиливают сигнал без какого-либо определенного режима сигнализации или кодирования в уме. Ретаймеры явно реконструируют входящий сигнал для более качественного результата.

Кабели TB4, даже активные, длиной не менее 2 м гарантированно поддерживают режим DP Alt. Конкретная макс. скорость также не упоминается, но все остальные требования для TB4 относятся к DP 1.4 и его макс. скорости HBR3. [42] TB5 возобновляет ту же гарантию [43] для кабелей «80 Гбит/с», ссылаясь на спецификацию DP 2.1 (до скоростей UHBR20).

DP 2.1 согласовывался с уровнем USB4 PHY по данным Vesa, создателя DisplayPort. [44] Неясно, насколько полным является это согласование, однако скорость UHBR10 DP соответствует USB4 Gen 2 по скорости передачи данных и кодированию, а скорость UHBR20 DP соответствует USB4 Gen 3 по скорости передачи данных и кодированию. Служба сертификации USB и DP перечисляет кабели USB Gen 1 («5 Гбит/с») как поддерживающие скорости UHBR10, что соответствует тем же требованиям, что и соединения USB4 «20 Гбит/с». [45]

Anandtech сообщает [46] , что «это также означает, что DP Alt Mode 2.0 должен в основном работать с кабелями, совместимыми с USB4, хотя VESA старается избегать обещаний совместимости со всеми кабелями».

Существуют линейные редрайверы [47] и ретмеры [48] , которые рекламируются как поддерживающие скорости USB4 Gen 3 и все текущие скорости DP до UHBR20 и включая UHBR13.5.

Совместимость с Thunderbolt

Удар молнии 3

В спецификации USB4 указано, что целью разработки является «сохранение совместимости с существующей экосистемой продуктов USB и Thunderbolt». Совместимость с Thunderbolt 3 является обязательной для концентраторов USB4; она необязательна для хостов USB4 и периферийных устройств USB4. [49] Совместимые продукты должны реализовывать режим 40 Гбит/с, не менее 15 Вт подаваемой мощности и другую тактовую частоту; реализаторы должны подписать лицензионное соглашение и зарегистрировать идентификатор поставщика в Intel. [50]

Удар молнии 4

Во время CES 2020 USB-IF и Intel заявили о своем намерении разрешить продукты USB4, которые опционально поддерживают любую или все те же функции, что и продукты Thunderbolt 4. Первыми продуктами, совместимыми с USB4, были процессоры Tiger Lake от Intel , и больше устройств появятся к концу 2020 года. [51] [52]

Thunderbolt 4 — это реализация USB4 «40 Гбит/с». Thunderbolt 4 предписывает некоторые функции, которые являются необязательными в USB4, включая: обратную совместимость с Thunderbolt 3, минимальный PCIe («32 Гбит/с») и возможности DP (2 туннеля DP, «4K60 каждый», HBR3+DSC). [53]

Удар молнии 5

Thunderbolt 5 — это реализация USB4 «80 Гбит/с». Он предписывает даже более высокие минимальные возможности PCIe («64 Гбит/с») и DP (2 туннеля DP, «6K60 каждый», неясная минимальная скорость DP). Он также предписывает поддержку асимметричных соединений 120/40 Гбит/с от хостов к докам, но не упоминает обратное. [54]

Распиновка

Распиновка разъема Type-C (вид с торца)

USB4 имеет 24 контакта в симметричной оболочке USB типа C. USB4 имеет 12 контактов A сверху и 12 контактов B снизу. [55]

USB4 имеет две полосы дифференциальных пар SuperSpeed. Первая полоса использует TX1+, TX1−, RX1+, RX1−, а вторая полоса использует TX2+, TX2−, RX2+, RX2−. USB4 передает сигналы со скоростью 20 Гбит/с на полосу. USB4 также сохраняет дифференциальные D+ и D− для передачи USB 2.0 . [56]

Каналы конфигурации CC выполняют функции создания взаимосвязи между подключенными портами, обнаружения ориентации штекера благодаря реверсивной оболочке USB типа C, обнаружения контактов питания VBUS, определения порядка линий SuperSpeed ​​и, наконец, протокол USB делает канал конфигурации CC ответственным за вход в работу USB4. [57]

  1. ^ ab В кабеле есть только одна не-SuperSpeed ​​дифференциальная пара. Этот штифт не подключен в вилке/кабеле.

