USB3.1 Gen1與Gen2到底有什么區(qū)別？

USB接口在經(jīng)歷了USB1.0、USB1.1、USB2.0、USB3.0、USB3.1以及USB3.2之后（USB的前世今生 - USB2.0、USB3.0、USB3.1、USB3.2、USB4.0區(qū)別是什么），迎來(lái)了當(dāng)下USB4 ，這些標(biāo)準(zhǔn)的新舊交替下，USB接口的傳輸速率一直在提高，跟隨著傳輸速率提高的還有接口標(biāo)準(zhǔn)的命名復(fù)雜程度，就拿USB3.1來(lái)說(shuō)，居然還分為USB3.1 Gen1和USB3.1 Gen2，這就讓許多消費(fèi)者不理解且容易混淆。

大家估計(jì)都會(huì)有這樣的疑問(wèn)：都是USB標(biāo)準(zhǔn)的接口，為什么還要這樣分，USB3.1 Gen1與Gen2到底有什么區(qū)別？現(xiàn)在USB4又有一個(gè)Gen3線纜，今天我們一起來(lái)科普下，USB4標(biāo)準(zhǔn)與Gen1和Gen2，Gen3的區(qū)別。

USB4簡(jiǎn)述

在介紹USB4之前就不得不提一下Intel和蘋(píng)果公司合作推出的雷電協(xié)議。雷電協(xié)議是組合協(xié)議，整合了DisplayPort協(xié)議(簡(jiǎn)稱(chēng)DP)和PCI-Express協(xié)議(簡(jiǎn)稱(chēng)PCIe)而成。先后推出了雷電1和雷電2協(xié)議，但都反響平平。后來(lái)推出了雷電3協(xié)議（Thunderbolt 3，簡(jiǎn)稱(chēng)TBT3），傳輸速度達(dá)到了40Gbps，后來(lái)Intel選擇將協(xié)議交給了USB-IF協(xié)會(huì)。

2019年，USB-IF在USB 3.2的基礎(chǔ)上整合了雷電3協(xié)議（簡(jiǎn)稱(chēng)TBT3），推出了USB4 Gen 2x2和USB4 Gen 3x2。這次改名和以往不同的是依然保留了USB 3.2的名字。USB4就是在原先USB 3.2傳輸速度基礎(chǔ)上進(jìn)行了倍增，達(dá)到了40Gbps，也就是USB4 Gen 3x2的速度。

USB4同時(shí)支持USB 3.2和TBT3的傳輸?？傊?，USB4=USB 3.2+TBT3。USB4和USB 3.2一樣，也有單通道模式和雙通道模式，USB4接口和USB 3.2接口一樣，都支持搭載USB PD快充協(xié)議。

Gen1和Gen2，Gen3的區(qū)別

一句話概括: Gen指?jìng)鬏斔俾? Gen2的理論傳輸速率是10Gbps, 而Gen1是5Gbps, USB3.2 Gen2x2則是20Gbps,USB4 Gen3x2則是40Gbps,如下圖

USB是一種傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議規(guī)范，也是一種接口技術(shù)規(guī)范。1996年由美國(guó)的Intel、微軟、康柏、DEC和IBM，日本的NEC，加拿大的北方電信公司等七家業(yè)界巨頭組成的非盈利組織USB標(biāo)準(zhǔn)化組織（USB Implement Forum，簡(jiǎn)稱(chēng)USB-IF）推出了USB 1.0，之后推出了速度更快的USB 1.1和USB 2.0。

2008年，由Intel，蘋(píng)果，惠普，微軟，瑞薩電子，意法半導(dǎo)體和德州儀器等組成的USB 3.0 Promoter Group行業(yè)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布了USB 3.0，然后轉(zhuǎn)移給了USB-IF來(lái)管理和維護(hù)。2013年到2019年之間，Intel等大公司聯(lián)合的USB 3.0 Promoter Group相繼推出了USB 3.1、USB 3.2和USB4協(xié)議規(guī)范，在USB-IF官網(wǎng)上發(fā)布和更新。

從USB的演變圖中可以看出，USB從最開(kāi)始推出的USB 1.0到USB4共經(jīng)歷了24年。最明顯的改進(jìn)就是帶寬的增加，在USB 2.0及之前主要支持低速(1.5Mbps)、高速(12Mbps)和全速(480Mbps)。到了USB 3.0開(kāi)始進(jìn)入超速模式，而且每升級(jí)一次，帶寬就翻倍，從最開(kāi)始的5Gbps到了現(xiàn)在的40Gbps。

