你真的懂USB？USB 4詳細(xì)規(guī)格介紹

USB4 版本 2.0 于上個(gè)月首次發(fā)布，現(xiàn)在有官方規(guī)范文檔供開發(fā)人員遵循。USB 管理機(jī)構(gòu) USB-IF（USB 實(shí)施者論壇）發(fā)布了新文檔在其網(wǎng)站上，同時(shí)發(fā)布了新的“USB 80 Gbps”認(rèn)證標(biāo)志，可用于達(dá)到 80 Gbps 速度的 USB 電纜和設(shè)備上。

USB 4（技術(shù)上是 USB4，但通常拼寫為空格）于 2019 年發(fā)布，支持高達(dá) 40 Gbps 的連接，同時(shí)提供與 Thunderbolt 3 和 4 的交叉兼容性。USB 4 版本 2.0 將最大速度翻倍至 80 Gbps，但可以更高，單向高達(dá) 120 Gbps（下行鏈路為 40 Gbps），為高分辨率顯示器供電。

使用 USB4 v2.0 的帶寬，該標(biāo)準(zhǔn)完全兼容 DisplayPort 2.1，可以為高達(dá) 240 Hz 的 4K 顯示器或高達(dá) 60 Hz 的 10K 顯示器供電，無需壓縮。

“這項(xiàng)更新的技術(shù)規(guī)范擴(kuò)展了 USB4 速度和數(shù)據(jù)協(xié)議性能，使制造商能夠開發(fā)出能夠向最終用戶提供現(xiàn)有 USB 40 Gbps 和 USB 20 Gbps 的產(chǎn)品，”USB-IF 首席執(zhí)行官 Brad Saunders 在一份官方聲明中表示。

據(jù)他們所說， USB4 2.0 版規(guī)范，這是一項(xiàng)重大更新，旨在實(shí)現(xiàn)USB Type-C 電纜和連接器上的 USB 80Gbps 性能。更新后的 USB4 規(guī)范使 USB 的最大總帶寬增加了一倍，從而受益于更高性能的顯示器、存儲(chǔ)和基于 USB 的集線器和塢站。USB Type-C 和 USB Power Delivery (USB PD) 規(guī)范也已更新，以支持這種更高級(jí)別的數(shù)據(jù)性能。

“對(duì)于工程師而言，USB4 的定義是其多協(xié)議隧道，這在架構(gòu)上與其前身 USB 3.2 和 USB 2.0 不同，”USB-IF 董事會(huì)主席兼首席執(zhí)行官 Brad Saunders 說?！斑@項(xiàng)更新的技術(shù)規(guī)范擴(kuò)展了 USB4 速度和數(shù)據(jù)協(xié)議性能，使制造商能夠開發(fā)出能夠向最終用戶提供現(xiàn)有 USB 40Gbps 和 USB 20Gbps 之外的 USB 80Gbps 的產(chǎn)品?！彼M(jìn)一步指出。

更新后的 USB 80Gbps 解決方案的主要特點(diǎn)包括：

通過現(xiàn)有的40Gbps USB Type-C 無源電纜和新定義的 80Gbps USB Type-C 有源電纜?，運(yùn)行速度高達(dá) 80Gbps，采用基于 PAM3 信號(hào)編碼的新物理層架構(gòu)。

可選地，對(duì)于某些應(yīng)用，例如驅(qū)動(dòng)基于 USB4 的高性能顯示器，USB Type-C 信號(hào)接口可以不對(duì)稱配置，以在一個(gè)方向提供高達(dá) 120Gbps 的速率，同時(shí)在另一個(gè)方向保持 40Gbps。

