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2021.06.11

USB4 技術規範

USB4  USB4 規範中指定的 USB 系統,USB開發者論壇 2019 8 29日發布了其 1.0版本。

與以往的 USB協定標準不同,USB4需要 USB-C 連接器,並且要需要 USB PD 的支援以進行供電。與 USB 3.2相比,它允許建立 DisplayPort  PCI Express 隧道。這種架構定義了一種與多個終端裝置類型動態共享單個高速鏈路的方法,該方法能夠最好地按類型和應用處理資料傳輸。USB4產品必須支援 20 Gbit/s的吞吐量,可支援 40 Gbit/s的吞吐量。但由於進行了隧道傳輸,當傳輸混合資料時,即使只以 20 Gbit/s 的速率傳輸資料,實際的資料傳輸速率可能比 USB 3.2 更高。

USB4規範基於 Thunderbolt 3 協定規範。

USB4規範版本 1.0(於 2019 8 29日發布)使用「Universal Serial Bus 4」(「通用序列匯流排 4」)和「USB4」的名稱。該版本發布之前的一些新聞報導使用術語「USB 4.0」和「 USB 4 即使在修訂版1.0發布之後,有些人還是故意寫了「USB 4」,聲稱是「為了反映讀者搜尋的方式」。

USB4規範

歷史

2019 3月,USB4首次正式宣布。

設計目標

USB4規範中闡明的目標是更高的傳輸頻寬,幫助融合 USB-C連接器的生態並「最大程度地減少終端使用者的困惑」。實現此目的的一些關鍵領域是使用單個類型的 USB-C連接器,同時保持與現有 USB Thunderbolt產品的相容性。

資料傳輸方式

USB4本身不提供任何的通用資料傳輸機制或裝置類(這不像 USB 3.x),而是主要用於提供隧道以傳輸其他協定(如 USB 3.2Displayport 和可選的 PCIe)。儘管它確實提供了原生的「主機到主機」協定,但顧名思義,它僅在兩個連接的主機之間可用,並用於實現主機IP網路。因此,當主機與裝置不支援可選的PCIe隧道傳輸時,最大非顯示頻寬被限制為USB 3.2 20Gbps,而僅有USB 3.2 10Gbps是強制實現。

USB4支援如下的隧道傳輸協定:

·      USB 3.2(「增強型超高速」)隧道

·      基於DisplayPort 1.4a的隧道

·      基於PCI ExpressPCIe的隧道

USB4還需要支援DisplayPort Alternate Mode(備選模式)。因此可以使用USB4隧道或該備選模式傳送DisplayPort訊號。

USB-C連接器中的專用線始終支援USB 2.0

資料傳輸模式支援

某些傳輸模式是所有 USB4裝置都支援的,但 USB4對其他傳輸模式的支援是可選的。這取決於裝置的類型。

資料傳輸模式的支援情況

類型

主機

集線器

外設

USB 2.0 (480 Mbit/s)

USB4 20 Gbit/s傳輸

USB4 40 Gbit/s傳輸

可選

可選

USB 3.2 (10 Gbit/s)隧道

可選

USB 3.2 (20 Gbit/s)隧道

可選

可選

可選

DisplayPort 隧道

可選

PCI Express 隧道

可選

可選

主機到主機(Host-to-Host)通信

不適用

DisplayPort Alternate Mode

可選

Thunderbolt Alternate Mode

可選

可選

USB-C Alternate Modes

可選

可選

可選

USB資料傳輸模式

USB4資料傳輸模式

 

名稱

圖示

規範

雙連結

編碼

速率

 

USB4

USB 3.2

USB 3.1

USB 3.0

Gbit/s

GB/s

 

SuperSpeed USB 5Gbps

USB SuperSpeed 5 Gbps Trident Logo.svg

 

USB 3.2 Gen 1×1

USB 3.1 Gen 1

USB 3.0

8b/10b

5

0.5

 

SuperSpeed USB 10Gbps

USB SuperSpeed 10 Gbps Trident Logo.svg

USB 3.2 Gen 2×1

USB 3.1 Gen 2

 

128b/132b

10

1.2

 

不適用

USB 3.2 Gen 1×2

 

8b/10b

10

1.0

 

SuperSpeed USB 20Gbps

USB SuperSpeed 20 Gbps Trident Logo.svg

USB 3.2 Gen 2×2

128b/132b

20

2.4

 

不適用

USB4 Gen 2×1

 

64b/66b

10

1.2

 

不適用

USB4 Gen 3×1

128b/132

20

2.4

 

USB4 20Gbps

USB4 20Gbps Logo.svg

USB4 Gen 2×2

64b/66b

20

2.4

 

USB4 40Gbps

USB4 40Gbps Logo.svg

USB4 Gen 3×2

128b/13b

40

4.8

 

 

USB4 Gen 2 USB 3.2 Gen 2是不同的。它們僅有傳輸速率(10 Gbps)是相同的,但二者在電氣層上的編碼方式不同。

儘管 USB4需要支援雙連結模式,但在其雙連結連接的初始化期間仍使用了單連結操作。如果此時發生通道繫結錯誤,單連結連接也可以用作備選模式。

Thunderbolt相容模式下,根據 Thunderbolt規格的要求,通道以 10.3125 GbpsGen 2)或 20.625 GbpsGen 3)的更高速率工作。

供電

USB4連接的建立前,需要先完成 USB Power DeliveryUSB PD)協商。USB4電源的每個介面必須提供至少 7.5W5V1.5A)的供電。在 USB PD 協商之前,USB4裝置的耗電需要小於 250mA(預設)、1.5A 3A5V(這取決於 USB-C 的電阻組態)。USB PD 最高可提供 100 W的功率。

Thunderbolt 3相容性

USB4標準指出,USB4的設計目標是「保持與 USB Thunderbolt產品的現有生態系統的相容性」。但是與 Thunderbolt 3的相容性僅對於 USB4主機和 USB4外設是可選的。