USB接口按照規(guī)范分為USB1.0、USB 1.1、USB2.0、USB 3.0。我們經(jīng)常說(shuō)的USB2.0接口和USB 3.0接口就是按照USB規(guī)范來(lái)分類(lèi)的。2013年USB 3.0改名為USB 3.1 Gen 1，同時(shí)推出了10Gbps帶寬的USB 3.1 Gen 2，兩者統(tǒng)稱(chēng)為USB 3.1。

到了2017年，USB 3.1 Gen 1和USB 3.1 Gen 2分別改名為USB 3.2 Gen 1和USB 3.2 Gen 2。同時(shí)加入了帶寬為10Gbps的USB 3.2 Gen 1x2和帶寬為20Gbps的USB 3.2 Gen 2x2，這4個(gè)統(tǒng)稱(chēng)USB 3.2。至此進(jìn)入了USB 3.2時(shí)代，而USB 3.0的名字已經(jīng)成為歷史?？傊?，USB 2.0還保留著，而USB 3.0現(xiàn)在已經(jīng)被USB-IF協(xié)會(huì)改名為USB 3.2 Gen 1了，而且還多了USB 3.2 Gen 2、USB 3.2 Gen 1x2和USB 3.2 Gen 2x2。其中USB 3.2 Gen 1x2和USB 3.2 Gen 2x2表示USB 3.2 Gen 1和USB 3.2 Gen 2的雙通道模式，而USB 3.2 Gen 1和USB 3.2 Gen 2是單通道模式。

USB編碼方式科普

USB 3.1和USB 3.2都是為了提升帶寬而推出的，USB4的設(shè)計(jì)目標(biāo)仍然保持不變。不過(guò)這一規(guī)范的發(fā)布同樣是為了整合USB Type-C生態(tài)以及減少終端用戶(hù)的困惑。新的USB4標(biāo)準(zhǔn)雖然推出了新的底層協(xié)議，但仍可以與現(xiàn)有的USB3.2、USB2.0以及Thunderbolt 3兼容。USB4將采用雙路雙單工的架構(gòu)，加倍了Type-C的傳輸帶寬，傳輸速率至少要達(dá)到20Gbps，可選40Gbps，最大傳輸速率是上一代USB 3.2的兩倍，對(duì)認(rèn)證的接口和線纜也將提供兩種不同的Logo（英特爾宣布USB4接口連接器，分成兩版本）。

對(duì)于40Gbps的USB4，其編碼方式依然是USB 3.2所用的128b/132b，而20Gbps將采用64b/66b，即40Gbps的USB4每傳輸128個(gè)Bit，需要發(fā)送130個(gè)Bit，那么，USB4協(xié)議的每一條Lane支持8 * 128 / 130 = 7.877 Gbps = 984.6 MB/s 的速率，一條USB4x2的通道(USB4 Gen 3 x 2是全雙工，雙通道傳輸數(shù)據(jù)的，每個(gè)通道同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)),x2的可用帶寬為7.877*2 = 15.754 Gbps = 15.754 GB/s，雙向帶寬高達(dá)31.5GB/s,編碼方式?jīng)Q定帶寬及傳輸速度。

USB4結(jié)構(gòu)傳輸數(shù)據(jù)

USB帶寬及l(fā)anes科普

對(duì)于USB來(lái)說(shuō)，每一個(gè)通道有兩個(gè)差分對(duì)，一個(gè)用于發(fā)送，一個(gè)用于接收。PCIe也一樣是全雙工通信，會(huì)同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通道的定義也符合這一點(diǎn)。下圖為USB Type-C母座，共有兩個(gè)通道，即高速通道0和高速通道1，我們稱(chēng)之為L(zhǎng)ane 0 Adapter和Lane 1 Adapter。即通道0適配器和通道1適配器 。這里的適配器可以當(dāng)做信號(hào)轉(zhuǎn)換器來(lái)理解。

USB是全雙工通信，每一個(gè)通道有兩個(gè)差分對(duì)，一個(gè)用于發(fā)送，一個(gè)用于接收。即差分對(duì)TX1+和TX1-用于發(fā)送數(shù)據(jù)，差分對(duì)RX2+和RX2-用于接收數(shù)據(jù)，兩個(gè)差分對(duì)組成高速通道0，即Lane 0 Adapter。同理，差分對(duì)RX2+和RX2-用于接收數(shù)據(jù)，差分對(duì)TX2+和TX2-用于發(fā)送數(shù)據(jù)，兩個(gè)差分對(duì)組成高速通道1，即Lane 1 Adapter。與Lane 0 Adapter和Lane 0 Adapter相連的通道稱(chēng)為L(zhǎng)ane 0和Lane 1。