更新數(shù)據(jù)和顯示協(xié)議以更好地利用可用帶寬的增加

與DisplayPort 修訂版 2.1 和 PCI Express 修訂版 4 保持一致。

USB 數(shù)據(jù)架構(gòu)更新現(xiàn)在使增強(qiáng)型超高速 USB 數(shù)據(jù)隧道能夠超過 20Gbps。

向后兼容所有先前版本的 USB。

識(shí)別經(jīng)認(rèn)證的 USB 80Gbps 解決方案和電纜的指南將遵循新的統(tǒng)一 USB-IF 品牌和營(yíng)銷計(jì)劃。提醒一下，USB 規(guī)范名稱和技術(shù)術(shù)語不適用于向最終消費(fèi)者描述 USB 功能時(shí)使用。

你真的懂USB？

從充電集線器到 PC、家用電器和 Raspberry Pi，通用串行總線 (USB) 名副其實(shí)無處不在。但是，USB 有超過 10 種不同的版本、大量的連接器以及各種傳輸速率和充電功能，它也是一套廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，如果您不知道自己需要什么，可能會(huì)感到困惑。

如果您查看最好的游戲筆記本電腦或最好的游戲 PC之一的規(guī)格表，您可能會(huì)看到它列出了一個(gè) USB4 端口、一個(gè) USB 3.2 Gen 2 端口和兩個(gè) USB 2 端口。但這一切意味著什么，你能期望從每一個(gè)中得到什么？我們提供的答案可幫助您了解每種類型的 USB 可以做什么。

USB 版本、版本名稱和速度

如果您使用 USB 傳輸數(shù)據(jù)，而不僅僅是充電，最重要的是要知道您的連接速度。因?yàn)椋瑸榱艘愿哌_(dá) 10 Gbps 的速度將文件復(fù)制到外部 SSD，您需要鏈中的每個(gè)鏈接來支持該速度：主機(jī) PC、電纜和驅(qū)動(dòng)器本身。

如果每個(gè) USB 端口和產(chǎn)品上都寫有最高速度，或者至少在規(guī)格表上，那就太好了。事實(shí)上，這也是運(yùn)行 USB 的 USB-IF（USB 實(shí)施者論壇）所希望的。該組織最近引入了一種新的命名約定，將每個(gè) 5 Gbps 或更快的端口列為 USB 5 Gbps、USB 10 Gbps、USB 20 Gbps 或 USB 40 Gbps，而不使用版本號(hào)。獲得 USB-IF 認(rèn)證的 USB 產(chǎn)品的制造商會(huì)獲得帶有 USB 速度編號(hào)的徽標(biāo)，他們可以在其包裝上使用這些編號(hào)。

但是，大多數(shù) USB 設(shè)備都沒有經(jīng)過官方認(rèn)證過程。即使某些東西通過了認(rèn)證，您仍然很有可能會(huì)看到它以數(shù)字版本號(hào)（例如 USB 3.2）而不是速度來宣傳。您可能還會(huì)看到列出的 USB 產(chǎn)品為 Hi-Speed USB、SuperSpeed USB、SuperSpeed USB 10 Gbps 或 SuperSpeed USB 20 Gbps。然而SuperSpeed 名稱已被棄用，但仍出現(xiàn)在某些包裝和營(yíng)銷材料上。

USB 3.x 的版本非常多，但是，需要知道的重要一點(diǎn)是，USB 3、3.1 和 3.2 都是相同的 5 Gbps 連接，當(dāng)您在版本之后看到 Gen 2 時(shí)會(huì)跳到 10 Gbps，當(dāng)您在名稱中看到 Gen 2x2 時(shí)會(huì)跳到 20 Gbps。

USB 連接器

您可能會(huì)在設(shè)備上看到超過六種常見的 USB 連接器。其中一些連接器在某些類型的設(shè)備上更為常見。

USB A 型

追溯到 1990 年代，USB-A 連接器是第一個(gè)并且仍然是使用最廣泛的 USB 連接器。它是矩形的、扁平的，并且只能以一個(gè)方向插入計(jì)算機(jī)，如果您要插入看不到的端口，這可能會(huì)很麻煩。您會(huì)在大多數(shù)外圍設(shè)備和計(jì)算機(jī)上找到 USB Type-A 端口，除了一些太薄而無法支持的超極本。USB Type-A 連接器可能支持 5 或 10 Gbps 種類的 USB 1.1、USB 2 或 USB 3.x，但這完全取決于設(shè)備或電纜支持的內(nèi)容。USB 3.x 端口有時(shí)是藍(lán)色的，而那些達(dá)到 10 Gbps 的端口有時(shí)是紅色的。

