USB 4详细规格正式发布

USB4 版本 2.0 于上个月首次发布，现在有官方规范文档供开发人员遵循。USB 管理机构 USB-IF（USB 实施者论坛）发布了新文档在其网站上，同时发布了新的“USB 80 Gbps”认证标志，可用于达到 80 Gbps 速度的 USB 电缆和设备上。

USB 4（技术上是 USB4，但通常拼写为空格）于 2019 年发布，支持高达 40 Gbps 的连接，同时提供与 Thunderbolt 3 和 4 的交叉兼容性。USB 4 版本 2.0 将最大速度翻倍至 80 Gbps，但可以更高，单向高达 120 Gbps（下行链路为 40 Gbps），为高分辨率显示器供电。

使用 USB4 v2.0 的带宽，该标准完全兼容 DisplayPort 2.1，可以为高达 240 Hz 的 4K 显示器或高达 60 Hz 的 10K 显示器供电，无需压缩。

“这项更新的技术规范扩展了 USB4 速度和数据协议性能，使制造商能够开发出能够向最终用户提供现有 USB 40 Gbps 和 USB 20 Gbps 的产品，”USB-IF 首席执行官 Brad Saunders 在一份官方声明中表示。

据他们所说， USB4 2.0 版规范，这是一项重大更新，旨在实现USB Type-C 电缆和连接器上的 USB 80Gbps 性能。更新后的 USB4 规范使 USB 的最大总带宽增加了一倍，从而受益于更高性能的显示器、存储和基于 USB 的集线器和坞站。USB Type-C 和 USB Power Delivery (USB PD) 规范也已更新，以支持这种更高级别的数据性能。

“对于工程师而言，USB4 的定义是其多协议隧道，这在架构上与其前身 USB 3.2 和 USB 2.0 不同，”USB-IF 董事会主席兼首席执行官 Brad Saunders 说。“这项更新的技术规范扩展了 USB4 速度和数据协议性能，使制造商能够开发出能够向最终用户提供现有 USB 40Gbps 和 USB 20Gbps 之外的 USB 80Gbps 的产品。”他进一步指出。

更新后的 USB 80Gbps 解决方案的主要特点包括：

• 通过现有的40Gbps USB Type-C 无源电缆和新定义的 80Gbps USB Type-C 有源电缆 ，运行速度高达 80Gbps，采用基于 PAM3 信号编码的新物理层架构。

• 可选地，对于某些应用，例如驱动基于 USB4 的高性能显示器，USB Type-C 信号接口可以不对称配置，以在一个方向提供高达 120Gbps 的速率，同时在另一个方向保持 40Gbps。

• 更新数据和显示协议以更好地利用可用带宽的增加

• 与DisplayPort™ 修订版 2.1 和 PCI Express® 修订版 4 保持一致。

• USB 数据架构更新现在使增强型超高速 USB 数据隧道能够超过 20Gbps。

• 向后兼容所有先前版本的 USB。

识别经认证的 USB 80Gbps 解决方案和电缆的指南将遵循新的统一 USB-IF 品牌和营销计划。提醒一下，USB 规范名称和技术术语不适用于向最终消费者描述 USB 功能时使用。

从充电集线器到 PC、家用电器和 Raspberry Pi，通用串行总线 (USB) 名副其实无处不在。但是，USB 有超过 10 种不同的版本、大量的连接器以及各种传输速率和充电功能，它也是一套广泛的标准，如果您不知道自己需要什么，可能会感到困惑。

如果您查看最好的游戏笔记本电脑或最好的游戏 PC之一的规格表，您可能会看到它列出了一个 USB4 端口、一个 USB 3.2 Gen 2 端口和两个 USB 2 端口。但这一切意味着什么，你能期望从每一个中得到什么？我们提供的答案可帮助您了解每种类型的 USB 可以做什么。

如果您使用 USB 传输数据，而不仅仅是充电，最重要的是要知道您的连接速度。因为，为了以高达 10 Gbps 的速度将文件复制到外部 SSD，您需要链中的每个链接来支持该速度：主机 PC、电缆和驱动器本身。

如果每个 USB 端口和产品上都写有最高速度，或者至少在规格表上，那就太好了。事实上，这也是运行 USB 的 USB-IF（USB 实施者论坛）所希望的。该组织最近引入了一种新的命名约定，将每个 5 Gbps 或更快的端口列为 USB 5 Gbps、USB 10 Gbps、USB 20 Gbps 或 USB 40 Gbps，而不使用版本号。获得 USB-IF 认证的 USB 产品的制造商会获得带有 USB 速度编号的徽标，他们可以在其包装上使用这些编号。

但是，大多数 USB 设备都没有经过官方认证过程。即使某些东西通过了认证，您仍然很有可能会看到它以数字版本号（例如 USB 3.2）而不是速度来宣传。您可能还会看到列出的 USB 产品为 Hi-Speed USB、SuperSpeed USB、SuperSpeed USB 10 Gbps 或 SuperSpeed USB 20 Gbps。然而SuperSpeed 名称已被弃用，但仍出现在某些包装和营销材料上。

