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2020-11-20 07:06 出處:PConline原創 作者:妖花 責任編輯:liyaohua

  在蘋果不久前發佈的三款採用M1晶片的Mac產品中,除了時隔多年後再度換回蘋果自研晶片,帶來讓人驚歎的性能和功耗表現外,還成為首批搭全新USB4規范的設備,全新的USB4(官方特別標注USB和4之間沒有空格)於2019年發佈,目前除了蘋果這幾款終端外,還有數款採用第十一代酷睿Tiger Lake處理器的筆記本產品和少量採用該規范的產品已經率先上市。

MacBook

  不過參考它帶來了大量實用的新特性,USB4擁有相當不錯的普及前景,相信不久的將來,我們就能看到採用該協議的產品大量上市。而今天我們就來聊聊,這個全新的USB規范將能為我們帶來哪些驚喜。

  USB4的主要特性

  跟此前最強的USB規范(USB 3.2 Gen 2×2)相比,全新的USB4規范將擁有更快的傳輸速度、更好的視頻帶寬管理以及對雷電3設備的相容性,此外它還肩負著USB標準化組織(USB-IF)要規范USB協議命名的重任。

最大傳輸速度提升到40 Gbps

USB4

  作為一個數據傳輸協議,USB4最關鍵的陞級自然是傳輸速度,搭配使用完整規格的四個雙向通道線纜進行數據傳輸是,USB4設備的最高傳輸速度達到雷電3接口的40Gbps,相比上一代的USB 3.2 Gen 2×2足足提高了一倍,也為該接口更豐富的應用場景打下基礎。

USB4

  需要注意的是,雖然USB4的理論速度可以達到40 Gbps,但並非所有USB設備達到最高的船速速度標準,而且要達到最高傳輸速度標準也對其他硬體提出了更高的要求,這也是限制雷電3接口普及的重要原因。為此,USB-IF專門制定了20 Gbps版本的USB4規范,雖然理論極限速度下降到一半,但是仍比目前主流的USB 3.x 規范快上不少,並且可以支援下面提到的一些新特性。

視頻傳輸協議陞級為DisplayPort 2.0

DP2.0

  在視頻傳輸協議方面,USB4將從此前的DisplayPort 1.4陞級支援到DisplayPort 2.0,這意味著USB4可以在DisplayPort Alt Mode(備選模式)下,實現對8K@60Hz+HDR10視頻的即時傳輸。參考DisplayPort 2.0協議最高可以支援高達80Gbps的傳輸速率,而且支援在USB模式下實現,因此未來的USB4在視頻傳輸帶寬上還有擁有不少進步空間。

相容現有的雷電3設備

雷電3

  採用完整規格的USB4可以相容現有的雷電3設備,也是USB4規范的一個重要特性,這將大幅提高該規范在推廣初期的可用性,也可以避免雷電2接口向雷電3演進過程中遭遇的相容性問題再次發生。之前一直有說法稱,USB4其實是雷電3的一個新馬甲,不過從具體的應用來看,這兩者之間還是存在不少差異的,後面在技術分析環節我們再詳細討論這一問題

只提供數據傳輸通道,可以動態分配不同類型數據的帶寬

PCIe

  由於USB4規範本身並不提供任何的通用數據傳輸機制,而是提供數據通道並且利用其它數據傳輸協議(USB 3.2、Displayport 、PCIe等)進行目標類型的數據傳輸,該特性搭配全新的動態調配機制,可以大幅提高對數據通道的利用率。

  舉個例子,假如我們使用的是速率為40 Gbps的USB 4設備,傳輸4K視頻的同時要用支援PCIe通道的外置SSD傳輸數據,此時視頻通道只佔用了12.5Gbps的通道,其餘27.5Gbps的帶寬都可以全部用於透過USB協議或PCIe通道進行數據傳輸。而不是像以往一樣每個通道都佔用了固定的帶寬,導致在進行視頻傳輸時(不管是1080P還是4K),數據傳輸的速度就會直接被限制到低速模式。

Type-C接口獨佔

Type-c

  由於各種新特性的支援,完整規格的USB 4只能透過雙向Type-C接口進行傳輸,將不再提供對USB Type-A或USB Type-B接口的相容。這些接口未來應該還會出現在集線器和拓展塢當中,不過就無法利用USB4的新特性。