USB B 型

USB-B 主要用于最大的外圍設(shè)備，例如打印機(jī)。它也可以在內(nèi)置 USB 集線器的 USB 集線器或顯示器上找到，盡管 B 端口始終是將該集線器/顯示器連接到您的 PC 的電線的一部分。

Mini USB

Mini USB 在世紀(jì)之交與 USB 2.0 規(guī)范一起首次出現(xiàn)，現(xiàn)在已成為過去，已被 micro USB 取代。您可能仍會(huì)在一些較舊的游戲控制器或數(shù)碼相機(jī)上看到 mini USB。從技術(shù)上講，mini USB Type-A 和 mini USB Type-B 都有，但你只可能在野外看到 mini USB Type-B。

Micro USB

盡管 USB-C 是一種更新、更好的連接器，尺寸大致相同，但您仍然會(huì)在大量設(shè)備上看到微型 USB，從廉價(jià)的 Android 平板電腦到 Raspberry Pi、微控制器、數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)電源和智能家居設(shè)備。從技術(shù)上講，micro USB Type-A 和 Type-B 都有，但你只會(huì)看到 Type-B。

USB Type-C

今天出貨的大多數(shù)新電腦都至少有一個(gè) USB-C 端口（有些還有更多）。這些電纜上的插頭呈橢圓形，與任何其他 USB 連接器不同，無論您使用哪個(gè)方向插入它們都無關(guān)緊要。

USB-C 線纜可以傳輸數(shù)據(jù)、視頻和電源（最高 240 瓦），但并非每條線纜都支持所有這些功能，因此您需要查看規(guī)格。許多新的鍵盤、鼠標(biāo)以及幾乎所有新的智能手機(jī)和平板電腦都帶有板載 USB-C 連接器。

USB 電源標(biāo)準(zhǔn)

除了 Apple 的 iPhone，幾乎所有移動(dòng)設(shè)備都通過 USB 充電。您還可以通過 USB 連接為任何最好的超極本或最好的便攜式顯示器供電。但并非所有 USB 端口和電纜都能提供相同功率的充電。

一些最新的 USB 設(shè)備實(shí)際上可能在其包裝上有一個(gè)標(biāo)志，說明它們可以輸出多少功率，但目前這種情況并不常見。大多數(shù)現(xiàn)代手機(jī)充電器和所有筆記本電腦充電器都使用某種 USB PD，但并非所有 USB-PD 設(shè)備都具有相同的最大功率，因此請(qǐng)務(wù)必檢查充電器和電纜。對(duì)于筆記本電腦，60W 是最常見的最小值，而超過 100W 的則不太常見，因?yàn)檫@是一個(gè)較新的標(biāo)準(zhǔn)。

USB 視頻

DisplayPort 替代模式（Alt 模式）是另一種簡(jiǎn)化現(xiàn)代 PC（尤其是筆記本電腦）布線的方法。借助 DisplayPort 替代模式，USB-C 電纜可以傳輸非 USB 信號(hào)。在 DisplayPort Alt Mode 的情況下，計(jì)算機(jī)可以通過 USB-C 電纜傳輸 DisplayPort 信號(hào)。

雖然這對(duì)于臺(tái)式機(jī)來說可能不是什么大問題，但對(duì)于筆記本電腦來說卻是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。USB-C 端口在物理上比 HDMI 或 DisplayPort 小，因此能夠在保持筆記本電腦尺寸較小的同時(shí)傳輸 DisplayPort 信號(hào)對(duì)于 PC OEM 來說是一個(gè)福音。

不幸的是，您通常無法僅通過查看筆記本電腦的 USB-C 端口來判斷它是否可以傳輸視頻。您需要閱讀計(jì)算機(jī)的說明手冊(cè)或規(guī)格表，或者您可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