USB 3.x 的版本非常多，但是，需要知道的重要一点是，USB 3、3.1 和 3.2 都是相同的 5 Gbps 连接，当您在版本之后看到 Gen 2 时会跳到 10 Gbps，当您在名称中看到 Gen 2x2 时会跳到 20 Gbps。

您可能会在设备上看到超过六种常见的 USB 连接器。其中一些连接器在某些类型的设备上更为常见。

追溯到 1990 年代，USB-A 连接器是第一个并且仍然是使用最广泛的 USB 连接器。它是矩形的、扁平的，并且只能以一个方向插入计算机，如果您要插入看不到的端口，这可能会很麻烦。您会在大多数外围设备和计算机上找到 USB Type-A 端口，除了一些太薄而无法支持的超极本。USB Type-A 连接器可能支持 5 或 10 Gbps 种类的 USB 1.1、USB 2 或 USB 3.x，但这完全取决于设备或电缆支持的内容。USB 3.x 端口有时是蓝色的，而那些达到 10 Gbps 的端口有时是红色的。

USB-B 主要用于最大的外围设备，例如打印机。它也可以在内置 USB 集线器的 USB 集线器或显示器上找到，尽管 B 端口始终是将该集线器/显示器连接到您的 PC 的电线的一部分。

Mini USB 在世纪之交与 USB 2.0 规范一起首次出现，现在已成为过去，已被 micro USB 取代。您可能仍会在一些较旧的游戏控制器或数码相机上看到 mini USB。从技术上讲，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。

尽管 USB-C 是一种更新、更好的连接器，尺寸大致相同，但您仍然会在大量设备上看到微型 USB，从廉价的 Android 平板电脑到 Raspberry Pi、微控制器、数码相机、移动电源和智能家居设备。从技术上讲，micro USB Type-A 和 Type-B 都有，但你只会看到 Type-B。

今天出货的大多数新电脑都至少有一个 USB-C 端口（有些还有更多）。这些电缆上的插头呈椭圆形，与任何其他 USB 连接器不同，无论您使用哪个方向插入它们都无关紧要。

USB-C 线缆可以传输数据、视频和电源（最高 240 瓦），但并非每条线缆都支持所有这些功能，因此您需要查看规格。许多新的键盘、鼠标以及几乎所有新的智能手机和平板电脑都带有板载 USB-C 连接器。

除了 Apple 的 iPhone，几乎所有移动设备都通过 USB 充电。您还可以通过 USB 连接为任何最好的超极本或最好的便携式显示器供电。但并非所有 USB 端口和电缆都能提供相同功率的充电。

一些最新的 USB 设备实际上可能在其包装上有一个标志，说明它们可以输出多少功率，但目前这种情况并不常见。大多数现代手机充电器和所有笔记本电脑充电器都使用某种 USB PD，但并非所有 USB-PD 设备都具有相同的最大功率，因此请务必检查充电器和电缆。对于笔记本电脑，60W 是最常见的最小值，而超过 100W 的则不太常见，因为这是一个较新的标准。

DisplayPort 替代模式（Alt 模式）是另一种简化现代 PC（尤其是笔记本电脑）布线的方法。借助 DisplayPort 替代模式，USB-C 电缆可以传输非 USB 信号。在 DisplayPort Alt Mode 的情况下，计算机可以通过 USB-C 电缆传输 DisplayPort 信号。

虽然这对于台式机来说可能不是什么大问题，但对于笔记本电脑来说却是一个很大的优势。USB-C 端口在物理上比 HDMI 或 DisplayPort 小，因此能够在保持笔记本电脑尺寸较小的同时传输 DisplayPort 信号对于 PC OEM 来说是一个福音。

不幸的是，您通常无法仅通过查看笔记本电脑的 USB-C 端口来判断它是否可以传输视频。您需要阅读计算机的说明手册或规格表，或者您可以进行实验。

笔记本电脑上最新的 USB4 端口可以利用 DisplayPort Alt Mode 2.0，它可以在 60 Hz 下以高达 8K 的分辨率运行，并使用 HDR10 颜色。虽然 USB4 本身只能传输 40 Gbps 的数据，但该端口可以发送 80 Gbps 的 DisplayPort 数据，因为它只向一个方向发送所有数据，因此可以接管所有 8 个通道。

您还可以从 USB 3.x 甚至 2.0 Type-A 端口输出视频，等等。尽管 Type-A 上没有 USB alt 模式之类的东西，但仍有许多使用 DisplayLink 技术的扩展坞和便携式显示器。安装正确的驱动程序后，您的计算机将压缩视频并通过标准 USB 信号将其发送到扩展坞。

USB 的优点之一是它的向后兼容性。您可以使用全新的 USB 20 Gbps SSD 并将其插入 1999 年的 USB 1.1 端口，它可能会工作。但是，任何连接的速度都与其最慢的部分一样快。因此，如果您将 USB 40 Gbps 驱动器连接到计算机上的 USB 40 Gbps 端口，但您使用的电缆只能支持 USB 5 Gbps，那么您将只能获得 5 Gbps。

