USB4 – последнее поколение универсальной последовательной шины, которое открывает новые возможности для передачи данных с высокой скоростью, поддерживает дисплеи с высоким разрешением, обеспечивает лучшую совместимость с другими разъёмами и упрощает идентификацию.
Стандарт был представлен в августе 2019 года, но потребовалось время для его запуска. Однако, теперь многие устройства с поддержкой USB4 доступны, что делает его привлекательным вариантом для подключения внешних устройств к ноутбукам и настольным ПК.
USB4 также совместим с прежними стандартами USB, что позволяет новым устройствам работать с предыдущими технологиями без проблем.
USB4 основан на протоколе Thunderbolt 3 и сохраняет многие его преимущества, включая скорость передачи данных до 40 Гбит/с, возможность подключения через USB-C, одновременную обработку видео и данных, а также возможность подачи более высокой мощности.
Благодаря высокой скорости передачи данных и передовым технологиям USB4 обеспечивает оптимальную работу подключённых устройств.
USB4 – это улучшенная версия USB 3.2 Gen 2x2, которая делает его одним из самых универсальных вариантов подключения на сегодняшний день. Интересно? Узнайте больше о USB4.
От USB 1 к USB4
Стандарт USB стал неотъемлемой частью технологического мира. Аббревиатура USB расшифровывается как Universal Serial Bus, и за более чем два десятилетия своего существования он успел завоевать самое широкое признание.
С момента своего появления в 1996 году стандарт претерпел множество изменений, каждое из которых приносило с собой новые возможности и улучшения. Последнее поколение стандарта – самое впечатляющее и инновационное.
Стандарт USB был разработан как способ стандартизации периферийных устройств в рамках единой спецификации. Первая версия стандарта, USB 1.0, использовала традиционное необратимое соединение Type-A на хосте и обеспечивала скорость передачи данных до 12 Мбит/с.
В 2001 году появилась версия стандарта USB 2.0, который был значительно быстрее и позволял передавать данные со скоростью до 480 Мбит/с. USB 2.0 также включал новые форм-факторы, включая порт Micro B, который часто используется на старых телефонах и внешних жёстких дисках.
В 2011 году стандарт USB 3.0 привнёс ещё больший скачок скорости, обеспечивая передачу данных до 5 Гбит/с. За время своего существования стандарт USB 3.0 претерпел несколько итераций, включая USB 3.1 в 2014 году (до 10 Гбит/с) и USB 3.2 в 2017 году (до 20 Гбит/с).
USB 3.0 поддерживался на различных типах разъёмов, включая стандартный разъём A, B и micro-B, а также на новом универсальном разъёме Type-C.
Каждое новое поколение стандарта добавляло новые функции, такие как возможность передачи видео и данных, а также возможность сверхбыстрой зарядки с помощью технологии USB Power Delivery.
И вот, наконец, мы дождались нового обновления стандарта USB. После официального анонса USB Promoter Group 4 марта 2019 года кабели и устройства USB4 стали доступны для использования.
Но, что же представляет собой стандарт USB4? В этой статье мы рассмотрим его особенности и преимущества по сравнению с предшественником, стандартом USB 3.2 во всех его производных.
Одним из ключевых отличий USB4 от предыдущих стандартов является гибкость в выборе пропускной способности, что может существенно повлиять на совместимость устройств и результаты производительности.
Стандарт USB4 доступен, как минимум, в двух вариантах: 40 Гбит/с и 20 Гбит/с, что обеспечивает большую гибкость по сравнению с согласованными спецификациями, предписанными Thunderbolt 4.
Спецификация USB4
Спецификация USB4, созданная группой разработчиков USB, представляет собой серьёзное усовершенствование архитектуры универсальной последовательной шины USB. Она обеспечивает максимальную доступную скорость передачи данных по USB и повышает производительность USB Type-C.
Эта спецификация дополняет и улучшает существующие стандарты USB 3.2 и 2.0, обеспечивая обратную совместимость с предыдущими версиями USB.