筆記本電腦上最新的 USB4 端口可以利用 DisplayPort Alt Mode 2.0，它可以在 60 Hz 下以高達(dá) 8K 的分辨率運(yùn)行，并使用 HDR10 顏色。雖然 USB4 本身只能傳輸 40 Gbps 的數(shù)據(jù)，但該端口可以發(fā)送 80 Gbps 的 DisplayPort 數(shù)據(jù)，因?yàn)樗幌蛞粋€(gè)方向發(fā)送所有數(shù)據(jù)，因此可以接管所有 8 個(gè)通道。

您還可以從 USB 3.x 甚至 2.0 Type-A 端口輸出視頻，等等。盡管 Type-A 上沒有 USB alt 模式之類的東西，但仍有許多使用 DisplayLink 技術(shù)的擴(kuò)展塢和便攜式顯示器。安裝正確的驅(qū)動(dòng)程序后，您的計(jì)算機(jī)將壓縮視頻并通過標(biāo)準(zhǔn) USB 信號(hào)將其發(fā)送到擴(kuò)展塢。

USB 電纜和向后兼容性

USB 的優(yōu)點(diǎn)之一是它的向后兼容性。您可以使用全新的 USB 20 Gbps SSD 并將其插入 1999 年的 USB 1.1 端口，它可能會(huì)工作。但是，任何連接的速度都與其最慢的部分一樣快。因此，如果您將 USB 40 Gbps 驅(qū)動(dòng)器連接到計(jì)算機(jī)上的 USB 40 Gbps 端口，但您使用的電纜只能支持 USB 5 Gbps，那么您將只能獲得 5 Gbps。

購(gòu)買 USB 電纜時(shí)，尋找最大額定速度尤為重要。您可以找到許多兩端使用 USB-C 并提供 60 瓦充電功率的電纜，但只能以 USB 2.0 速度 (480 Mbps) 傳輸數(shù)據(jù)。

USB的歷史

在這一點(diǎn)上很難相信，但通用串行總線 (USB) 已經(jīng)存在了二十多年。USB 的起源可以追溯到 1990 年代中期，從 1996 年推出的 USB 1.0 規(guī)范開始。隨后是 1998 年的 USB 1.1、2001 年的 USB 2.0 和 2008 年的 USB 3.0。在 USB 2.0 發(fā)布二十年后，USB4 版本 2.0于 2022 年底發(fā)布，進(jìn)一步提升了連接外圍設(shè)備的速度。

USB 1.0/1.1 (1996 - 1998)

USB 出現(xiàn)的時(shí)候，計(jì)算機(jī)背面的各種端口都在爭(zhēng)奪我們的注意力。不僅有多個(gè)串行端口，而且還有一個(gè)并行端口（用于打印機(jī)）和用于鼠標(biāo)和鍵盤的 PS/2 連接器。如果您玩游戲，您的控制器需要一個(gè)游戲端口，并且在商業(yè)環(huán)境中通常會(huì)看到用于外部存儲(chǔ)的 SCSI 連接器。

USB 被開發(fā)為所有這些端口的“通用”替代品，通過使用通用連接器來簡(jiǎn)化我們連接設(shè)備的方式。

USB 1.0 于 1996 年首次亮相，帶有我們熟悉的 Type-A 連接器，直到今天仍然存在。USB 1.0 標(biāo)準(zhǔn)提供 1.5 Mbps 的“低速”信號(hào)傳輸速率或 12 Mbps 的“全速”信號(hào)傳輸速率。新生標(biāo)準(zhǔn) USB 1.1 的第一個(gè)修訂版于 1998 年問世。

USB 2.0 (2000)

隨著 2000 年 USB 2.0 標(biāo)準(zhǔn)的推出，USB 的采用真正開始加速，該標(biāo)準(zhǔn)將最大信號(hào)速率大幅提高到 480 Mbps，并獲得了“高速”的綽號(hào)。