單通道模式就是只有l(wèi)ane 0和lane 1其中之一來(lái)傳輸U(kuò)SB數(shù)據(jù)，另一個(gè)用作其他用途。比如USB 3.2 Gen 1和USB 3.2 Gen 2，都是通過(guò)單通道來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的。其中USB 3.2 Gen 1的傳輸速度為5Gbps，因?yàn)閱瓮ǖ朗前l(fā)送和接收同時(shí)進(jìn)行，所以傳輸速度指的是發(fā)送或者接收中的一個(gè)的速度。

就拿lane 0來(lái)說(shuō)，有TX1+、TX1-和RX2+、RX2-這兩個(gè)差分對(duì)，lane 0的傳輸速度指的就是TX1+、TX1-差分通道的速度為5Gbps，或者說(shuō)是RX2+、RX2-差分通道的速度為5Gbps，用lane 1的傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，速度同理。USB 3.2 Gen 2的傳輸速度為10Gbps，在USB 3.2 Gen 1基礎(chǔ)上翻倍了，其實(shí)就是說(shuō)USB 3.2 Gen 2通過(guò)lane 0的發(fā)送或者接收的差分通道傳輸速度翻倍為10Gbps，同理用lane 1傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送或者接收的差分通道傳輸速度也是10Gbps。

雙通道模式就是lane 0和lane 1都用來(lái)傳輸U(kuò)SB數(shù)據(jù)。比如USB 3.2的USB 3.2 Gen 1x2和USB 3.2 Gen 2x2，USB4的USB4 Gen2x2和USB4 Gen3x2，都是通過(guò)雙通道來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的。如何判斷是單通道模式，還是雙通道模式？“Gen”后面數(shù)字如果帶有“x2”字樣就表示雙通道模式，如果沒(méi)有“x2”字樣或者寫(xiě)的是"x1"字樣，就表示單通道模式。同一個(gè)USB版本規(guī)范，雙通道模式傳輸速度是單通道傳輸速度的2倍。比如USB 3.2 Gen 1x2的傳輸速度是USB 3.2 Gen 1傳輸速度的兩倍，因?yàn)閁SB 3.2 Gen 1傳輸數(shù)據(jù)只用了一個(gè)5Gps的通道 ，而USB 3.2 Gen 1x2傳輸數(shù)據(jù)用了兩個(gè)5Gps的通道，所以傳輸速度就變?yōu)榱?0Gbps。

單通道傳輸?shù)腢SB 3.2 Gen 2 的傳輸速度是在同樣單通道傳輸?shù)腢SB 3.2 Gen 1(5Gbps)基礎(chǔ)上翻倍了，變成了10Gbps，同理，雙通道傳輸?shù)腢SB 3.2 Gen 2x2的傳輸速度自然就變成了USB 3.2 Gen 2的2倍，即20Gbps。USB4的USB4 Gen2x2是雙通道傳輸，維持了USB 3.2 Gen 2x2同樣的傳輸速度20Gbps。USB4的USB4 Gen3x2也是雙通道傳輸，在USB4 Gen2x2基礎(chǔ)上翻倍，變成了40Gbps。上面提到過(guò)，從USB 3.2開(kāi)始就只支持USB Type-C接口，而不再支持Type-A和Type-B接口了。
這是為什么呢？因?yàn)閺腢SB 3.2開(kāi)始定義了USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p通道模式，即兩組差分對(duì)用來(lái)發(fā)送，兩組差分對(duì)用來(lái)接收，需要4組差分對(duì)，只有USB Type-C接口能提供4組差分線。單通道模式是一組差分對(duì)用來(lái)發(fā)送，一組差分對(duì)用來(lái)接收。Type-A和Type-B接口只能提供2對(duì)差分線，只適用于單通道模式?？傊?yàn)橐肓穗p通道傳輸U(kuò)SB數(shù)據(jù)的模式，所以使得USB 3.2及之后的USB4都只能支持USB Type-C接口。

可傳輸接口的科普

USB接口按照型號(hào)分為T(mén)ype-A，Type-B和Type-C三種。Standard-A屬于Type-A，Micro-B屬于Type-B，USB 3.1接口及之前，除了Type-C，還有Type-A和Type-Micro B;Type-MINIB等幾種型號(hào)，而到了USB 3.2接口就只支持Type-C了。是因?yàn)檫^(guò)去的連接器如USB Type-A 或Micro-B，僅支援單通道傳輸，無(wú)法支援USB3.2及USB4。USB 傳輸速度最快支援40G (20Gbps x2)，并可同時(shí)傳送。

審核編輯：劉清