Спецификация USB4 основана на протоколе Thunderbolt, разработанном корпорацией Intel. Она удваивает максимальную пропускную способность USB и позволяет одновременно использовать несколько протоколов передачи данных и отображения.
Протокол USB4
Протокол USB4 разработан для эффективного использования одного высокоскоростного канала связи с различными типами периферийных устройств. Он оптимизирует передачу данных для отображения информации.
Протокол поддерживает работу с существующими хостами и устройствами USB 3.2, USB 2.0 и Thunderbolt 3. Это позволяет устанавливать беспроблемные соединения между различными устройствами.
Протокол USB4 обеспечивает быструю передачу больших файлов и данных. Он идеально подходит для приложений, требующих высокой пропускной способности.
Кроме того, протокол поддерживает режим DisplayPort (DP) Alt Mode. Это позволяет передавать видеосигналы по одному кабелю USB-C.
Каковы основные преимущества USB4
Спецификация USB4 (официально известная как «USB4», пишется без пробелов) имеет три ключевые особенности, согласно Форуму разработчиков USB (USB-IF).
К ним относятся:
- Двухполосная работа со скоростью до 80 Гбит/с (по сертифицированным кабелям) с использованием соединения USB Type-C, хотя более скромные скорости, такие как 40 Гбит/с и 20 Гбит/с, будут более распространены; для максимальной производительности рекомендуется приобретать сертифицированные кабели, чтобы гарантировать оптимальную скорость передачи данных.
- Более эффективный обмен данными между протоколами отображения;
- Обратная совместимость с USB 3.2, USB 3.1, USB 3.0, USB 2.0 и даже Thunderbolt 3.
- Более быстрая зарядка через USB Power Delivery до 240 Вт
- Поддержка DisplayPory до версии 2.1 с использованием альтернативного режима DisplayPort через USB.
Кроме того, есть дополнительное преимущество – упрощение системы наименований для USB. За время своего существования предыдущие поколения USB 3 стали чрезвычайно сложными и запутанными. То, что начиналось как USB 3, превратилось в USB 3.1 и USB 3.2, что, в свою очередь, привело к переклассификации предыдущих версий. В результате все они были переименованы в поколения (или Gen) USB 3.2. Таким образом, USB 3.0 стал USB 3.2 Gen 1, а USB 3.1 – USB 3.2 Gen 2.
Версия USB 3.2 с максимальной производительностью получила название USB 3.2 Gen 2x2.
USB4 – это новое поколение разъёмов, которое «начинает всё с чистого листа». Хотя скорость передачи данных может различаться, все они являются частью одного поколения. Все кабели USB4 также имеют разъём USB-C, поэтому указывать тип разъёма не нужно.
Стандарт USB4 v2 позволяет использовать один кабель для передачи видео, аудио, данных и питания, что улучшает пользовательский опыт при использовании высокопроизводительных устройств, таких как внешние накопители и дисплеи.
Значительно более высокая скорость передачи данных через USB4
Первое преимущество USB4 может показаться очевидным: он обеспечивает более высокую скорость передачи данных по сравнению с предыдущими версиями USB.
USB 3.2 Gen 2x2, который был самым быстрым стандартом USB до появления USB4, поддерживал скорость передачи данных до 20 Гбит/с. Однако, его более распространённый аналог на 10 Гбит/с всё ещё широко используется в устройствах.
USB 3.2 Gen 2 обеспечивает скорость передачи данных до 10 Гбит/с, а USB 3.2 Gen 1 (и все предыдущие версии USB 3.0 и 3.1) – до 5 Гбит/с.
Первоначальная спецификация USB4 была разработана с целью обеспечить максимальную производительность в 40 Гбит/с, что соответствует скорости протокола Thunderbolt 3, на основе которого он был создан. Однако, с тех пор Форум разработчиков USB представил новую сертификацию USB 80 Гбит/с, которая позволит некоторым активным кабелям USB4 передавать данные со скоростью до 80 Гбит/с, что в два раза превышает скорость Thunderbolt 4.