购买 USB 电缆时，寻找最大额定速度尤为重要。您可以找到许多两端使用 USB-C 并提供 60 瓦充电功率的电缆，但只能以 USB 2.0 速度 (480 Mbps) 传输数据。

在这一点上很难相信，但通用串行总线 (USB) 已经存在了二十多年。USB 的起源可以追溯到 1990 年代中期，从 1996 年推出的 USB 1.0 规范开始。随后是 1998 年的 USB 1.1、2001 年的 USB 2.0 和 2008 年的 USB 3.0。在 USB 2.0 发布二十年后，USB4 版本 2.0于 2022 年底发布，进一步提升了连接外围设备的速度。

USB 出现的时候，计算机背面的各种端口都在争夺我们的注意力。不仅有多个串行端口，而且还有一个并行端口（用于打印机）和用于鼠标和键盘的 PS/2 连接器。如果您玩游戏，您的控制器需要一个游戏端口，并且在商业环境中通常会看到用于外部存储的 SCSI 连接器。

USB 被开发为所有这些端口的“通用”替代品，通过使用通用连接器来简化我们连接设备的方式。

USB 1.0 于 1996 年首次亮相，带有我们熟悉的 Type-A 连接器，直到今天仍然存在。USB 1.0 标准提供 1.5 Mbps 的“低速”信号传输速率或 12 Mbps 的“全速”信号传输速率。新生标准 USB 1.1 的第一个修订版于 1998 年问世。

随着 2000 年 USB 2.0 标准的推出，USB 的采用真正开始加速，该标准将最大信号速率大幅提高到 480 Mbps，并获得了“高速”的绰号。

我们还看到了带有 USB 2.0 的 USB On-The-Go 规范的引入，该规范允许具有基于 USB 的连接器的智能手机和平板电脑托管其他 USB 设备。例如，您可以将鼠标、USB 拇指驱动器或数码相机插入三星平板电脑或 Google Pixel 手机的 USB 端口。

2008 年，USB-IF 推出了 USB 3.0，它以 5 Gbps 的速度运行，与之前的 USB 2.0 相比，吞吐量提高了大约 10 倍。即使在今天，这也是大多数设备支持的最高速度。事实上，大多数外围设备只需要 USB 2.0 速度。

然而，USB-IF 在 2013 年推出 USB 3.1 后，在 2013 年又将速度提升了一个档次，信号速率再次翻倍至 10 GBps。最初的 5 Gbps 速度被重命名为 USB 3.1，而 USB 3.1 Gen 2 指的是 10 Gbps 速率。

USB-C 于 2014 年推出，但连接器跨版本，因为您可以拥有一个仅以 2.0 速度运行的 USB-C 端口，或者一个以 20 甚至 40 Gbps 的速度运行的 USB-C 端口。

随着 2017 年 USB 3.2 的推出，我们又看到了另一个 10 GBps 层和一个更快的 20 Gbps 层，两者都具有双通道功能。正是在这个时候，USB-IF 决定将所有 3.x 规范集中在 USB 3.2 下，因此 USB 3.2（无 Gen 或 Gen 1）为 5 Gbps，USB 3.2 Gen 2 为 10 Gbps，USB 3.2 Gen 2x2 为 20 Gbps . 之所以称为 Gen 2x2，是因为它使用两个 10 Gbps 通道。

USB4 于 2019 年宣布为 USB 标准的下一个演变，并且仅使用 USB-C 连接器（而不是传统的 USB-A 连接器）提供。它可以以 20 或 40 Gbps 的速度运行，后者相当于 Thunderbolt 3 或 Thunderbolt 4，因为 USB4 可以与 Thunderbolt 兼容。

使用双组四个双向通道传输数据。

添加了 DisplayPort Alt Mode 2.0，支持 60 Hz 的 8K 分辨率和 HDR10 颜色。DisplayPort 2.0 可以使用高达 80 Gbps 的速率，因为所有八个数据通道都可用于将一个方向的方向发送到显示器。

USB4 2.0 版于 2022 年夏季首次发布。与上一代飞跃一样，USB4 2.0 版再次将带宽翻倍，这次从 40 Gbps 提高到 80 Gbps。这甚至是 40 Gbps 上限的 Thunderbolt 4 速度的两倍。

这些 80 Gbps 速度是使用现有的 40 Gbps 无源电缆或新的有源 USB Type-C 电缆实现的，这些电缆明确额定为更高的速度。USB 3.2 数据隧道现在能够超过 20 Gbps，并且 USB4 版本 2.0 也符合最新的 PCIe 和 DisplayPort 标准。鉴于向后兼容性一直是 USB 接口的一个标志，USB4 版本 2.0 与除Thunderbolt  3 之外的所有可追溯到 USB 2.0 的早期版本兼容。

本文来自微信公众号“半导体行业观察”（ID:icbank），36氪经授权发布。