最近消費類領(lǐng)域接口可謂是百花爭艷,，各種技術(shù)升級層出不窮,，目前各種接口最新的版本如下：

USB系列，代表最高技術(shù)和版本的為USB4

Displayport系列,，代表最高技術(shù)和版本的為DP2.0（下一集）

Thunderblot系列,，代表最高技術(shù)和版本的為TB4.0（下一集）

HDMI系列,，代表最高技術(shù)和版本的為HDMI2.1（下一集）

今天我們一起科普USB4接口

USB-Implementers Forum（USB-IF）于2019年9月3日正式發(fā)布USB4? 的規(guī)格，主要更新為依據(jù)現(xiàn)有USB3.2 及USB2.0 架構(gòu)做補充,，來建構(gòu)新一代USB,。USB4? 的架構(gòu)基于Thunderbolt?的協(xié)議規(guī)范（該規(guī)范由Intel貢獻給USBPromoter Group），最高傳輸速率由原本USB3.2 的20Gbps（10G x2）,，增加ㄧ倍到40Gbps（20G x2）,，并可同時傳送多個資料及影像,。 USB4接口其實有兩個版本，一是全速的“USB4 40”,，帶寬40Gbps,，二是半速的“USB4 20”，帶寬僅為20Gbps,，也就是等同于USB 3.2 Gen2x2,。由于過往的USB接口命名經(jīng)常收到吐槽，1998年出現(xiàn)USB 1.1標準時,，USB1.1標準將之前USB1.0納入USB1.1名下,，USB1.0正式更名為USB1.1 Low Speed，而12Mb/s 的USB1.1則被稱為USB1.1 High Speed,。

USB2.0標準出爐后,，之前12Mbps的USB1.1和1.5Mbps的USB1.0被納入USB2.0標準，USB1.1 High Speed被改名成USB2.0 Full Speed,，480Mbps的USB2.0則稱為USB2.0 High Speed。

USB3.1標準出現(xiàn)后,，5Gbps USB3.0更名為USB 3.1 Gen1,，而10Gbps的USB3.1更名為USB 3.1 Gen 2。

所以USB-IF將之前的20Gbps USB 3.2并入USB 4 我也不會感覺到奇怪,。甚至如果有哪家廠商再耍一次障眼法,，將USB 3.1更名為USB 4 Full Speed也不是不可能的事。數(shù)據(jù)接口混亂加上傳輸標準混亂非常容易給一些廠商渾水摸魚的機會,，模擬兩可的描述,，夸張的宣傳詞，很容易出現(xiàn)高價買到低配產(chǎn)品的問題,。大家在購買產(chǎn)品時一定要認真仔細看清出產(chǎn)品的詳細參數(shù),，一定要避免錢花了東西還差的悲劇出現(xiàn)

最近USB協(xié)會終于做了一個終極命名方式，后續(xù)有IF認證的數(shù)據(jù)線上面都會要求有USB接口標識,，接口部分,、數(shù)據(jù)線上都會有提示，便于消費者認知,。USB Logo使用方法介紹

USB 2.0：一個單純的USB標識,。

USB 3.25Gbps（也就是USB 3.0）：SuperSpeed USB標識加數(shù)字5，代表帶寬5Gbps,。

USB 3.2 10Gbps（也就是USB 3.1）：SuperSpeed USB標識加數(shù)字10,，代表帶寬10Gbps。

USB 3.2 20Gbps（真正的USB 3.2）：SuperSpeed USB標識加數(shù)字20,，代表帶寬20Gbps,。

USB3/DP（USB 3.x與DisplayPort接口合體）：SuperSpeed USB標識加DisplayPort標識,。

USB4 20：包括數(shù)字20的USB標識，代表帶寬20Gbps,。

USB4 40：包括數(shù)字40的USB標識,，代表帶寬40Gbps

USB 4 Cable被動線纜，可支援的被動線纜長度由USB 3.2 Gen2的1公尺,，降為USB 4 Gen3的0.8公尺,，市場目前的主要線纜結(jié)構(gòu)均參照同軸為主，部分廠商用對絞版本也在測試驗證中,，待送協(xié)會測試,，未來將公布USB4線纜廠商各位參考。