Кабели, сертифицированные по стандарту USB 80 Гбит/с, будут иметь уникальный логотип, а кабели, способные обеспечить более высокую мощность, будут иметь дополнительные логотипы, указывающие на их потенциал.
Контроллеры, разработанные на основе кремния, и PHY IP играют ключевую роль в обеспечении высокоскоростной передачи данных в устройствах USB4, уменьшая проблемы с потерей канала и повышая общую производительность системы.
Как и Thunderbolt 3, USB4 использует соединение USB Type-C. Это округлое и обратимое соединение можно увидеть на большинстве современных телефонов и ноутбуков с операционной системой Android.
Кроме того, конструкция USB Type-C позволяет подключать дисплеи, что соответствует второй характеристике USB4 – динамическому распределению полосы пропускания для передачи данных и подключения дисплеев.
Реализация USB4 производителями может существенно повлиять на его производительность и совместимость, особенно в отношении продуктов Thunderbolt.
Улучшенное распределение полосы пропускания через USB Type-C
В отличие от других спецификаций USB, которые также могут передавать данные и отображать информацию, они часто сталкиваются с проблемой распределения пропускной способности. Это означает, что при подключении внешних устройств, таких как накопитель данных и дисплей, к компьютеру через док-станцию USB Type-C, пропускная способность делится между ними поровну. Это может снизить скорость передачи данных накопителя.
USB4 не имеет таких ограничений, поскольку он может динамически регулировать распределение пропускной способности в зависимости от требований подключённых устройств. Это позволяет улучшить функциональность подключённых устройств.
Раньше данные и видео передавались по разным каналам, это означало, что если подключённый дисплей не использовал всю доступную пропускную способность (5 или 10 Гбит/с), то оставшаяся часть не могла быть использована для передачи данных. Теперь же данные и видео могут совместно использовать пропускную способность, что делает подключение нескольких устройств через док-станцию более эффективным.
Обратная совместимость USB4 с USB 2.0 и выше
Появление разъёма Type-C уже вызвало у многих пользователей беспокойство, и USB-IF, вероятно, в курсе этой ситуации. Чтобы не сделать другие спецификации USB устаревшими, USB4 обратно совместим со всеми версиями от USB 2.0 до последних спецификаций USB 3.2 Gen 2x2. Это хорошая новость для пользователей с устаревшими USB-устройствами, хотя есть некоторые нюансы.
Хотя старые USB-устройства смогут подключаться к порту USB4 (при необходимости через адаптер), они будут работать только на более низкой скорости. Например, внешний жёсткий диск USB 2.0 сможет подключиться к порту USB4 через адаптер, но скорость передачи данных будет ограничена скоростью USB 2.0 (до 480 Мбит/с).
Подача электроэнергии через USB4
Power Delivery (PD) – это важный аспект спецификации USB4, позволяющий подавать питание по одному кабелю USB-C.
Спецификация поддерживает возможности подачи питания до 100 Вт, что позволяет заряжать более крупные устройства, такие как ноутбуки.
Форум разработчиков USB (USB-IF) определил спецификации подачи питания для USB4, гарантируя, что устройства могут согласовывать и подавать требуемые уровни мощности.
Эта функция особенно полезна для ноутбуков, поскольку она позволяет заряжать устройства, одновременно передавая данные по тому же кабелю.
Возможности вывода видео через USB4
USB4 предоставляет расширенные возможности для вывода видео. Это позволяет передавать видео высокого разрешения по одному кабелю USB-C, что делает его идеальным решением для приложений, требующих высококачественного видеовывода.
Спецификация также поддерживает различные протоколы отображения, что позволяет пользователям подключать несколько дисплеев к одному устройству.
Кроме того, USB4 позволяет использовать адаптеры для преобразования сигналов DisplayPort в HDMI, обеспечивая большую гибкость и совместимость с различными устройствами.