  這種改變也是大勢所趨,因為像USB-PD快充、多協議雙向傳輸等功能也是有Type-C接口的獨佔功能,未來其他舊式USB接口也將逐步退出歷史舞臺。

所有符合USB4規范的設備都支援PD協議

PD

  在當今一些Type-C設備支援基於PD協議的高功率店媔Ч擉鬎部A並非所有採用該接口的設備都支援這圖改不方便,而來到USB4時代,所有採用該規范的接口都必須支援PD協議,這樣才能確保這些設備穫得充足的店堥挴釧M更出色的電源管理。

成本飆升,但價格會遠低於雷電3

  在一大堆新特性的加持下,線纜、接口和周邊設備的成本自然也會水漲船高,影響這雷電接口普及的最大障礙之一是它的使用成本,為普及這些新特性而來的USB4肯定也考慮到這一點。

  由於USB4並不像雷電接口那樣需要額外的授權費用,擁有這些新特性的USB4線纜自然也會省下一大筆認證費用,而根據目前透露的資訊,USB4在初期並不會像雷電接口一樣只出現在高端市場的產品中,而是將會全面出現在各價位段的產品中。

  USB4接口跟雷電接口的關係

  儘管目前市面上已經有不少採用雷電3接口的外置顯卡拓展塢,但是經過這麼多年過去了,只有少數高端筆記本電腦和台式機會提供這一接口,而在DIY市場,幾乎沒有主板產品會原生提供雷電3接口。

  由於雷電接口主要是intel和蘋果聯合制定的標準,因此目前的市場上,除了最近幾代的Mac產品和少數使用intel處理器的高端Windows筆記本提供對這一接口的支援。

Type-c

  與標準USB協議相比,屬於私有協議雷電協議需要額外的授權費,即便不考慮這一額外的費用,除了需要在CPU上提供支援,還得搭配上額外的輔助晶片才能使用,因此要使用該接口需要付出高昂的額外成本。

  採用AMD處理器和其他移動端Soc的產品更是直接被intel拒之門外,因此這款接口一直難以進行大規模普及,再具吸引力的特性也鮮有用武之地。

  而在英特爾已經將雷電3協議授權給USB標準聯盟,而且核心特性和技術都被應用在全新的USB4規范上,因此完整版USB4的設備在理論上可以與Thunderbolt 3設備相容,這也是這項規范在公佈之初就備受關注的重要原因。

  因為在USB4協議被推廣後,設備製造商將不再需要向英特爾支付任何額外的授權費用,就可以製造出相容現有雷電3設備的產品,消費者也可以用更實惠的價格享受到顯卡拓展塢、超高速外置SSD、多屏4K拓展等現在還高高在上的技術,因此這USB4比雷電3/4更具市場潛力。

  不過需要注意的是,USB4對雷電3的相容並不是硬性要求,設備製造商們推出的USB4接口並不一定能完美相容現有的雷電3設備。

  以蘋果最新的使用自家M1晶片的MAC設備為例,它們雖然是配備了雷電3/USB4連接埠,但是這些Mac卻不能使用外置顯卡拓展塢,這也跟採用ARM結構的處理器與現有顯卡的相容性以及PCIe通道的調用有關。

  同樣的情況也會出現在未來的平板電腦和手機上,因此設備間的相容性不但跟接口相關,也得考慮到連接設備間的相容性。

  而雷電3/4規范短期內也不會因為USB4的推出而被淘汰,採用這該規格的接口仍需要透過英特爾的認證,製造商們要生產對應的設備仍需乖乖給intel交費,不過透過認證的產品在相容性上肯定會更具優勢。

  這種情況就類似與現實器產品上,NVIDIA的G-Sync技術和透過DP1.4接口實現的FreeSync技術之間的關係,雖然支援的FreeSync技術的顯示器可以在相容模式下開啟G-Sync,但是要完美使用G-Sync,顯示器仍需使用專用晶片以及透過NVIDIA的認證。

  因此,雖然完整版的USB4雖然理論上可以在透過相似甚至相同的技術來實現對雷電3/4設備的支援,並且能實現對應的功能(如透過PCIe通道調用顯卡、透過DisplayPort 2.0輸出8K視頻、透過PD實現100W快充),但是它們在實現該功能的過程中遵循的規范和使用的晶片不盡相同。