Поддержка программного обеспечения

USB4 поддерживается:

Поддержка оборудования

Брэд Сондерс, генеральный директор USB Promoter Group, ожидает, что большинство ПК с USB4 будут поддерживать Thunderbolt 3, но для телефонов производители вряд ли реализуют поддержку Thunderbolt 3. [62]

3 марта 2020 года компания Cypress Semiconductor анонсировала новые контроллеры питания Type-C (PD), поддерживающие USB4, CCG6DF как двухпортовый и CCG6SF как однопортовый. [63]

В ноябре 2020 года Apple представила MacBook Air (M1, 2020) , MacBook Pro (13 дюймов, M1, 2020) и Mac mini (M1, 2020) с двумя портами USB4.

AMD также заявила, что процессоры Zen 3+ (Rembrandt) будут поддерживать USB4 [64] , и выпущенные продукты действительно имеют эту функцию после обновления драйвера чипсета. [65] Однако AMD объявила о поддержке USB 3.2 Gen 2x2 только в процессорах Zen 4 , выпущенных в сентябре 2022 года. [66] [67] Intel поддерживает Thunderbolt 3 и USB-C с мобильными процессорами 9-го поколения в 2019 году.

Ссылки

  1. ^ Спецификация USB4 версии 2.0 2023 г.
  2. ^ «USB-IF объявляет о публикации новой спецификации USB4, обеспечивающей производительность USB 80 Гбит/с» (PDF) . 2022-10-18.
  3. ^ Технические характеристики кабеля и разъема Type-C 2023 г.
  4. ^ Технические характеристики кабеля и разъема Type-C, стр. 216f, раздел 4.6
  5. ^ Спецификация USB Power Delivery 2023
  6. ^ Спецификация USB4 версии 2.0 2023, стр. 1, раздел 1.5, стр. 12, раздел 2
  7. ^ Спецификация USB4 версии 2.0 2023, стр. 15, раздел 2.1.5
  8. ^ Хилл, Брэндон (2019-03-04). "USB4 использует протокол Thunderbolt 3, удваивая скорость до 40 Гбит/с". HotHardware . Архивировано из оригинала 2021-10-23 . Получено 2020-04-28 .
  9. ^ "USB4 анонсирован с пропускной способностью 40 Гбит/с, он основан на Thunderbolt 3". GSMArena.com . Архивировано из оригинала 2022-01-15 . Получено 2020-04-29 .
  10. ^ «С USB 4 Thunderbolt и USB объединятся». 2019-03-04. Архивировано из оригинала 2022-09-10 . Получено 2020-05-01 .
  11. ^ Хагедорн, Хильберт (2019-06-13). "USB 4.0 появится в конце 2020 года". Guru3D . Архивировано из оригинала 2021-10-26 . Получено 2020-04-30 .
  12. ^ USB4 Спецификация. стр.1
  13. ^ "USB Promoter Group анонсирует USB4 версии 2.0". www.businesswire.com . 2022-09-01. Архивировано из оригинала 2022-09-02 . Получено 2022-09-02 .
  14. ^ "USB-IF объявляет о публикации новой спецификации USB4 для обеспечения производительности USB 80 Гбит/с" (PDF) . USB-IF . Форум разработчиков USB. 2022-10-18 . Получено 2023-01-19 .
  15. ^ Портер, Джон (30.09.2022). «USB убивает брендинг SuperSpeed, пытаясь упростить свой вездесущий разъем». The Verge . Получено 05.08.2024 .
  16. ^ Спецификация USB 2.0 2024 г.
  17. ^ Спецификация USB 3.1 2022 г.
  18. ^ "Характеристики контроллера Intel® JHL8540 Thunderbolt™ 4". www.intel.com . Получено 2024-08-06 .
  19. ^ Спецификация кабеля и разъема Type-C 2023, стр. 244, раздел 5.3
  20. ^ Спецификация USB Power Delivery 2023