若需較長的線纜,，如連接大尺寸螢幕,，或是VR應用，可使用主動式線纜,。 

USB 4主動式線纜為含有Repeater元件(如Re-timer,、Re-driver等主動元件)的線纜，以及光纖線纜等,。至于可支援的主動式線纜長度最長為5公尺,。

連接器部分：

USB4? Gen3 Type-C Receptacle母座連接器在測試的時候需要搭配Golden Plug高頻治具來測試Group A-8。

USB 4 新功能

 1）USB 4只采用USB Type-C連接器,，USB 4訊號采雙通道傳輸；而過去的連接器如USB Type-A或Micro-B,，僅支援單通道傳輸,，無法支援USB 4。

 2）USB傳輸速度最快支援40G(20Gbps×2),，并可同時傳送DisplayPort影音,。旨在將多種協(xié)議組合到單個物理接口，可以動態(tài)共享USB 4架構(gòu)的整體速度和性能,。

 3）向下相容USB 2.0與USB 3.2及支援Thunderbolt 3,。

USB 4 架構(gòu)

 USB 4主要構(gòu)成元件有路由器(Router)、適配器(Adapter)以及TMU(Time Management Unit,，時間管理單元),。

 路由器是USB 4的一個主要建構(gòu)模塊，路由器將隧道協(xié)議轉(zhuǎn)換成USB4封包傳送,，并透過TMU來作時間同步,。主要由USB Host內(nèi)建的Connection Manager 來偵測及管理。

 適配器是內(nèi)建在路由器里,，主要功能為路由器與外部元件溝通的媒介,，進行協(xié)定轉(zhuǎn)換,。例如USB 4 Host在傳輸USB 3資料(如圖2)，由內(nèi)部USB 3 Host透過USB 3 Adapter進行協(xié)定封裝成USB 4 Tunneled Packet,。一個路由器內(nèi)部最多可以支援64個適配器,。

TMU是內(nèi)建在路由器里，使用分布式時間管理單元(TMU),，在路由器間做時間同步,。USB 4 的五個層級

Protocol Adapter Layer：負責USB 4與不同協(xié)議間進行對應，并把不同協(xié)議封裝成Tunneled Packet,，在USB 4介面內(nèi)傳遞,。

 Configuration Layer：負責處理由Connection manager傳送來的控制封包(Control Packets)，并附加路徑中對應的地址(address),，確保其可靠的傳送機制,。

Transport Layer：定義封包格式、路徑,、流量控制與時序控制,，并產(chǎn)生link management Packets以提供時間同步封包、流量控制封包等,。

Logical Layer：負責建立2個裝置之間的USB 4連接,，提供資料傳送與接收、編碼與解碼,，電源管理，錯誤偵測及復原機制,，并且透過Sideband Channel進行通道初始化的溝通,，包括速度及雙通道溝通。

 Electrical Layer：定義USB 4電氣訊號的特性,，如電壓,、抖動、編碼等,。

如圖4,，以USB 3 Tunneling為例，USB 4 Host透過USB 3 Protocol Adaptor,，將USB 3 Protocol經(jīng)USB 4 Transport Layer,、USB 4 Logic Layer、USB 4 Electrical Layer轉(zhuǎn)USB 4 Link傳送到USB 4 Hub Electrical Layer,。再依圖5順序進行一連串USB 3/USB 4轉(zhuǎn)換,，將訊號傳送到USB 4 Device。

USB 3 隧道協(xié)議

USB 4訊號由PCIe,、USB 3及DisplayPort隧道協(xié)議組成,。此篇幅單就USB 3隧道協(xié)議講解,。USB 3隧道協(xié)議，指的是將原始USB 3封包經(jīng)由Protocol Adapter Layer 封裝成Tunneled封包,，藉由圖5可以清楚知道,，紅色部分是USB 3的封包，而藍色部分是Tunneled封包,，UFP與DFP之間會使用Physical Layer傳輸,。 USB 4 產(chǎn)品類型