我們還看到了帶有 USB 2.0 的 USB On-The-Go 規(guī)范的引入，該規(guī)范允許具有基于 USB 的連接器的智能手機(jī)和平板電腦托管其他 USB 設(shè)備。例如，您可以將鼠標(biāo)、USB 拇指驅(qū)動(dòng)器或數(shù)碼相機(jī)插入三星平板電腦或 Google Pixel 手機(jī)的 USB 端口。

USB 3.0 / 3.1 / 3.2 (2008 / 2013 / 2017)

2008 年，USB-IF 推出了 USB 3.0，它以 5 Gbps 的速度運(yùn)行，與之前的 USB 2.0 相比，吞吐量提高了大約 10 倍。即使在今天，這也是大多數(shù)設(shè)備支持的最高速度。事實(shí)上，大多數(shù)外圍設(shè)備只需要 USB 2.0 速度。

然而，USB-IF 在 2013 年推出 USB 3.1 后，在 2013 年又將速度提升了一個(gè)檔次，信號(hào)速率再次翻倍至 10 GBps。最初的 5 Gbps 速度被重命名為 USB 3.1，而 USB 3.1 Gen 2 指的是 10 Gbps 速率。

USB-C 于 2014 年推出，但連接器跨版本，因?yàn)槟梢該碛幸粋€(gè)僅以 2.0 速度運(yùn)行的 USB-C 端口，或者一個(gè)以 20 甚至 40 Gbps 的速度運(yùn)行的 USB-C 端口。

隨著 2017 年 USB 3.2 的推出，我們又看到了另一個(gè) 10 GBps 層和一個(gè)更快的 20 Gbps 層，兩者都具有雙通道功能。正是在這個(gè)時(shí)候，USB-IF 決定將所有 3.x 規(guī)范集中在 USB 3.2 下，因此 USB 3.2（無 Gen 或 Gen 1）為 5 Gbps，USB 3.2 Gen 2 為 10 Gbps，USB 3.2 Gen 2x2 為 20 Gbps . 之所以稱為 Gen 2x2，是因?yàn)樗褂脙蓚€(gè) 10 Gbps 通道。

USB4

USB4 于 2019 年宣布為 USB 標(biāo)準(zhǔn)的下一個(gè)演變，并且僅使用 USB-C 連接器（而不是傳統(tǒng)的 USB-A 連接器）提供。它可以以 20 或 40 Gbps 的速度運(yùn)行，后者相當(dāng)于 Thunderbolt 3 或 Thunderbolt 4，因?yàn)?USB4 可以與 Thunderbolt 兼容。

使用雙組四個(gè)雙向通道傳輸數(shù)據(jù)。

添加了 DisplayPort Alt Mode 2.0，支持 60 Hz 的 8K 分辨率和 HDR10 顏色。DisplayPort 2.0 可以使用高達(dá) 80 Gbps 的速率，因?yàn)樗邪藗€(gè)數(shù)據(jù)通道都可用于將一個(gè)方向的方向發(fā)送到顯示器。

USB4 2.0 版于 2022 年夏季首次發(fā)布。與上一代飛躍一樣，USB4 2.0 版再次將帶寬翻倍，這次從 40 Gbps 提高到 80 Gbps。這甚至是 40 Gbps 上限的 Thunderbolt 4 速度的兩倍。

這些 80 Gbps 速度是使用現(xiàn)有的 40 Gbps 無源電纜或新的有源 USB Type-C 電纜實(shí)現(xiàn)的，這些電纜明確額定為更高的速度。USB 3.2 數(shù)據(jù)隧道現(xiàn)在能夠超過 20 Gbps，并且 USB4 版本 2.0 也符合最新的 PCIe 和 DisplayPort 標(biāo)準(zhǔn)。鑒于向后兼容性一直是 USB 接口的一個(gè)標(biāo)志，USB4 版本 2.0 與除Thunderbolt ?3 之外的所有可追溯到 USB 2.0 的早期版本兼容。

編輯：黃飛

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