  21. ^ Спецификация USB4 версии 2.0 Междоменная служба 2023 г.
  22. ^ Спецификация USB4 версии 2.0 2023, стр. 13
  23. ^ Спецификация USB4 версии 2.0 2023, стр. 487
  24. ^ USB4 Версия 2.0 Спецификация Руководство по подключению менеджера 2023, стр. 59, раздел 6.1
  25. ^ Спецификация USB4 версии 2.0 2023, стр. 660, раздел 11.1.1.1.3
  26. ^ ab Таблица требований к товарным знакам USB от USB-IF
  27. ^ Команда GraniteRiverLabs (17.01.2023). «Добро пожаловать в эру сверхскоростного USB4 со скоростью 80 Гбит/с». www.graniteriverlabs.com . GraniteRiverLabs Тайвань. Архивировано из оригинала 21.02.2023 . Получено 21.02.2023 .
  28. ^ "Как проверить и устранить неполадки USB4" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2022-09-10 . Получено 2022-07-25 .
  29. ^ Спецификация USB4 версии 2.0 2023, стр. 17ff, раздел 2.1.1.4
  30. ^ windows-driver-content (2022-05-18). "Поддержка туннелирования PCIe в системах USB4". learn.microsoft.com . Получено 2024-08-05 .
  31. ^ Технические характеристики кабеля и разъема Type-C 2023, стр. 261, параграф 3
  32. ^ "USB Branding Session 2019" (PDF) . usb.org . 2020-02-07. стр. 16 . Получено 2024-07-08 .
  33. ^ Технические характеристики кабеля и разъема Type-C 2023, стр. 42, вкладка 3-1
  34. ^ "Как преодолеть ограничение максимальной длины кабеля USB". blog.tripplite.com . Получено 14.03.2024 .
  35. ^ Технические характеристики кабеля и разъема Type-C 2023, стр. 261, раздел 6
  36. ^ "Cable Matters 107002 40 Гбит/с / 20 Гбит/с Thunderbolt 3 Cable". kb.cablematters.com . 2024-10-09 . Получено 2024-08-12 . При подключении к устройствам USB-C скорость передачи данных может достигать 10 Гбит/с (0,5 м и 1 м) и 5 ​​Гбит/с (2 м).
  37. ^ Технические характеристики кабеля и разъема Type-C 2023, стр. 246, рис. 5-1
  38. ^ «Кабели USB-C, кабели Thunderbolt 3 — как их отличить». archive.caldigit.com . CalDigit . Получено 2024-08-08 .
  39. ^ «Как выбрать кабель Thunderbolt 3?». chargelab.com. 2019-05-11 . Получено 2024-08-08 .
  40. ^ "Оптический кабель Corning Thunderbolt™ 3 (40 Гбит/с)" (PDF) . Corning . Получено 2024-08-08 .
  41. ^ "VESA – DisplayPortTM Alternate Mode on USB-C®" (PDF) . 2019-11-19. стр. 23 . Получено 2024-08-08 .
  42. ^ "Intel Thunderbolt 4™ Announcement Press Deck" (PDF) . Intel. стр. 9, стр. 13 . Получено 2024-08-08 .
  43. ^ "Thunderbolt 5™ Press Deck" (PDF) . thunderbolttechnology.net . Intel . Получено 2024-08-09 .
  44. ^ "VESA выпускает спецификацию DisplayPort 2.1" . Получено 2024-08-06 .
  45. ^ "Обзор спецификаций и испытаний DisplayPort™ 2.1". Granite River Labs. Сверхвысокая скорость передачи данных в DisplayPort™ 2.1 . Получено 2024-08-08 .
  46. ^ "DisplayPort Alt Mode 2.0 Spec Released: Определение Alt Mode для USB4". Anandtech . Получено 2024-08-08 .
  47. ^ "PI2DPX2020". Диоды . 2011-03-02 . Получено 2024-08-08 .
  48. ^ "KM864742". Nuvoton . Получено 2024-08-09 .