USB 4 Host：產(chǎn)品有一個以上DFP，沒有任何的UFP,。

USB 4 Hub：產(chǎn)品有一個UFP,，并且有一個或多個DFP。

USB 4-Based Dock：產(chǎn)品有一個UFP,，并且有一個或多個DFP,，且產(chǎn)品內(nèi)還有其他元件的功能，如儲存裝置或網(wǎng)路功能,。

USB 4 Device：產(chǎn)品有一個UFP,，沒有任何的DFP。

 USB 4 支援的隧道協(xié)議

 依據(jù)規(guī)格,，對Host/Hub/Dock/Device必須支援的隧道協(xié)議有不同要求,，如圖，打“Ｖ”為必須支援,，其余則是可選擇支援與否,。

 例如USB Host必須支援USB 3、DisplayPort 與Host-to-Host Tunneling,，可以不支援PCI Express 與TBT3 Tunneling,。

 USB 4 支援的傳輸速率

USB 4支援USB 4 Gen2的20Gbps及USB 4 Gen3的40Gbps速度，是不是宣告支援USB 4就一定要支援這兩個速度,？

 對USB 4 Hub與USB 4-Based Dock來說,，必須同時支援20Gbps及40Gbps。

 對USB 4 Host與USB 4 Device來說,，可以只支援20Gbps,。40Gbps可列為額外支援，非必要支援速度,。

USB 4傳輸速率提升到40 Gbps,，并且可以動態(tài)分享頻寬，當使用一條USB Type-C連接線就可以相容于市面上Thunderbolt 3和Display Port產(chǎn)品,，對于消費者來說是一個更加便利的介面,。

• 40 Gbps最大速度：

• 通過使用雙通道電纜，某些設備將能夠以高達40 Gbps的速度運行,，速度與Thunderbolt 3相同.

• 與Thunderbolt 3設備兼容：

• 部分（但不一定是所有）USB 4實施也適用于Thunderbolt 3設備,。

• 更好的視頻資源分配：

• 如果您使用USB 4端口同時傳輸視頻和數(shù)據(jù)，端口將相應地分配帶寬,。因此,，如果視頻僅需要20％的帶寬來驅(qū)動您的1080p顯示器（也是一個集線器），那么另外80％的視頻將可以從外部SSD傳輸文件,。

• 將使用Type-C端口

• USB4只能在Type-C連接器上運行,。不要指望看到帶有老式Type-A端口的USB 4設備或集線器。因為其他最近的標準,，如USB Power Delivery僅適用于Type-C,例如,，如果使用適配器連接到Type-A 3.1端口，速度和功率將下降到最小公分母,。

• 所有USB4主機均支持USB PD

• 目前一些USB Type-C設備支持USB供電（USB PD）標準,，用于向高功率設備供電，但并非所有設備都可以,。每個USB 4設備和主機都必須符合USB PD,，這樣可以實現(xiàn)更高的功率和更好的電源管理。

• USB PD理論上可以提供高達100瓦的功率,，但充電設備不必支持這么大的功率,。因此，無法保證給定的USB 4端口能夠提供或占用特定筆記本所需的數(shù)量,。

• 向后兼容較舊的設備

• 所有USB產(chǎn)品的最佳之處在于它們?nèi)绾螀f(xié)同工作,。USB 4可與USB 3和USB 2設備和端口配合使用。但是你只能獲得連接中最薄弱環(huán)節(jié)的速度和能力,。當將USB 4設備掛接到USB 3.2端口時,，USB 4設備將無法以40 Gbps的速度傳輸，而舊式USB 2端口不會因為將其連接到全新的USB 4備份驅(qū)動器而突然變得更快,。

• 制造成本比USB 3.2更高

• 大規(guī)模采用的另一個障礙是增加了USB 4的成本,雖然不知道PC和設備供應商增加USB 4連接的確切成本，但已知的是它需要比最新的當前標準更昂貴的組件,，USB 3.2

• 為什么USB 4被正式拼寫為“USB4”