  而最為重要的是,由於USB4的開源協議,它的功能模組不是固定的,廠商們可以根據產品需要和成本自行選擇,這就意味著,在絕大多數情況下,USB4只能實現某些特性,而透過雷電認證的設備,尤其是線纜,就可以完整實現這些特性,就比如一條支援USB4的線纜,可能在傳輸速度上能達到40Gbps,但受限於線材材質,最大充電功率只能達到20W(最標準仍為7.5W),這種情況在USB 3.x時代已經司空見慣,未來的USB4也無法避免。

  總結來說,雷電3/4接口是一種必須透過強制認證的接口,透過認證即能完整支援協議規定的所有特性(仍需考慮設備間軟硬體相容);而USB4接口只是一種基於推薦規范的接口,滿足最低要求即可使用該名稱,上限表現能達到雷電3的水平,但是下限表現可能跟目前主流的全功能Type-C(USB 3.2)沒有明顯區別。

  他們是能實現類似功能並且部分功能相互相容的兩種不同技術規范,而在實際應用層面,雷電3基本可以認為是USB4的完全體,USB4規范的大部分性能和應用指標也是基於現有的的雷電3規范。

 為什麼USB 4被正式拼寫為“USB4”

  USB4在官方命名上跟以往產品間最大的特點,就是去掉了USB和後綴數字間的空格,根據USB規范委員會的官方講法,USB4將作為一種品牌標識而不再是作為一種版本號來存在,未來也不會出現USB4.x這些名稱,這種操作的最大意義可以強化這項規范的標識感,就像目前無線區域網路領域的Wi-Fi x命名規則,很好地推動了Wi-Fi 6(802.11ax)技術的快速普及。

USB

  相信不少朋友對以往USB規范的命名頗有微詞,各種不同產品線之間的命名五花八們,以USB 3.x未來,一共擁有USB 3.0,USB 3.1 Gen 1,USB 3.1 Gen 2和四個不同版本的USB 3.2在內的數據傳輸規范,以還包括USB PD和USB Alt Mode(DP/HDMI視頻模式)等各類名詞,他們的規范Logo更是豐富,消費者自然也難以直觀地區分這堆協議之間的區別。

  USB規范委員會同時表示,未來的USB4也不再使用USB4.x的版本號進行規格更新,即便未來基於該技術規范的產品能在速度上游更大的突破(比如80Gbps),也未來仍會被稱為USB4,而且還會推廣使用更加直觀的名字,就像USB 3.x被稱為超高速USB(SuperSpeed USB)一樣,USB 4可能會推出更具標示性的名稱,類似於視頻解析度上的480P=高清、720P=超清、1080P=全高清。

  USB4協議產品的未來
  截止目前為止,國內市場在售的產品中,單獨標識為配備USB4接口的終端產品只有採用M1晶片的蘋果Mac系列,而一眾採用第十一代酷睿Tiger Lake處理器的筆記本產品配備的是更強勁的雷電4規范接口,雖然向下相容USB4,但顯然清一色高端產品定位不是USB4接口最大的目標市場。

  展望該規范的未來發展,目前最具潛力的方向就是逐步替代目前基於USB3.x規范的全功能Type-C接口,並且在保留8K輸出、超高傳輸帶寬和兼用雷電3設備這些突出特性,並搭載在更多主流級別產品上,將能有效推動外置顯卡拓展塢(基於USB4而不是雷電3/4)、超高速外置SSD等產品的發展。

  參考4~5年前雷電3接口剛出現,推出拓展塢外設和如今全功能Type-C拓展塢的價格和使用體驗,我們可以充分期待USB4可以帶給我們的體驗,也許在不久的將來,我們可以在主流價位(5000元以內)的輕薄筆記本電腦上以大眾化的價格(500元以內)用上高性能顯卡拓展塢,手機和平板等設備也可以透過USB4外設實現更豐富和優質的拓展功能,而隨著該標準的普及,豐富的功能也會讓數碼設備上的接口更多地統一在基於USB4的Type-C接口,它的潛在市場將會非常廣闊,

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