  49. ^ Спецификация USB4 V1.0 Август 2019 Глава 13: «Хост USB4 и периферийное устройство USB4 могут опционально поддерживать совместимость с TBT3. Если хост USB4 или периферийное устройство USB4 поддерживают совместимость с TBT3, они должны делать это, как определено в этой главе».
  50. ^ "Спецификация требований к совместимости USB4 Thunderbolt3 – USB-F". Архивировано из оригинала 2021-11-24 . Получено 2021-11-13 .
  51. ^ "Устройства USB4, очевидно, выйдут на рынок в следующем году". Engadget . 2019-09-03. Архивировано из оригинала 2021-11-24 . Получено 2020-04-28 .
  52. ^ Maislinger, Florian (2019-06-14). "Первые устройства USB 4 будут запущены в конце 2020 года". Архивировано из оригинала 2021-11-24 . Получено 2020-04-28 .
  53. ^ "Пресс-релиз Intel Thunderbolt 4" (PDF) . thunderbolttechnology.net . Intel. p4 . Получено 2024-08-08 .
  54. ^ "Thunderbolt 5™ Press Deck" (PDF) . thunderbolttechnology.net . Intel. стр. 19 . Получено 2024-08-09 .
  55. ^ "The Relationship Between USB4 and the USB Type-C Connector". Блог Total Phase . 2020-02-18. Архивировано из оригинала 2022-09-10 . Получено 2022-04-05 .
  56. ^ "Спецификация USB4". www.usb.org . Архивировано из оригинала 2022-04-14 . Получено 2022-04-05 .
  57. ^ Leung, Benson (2018-11-19). "Канал конфигурации USB Type-C". Medium . Архивировано из оригинала 2022-04-05 . Получено 2022-04-05 .
  58. ^ "Linux 5.6 Kernel Released With WireGuard, USB4, New AMD + Intel Hardware Support – Phoronix". Phoronix.com . Архивировано из оригинала 2021-11-02 . Получено 2020-04-28 .
  59. ^ "Представляем следующее поколение Mac". apple.com . 2020-11-10. Архивировано из оригинала 2021-03-01 . Получено 2020-11-13 .
  60. ^ "Введение в диспетчер подключений USB4 в Windows". docs.microsoft.com . 2021-09-03. Архивировано из оригинала 2021-11-03 . Получено 2021-11-03 .
  61. ^ "29 февраля 2024 г. — KB5034848 (сборки ОС 22621.3235 и 22631.3235) Предварительная версия — служба поддержки Microsoft". support.microsoft.com . Получено 05.08.2024 .
  62. ^ Piltch, Avram (2021-04-20). "USB 4: Everything We Know So Far". Tom's Hardware . Архивировано из оригинала 2021-06-30 . Получено 2020-04-30 .
  63. ^ Шилов, Антон. "Cypress анонсирует контроллеры USB 3.2 и USB4-Ready: EZ-PD CCG6DF и CCG6SF". www.anandtech.com . Архивировано из оригинала 2021-12-06 . Получено 2020-04-28 .
  64. ^ Кютресс, Ян (2022-01-04). "AMD анонсирует мобильные процессоры Ryzen 6000 для ноутбуков: Zen3+ на 6 нм с графикой RDNA2". Anandtech. Архивировано из оригинала 2022-06-25 . Получено 2022-07-26 .
  65. ^ Клотц, Аарон (28.06.2022). "AMD представляет поддержку USB 4 в обновлении чипсета для мобильных устройств Ryzen 6000 (обновлено)". Tom's Hardware .
  66. ^ Боншор, Гэвин (2022-05-23). ​​"AMD Ryzen 7000 анонсирован: 16 ядер Zen 4, плюс PCIe 5 и DDR5 для Socket AM5, выйдет этой осенью". Anandtech. Архивировано из оригинала 2022-07-26 . Получено 2022-07-26 .
  67. ^ "AMD подтверждает линейку процессоров Zen4 и Ryzen 7000: Raphael в 2022 году, Dragon Range и Phoenix в 2023 году". VideoCardz.com . Получено 29.11.2022 .

Ссылки на спецификации


Внешние ссылки