• 與其他所有版本的USB不同,，新規(guī)范在版本號之前正式拼寫，沒有空格,。雖然我們認為大多數(shù)人可能會把它寫成USB 4,，但官方名稱是USB4,USB Promoter Group首席執(zhí)行官布拉德·桑德斯（Brad Saunders）解釋說，他在刪除空間方面的目標是將重點放在版本號和品牌名稱上,USB 3.x規(guī)格已經(jīng)填充了不同的版本號,，包括USB 3.0,，USB 3.1 Gen 1，USB 3.1 Gen 2和四個不同版本的USB 3.2，此外還有USB PD等可選功能的存在與否備用模式,。但桑德斯說,，這些數(shù)字真的適合開發(fā)人員，他希望原始設備制造商在營銷他們的產(chǎn)品時會使用更簡單的術(shù)語,，如“SuperSpeed USB”.

• 也許是因為他擔心營銷人員向消費者投入太多數(shù)字,，Saunders表示該組織不打算使用版本號進行規(guī)格更新。因此,，即使兩年內(nèi)迭代速度更快,，它仍然可能被稱為USB 4，但速度數(shù)字在其之后（比如USB 4 80 Gbps）,。

USB4和DP2.0的關(guān)系解讀

2020-05-04日,，VESA組織宣布了DisplayPort Alt Mode 2.0規(guī)范，允許USB Type-C接口轉(zhuǎn)換為DP2.0模式,，用以傳輸音視頻資源,。按照VESA的說法，他們正與USB-IF組織密切合作,，以確保兩者無縫集成,。將來，用戶既可以借助DP接口,、USB-C線纜來輸出,，也能借助USB4接口的DP隧道模式。

USB4和雷電接口的關(guān)系解讀

USB 4則是最新一代的USB標準,，它使用的也是USB-C物理形態(tài),，不過USB 4是基于雷電3打造而來的，所以它們之間是相互兼容的,，雷電3的理論速度就是40Gbps,，英特爾也確認了，USB 4接口其實有兩個版本,，一是全速的“USB4 40”,，帶寬40Gb/s，二是半速的“USB4 20”,，帶寬僅為20Gb/s,，換句話說，全速的USB 4基本等同于雷電3,，實際上雷電3接口在前兩年確實比較超前了,，直到去年英特爾才開始宣布將雷電3協(xié)議免費開放，這才改頭換面冒出個USB 4來引導Windows PC廠商去升級,，也算是換著法子催PC廠商向Mac跟進了,，就目前看來,，USB 4會和雷電3一樣，可以在一根線上同時傳輸PCIe和顯示數(shù)據(jù),，外加傳統(tǒng)USB功能,、100W PD供電

USB4和HDMI接口的關(guān)系解讀

由于應用Thunderbolt信道技術(shù)讓帶寬徹底解封，未來消費者將能夠靠“單條”USB 4連接線,，配合菊花鏈進行多屏幕輸出,，甚至于串聯(lián)其它設備，如AR,、VR頭戴設備等,，用一個接口就讓計算機具備十足的擴展性。

未來USB 4預計將只會有Type-C一種連接端口形式,，配合Thunderbolt,、Power Delivery、DisplayPort等各種標準,，將能涵蓋高速互聯(lián)網(wǎng),、外置顯卡，高畫質(zhì)顯示器,、大容量高速存儲設備等,，甚至讓兩臺計算功能相互連接，而這些事情將只需要一個Type-C端口就能實現(xiàn),。

而這也意味著過去HDMI,、DisplayPort、AC電源,、3.5mm耳機孔多種連接埠同時存在于一臺裝置的情形,，可能將從2021年起被USBType-C，以及USB4.0統(tǒng)一,。當然,，各家廠商的傳輸線，以及Type-C孔的傳輸標準要跟進到USB4,，仍然需要一點時間,。此外，HDMI或DisplayPort接孔即使消失,，預計仍會以協(xié)議的形式,，兼容于USBType-C接孔中。

USB4.0實在太強悍,！外媒稱未來HDMI、DisplayPort接口可能要“失業(yè)”了,！