USB4规范正式发布：最快40Gbps，向下兼容共享带宽

shuszhao

日前，USB4 1.0 版规范正式于 USB-IF 网站发布，基于英特尔（Intel）主导的雷电（Thunderbolt）3开发。USB4 1.0 版实体接口端口抛弃 Type-A、Type-B，只用Type-C，最快速度从 USB 3.2 的 Gen2×2 20Gbps 翻倍至 Gen3×2 40Gbps。此外还支持多种数据和显示协议有效共享最大带宽……

USB绝对是科技史上应用范围最广、最接地气的接口，几乎每人每天都要用到。近年来，USB 开发者论坛（USB-IF） 也是相当活跃，将 USB 3.0、USB 3.1、USB 3.2 一路改名改制。如今 USB4 1.0 版规范正式于 USB-IF 网站推出，基于英特尔（Intel）此前捐献给USB推广组织的雷电（Thunderbolt）3开发。

                               
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这次的USB4不仅速度更快，也在宣传方面强化 Type-C，以及 Type-C 传输内容功能多样化，预计很快会被产品设计师、工程师们采用。但是关于Type-C接口、Power Delivery（PD）的具体规格则会在稍后释出。
不同于USB 3.0/3.1/3.2时代使用颜色接口来进行代际区分，USB4 1.0 版实体接口端口直接抛弃了 Type-A、Type-B，独尊Type-C，再也不用担心插反了。Type-C 支持单信道、双信道传输模式，且 USB4 在相同的双路双单工（dual-lane, dual-simplex）架构上，最快速度将从 USB 3.2 的 Gen2×2 20Gbps翻倍至 Gen3×2 40Gbps。除了提高数据传输速度外，USB 4还将提供其他改进：
1.向后兼容USB 3.2，USB 2.0和Thunderbolt 3。
2.多种数据和显示协议，可有效共享最大带宽。

向下兼容，但需要更好的线材


向下兼容USB 3.2、3.1、2.0 和 Thunderbolt 3，但USB 2.0以前的信号传输仍自行独立，不包在 USB4 封包里一同传输。这是因为Gen2 要求传输路径总插入损失于 5GHz 不得超过 17.5dB、Gen3 则是于 10GHz 不得超过 15dB，所以对线材质量有更高的要求。（又要换一批数据线了）

                               
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USB4 系统架构图，可见到 USB 2.0 信号采用独立路径传输。（Source：USB-IF）
有趣的是，在USB 4宣布兼容Thunderbolt的同时，英特尔也宣布完全开放Thunderbolt技术授权，二者将从协议底层整合在一起，互相受益：USB4可以借助Thunderbolt 3获得40Gbps传输速度；Thunderbolt 3则可以借助USB，加速自己的普及。

带宽共享


另外一项较重要的改革，则是 USB4 变更为 Tunnel 隧道式（tunneling）协议，USB4 封包不仅能传递自己的数据，USB3、DisplayPort、PCIe 信号也能包入 USB4 封包传输，共享最高 40Gbps 传输带宽。

                               
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USB4 可使用 1 对线材（SBTX / SBRX）与 1 个旁通通道（用以初始化 USB4 连结与管理）进行单信道传输，亦可透过 2 对线材与 1 个旁通信道进行双信道传输。（Source：USB-IF）

                               
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USB3 信号透过隧道方式于 USB4 结构的传输路径图。（Source：USB-IF）

                               
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PCIe 信号透过隧道方式于 USB4 结构的传输路径图。（Source：USB-IF）

                               
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DispalyPort 1.4a 信号同样透过 USB4 隧道式协议进行传输，仅在左端信号输入与右端信号输出采用 DisplayPort 规范。（Source：USB-IF）

开发Type-C遇到的麻烦，USB4可能也有


与前一世代相同，USB4 主机端不一定要支持所有的功能集，但最少需要支持 Gen2×2 20Gbps 以及 DisplayPort Alt Mode，其余 PCIe 控制器、Gen3×2 40Gbps 在主机端则是选用功能。
主机端 Thunderbolt 3 支持性部分，USB4 同样将其定位在选用功能集，采用 Thunderbolt Alt Mode 方式传输，支持 Gen2 10.3125Gbps 与 Gen3 20.625 Gbps，不过要求 USB4 集线器需于所有 DFP（Downstream Facing Port）加入与 Thunderbolt 3 的交互兼容性。因此过去 Type-C 端口功能标示不清，让人摸不着头绪的情形，依然会发生在 USB4 规格之中（注：DisplayPort Alt Mode 和 Thunderbolt Alt Mode 另行定义于 USB Type-C Specification）。

                               
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USB4 沟通与各项功能层的对应图。（Source：USB-IF）
这份 USB4 1.0 版规范由数个大公司共同签署发表，包含苹果、HP、Intel、Microsoft、Renesas、STMicroelectronics、Texas Instruments，由于芯片制造与整合需要一段时间，最快有望于 2020 年下半年见到第一批支持 USB4 规范的产品上市，且仍需等待 USB-IF 公布 USB4 图像标志。但鉴于目前USB 3.2都还没有完全成熟，官方并没有给出具体时间表，也不知道按照USB-IF一贯的尿性，会不会再次个USB4改名字（把USB 3.2 划入USB4）。
由于Thunderbolt技术早已经用在苹果Macbook和iMac电脑上，这意味着许多Mac用户已经体验过USB4的好处，但新标准对于Mac来说仍然是个好消息。

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