Сравнение: USB4 против Thunderbolt 3 против Thunderbolt 4
USB-IF чётко обозначил, что USB4 будет совместим с Thunderbolt 3, но есть нюансы, которые стоит учесть.
Важно понимать, что стандарт USB4 основан на протоколе Thunderbolt 3, который Intel «пожертвовала» USB. Но, хотя он основан на протоколе Thunderbolt 3, последний не является обязательным для USB4.
Прежде чем использовать устройства USB4, необходимо проконсультироваться с производителем, чтобы убедиться в их совместимости со стандартами USB4 и Thunderbolt. Устройства USB4 должны быть сертифицированы Intel как «сертифицированные Thunderbolt 4», чтобы использовать логотип Thunderbolt.
Порты USB4, совместимые с Thunderbolt 3, будут считаться портами Thunderbolt 4. Это означает, что не все компьютеры с USB4 смогут работать с периферийными устройствами Thunderbolt 3 и Thunderbolt 4 в соответствии со спецификациями Thunderbolt 3 или 4, но они смогут использовать все возможности кабеля в рамках спецификаций USB4.
Таким образом, маловероятно, что Thunderbolt 3 исчезнет с рынка ПК. Хотя, скорее всего, мы увидим больше настольных компьютеров и ноутбуков USB4 с процессорами AMD, они не всегда будут поддерживать Thunderbolt 3, так как им потребуется отдельная сертификация Intel.
С другой стороны, устройства на базе Intel с USB4, вероятно, будут совместимы с Thunderbolt 3, поскольку они уже используют технологию Intel. Проще говоря, USB4 может поддерживать Thunderbolt 3, но это не обязательно.
Потребители должны обратить внимание на то, поддерживает ли новое устройство Thunderbolt 3 через USB4, если они хотят использовать его через Thunderbolt 3. Интеграция PCIe в USB4 имеет важное значение для достижения высокой скорости передачи данных.
Однако для тех, кто хочет максимально увеличить скорость передачи данных, поддержка Thunderbolt на компьютерах на базе AMD может быть не важна. USB4 способен передавать данные со скоростью до 80 Гбит/с и мощностью до 240 Вт, что не имеет аналогов даже на лучшем соединении Thunderbolt 4.
Совместимость устройств USB4
В спецификации USB4 совместимость устройств имеет ключевое значение. Это гарантирует, что устройства смогут подключаться и взаимодействовать без каких-либо проблем.
Спецификация поддерживает обратную совместимость с предыдущими стандартами USB, включая USB 3.2 и USB 2.0, а также Thunderbolt 3. Это позволяет пользователям подключать старые устройства к новым без необходимости использования дополнительных адаптеров или преобразователей.
Спецификация USB4 также устанавливает требования к совместимости устройств, обеспечивая производителям возможность создавать устройства, соответствующие необходимым стандартам.
Кроме того, спецификация поддерживает использование кабелей и разъёмов USB-C, предоставляя универсальный разъём для передачи данных, подачи питания и вывода видео.
Что ещё может USB4
Помимо более высокой скорости передачи данных, улучшенного распределения пропускной способности и обратной совместимости, USB4 предлагает более надёжную систему Power Delivery.
Согласно первоначальной спецификации, USB4 мог обеспечить до 100 Вт через порт USB-C. Однако, с тех пор Форум разработчиков USB выпустил спецификацию USB4 2.0, которая не только обеспечивает пропускную способность до 80 Гбит/с на совместимых активных кабелях USB4, но и позволяет увеличить USB Power Delivery до 240 Вт. Это позволяет быстрее заряжать даже самые мощные ноутбуки.
Другие устройства, такие как цифровые камеры, внешние жёсткие диски и флэш-накопители, также выигрывают от расширенных возможностей технологии USB4.
Многие порты USB-C до USB4 уже поддерживали некоторую форму Power Delivery, но USB4 значительно увеличивает потенциальную мощность зарядки. Однако, не все порты USB4 поддерживают самые высокие возможности зарядки, и Форум разработчиков USB потребовал, чтобы кабели, совместимые с определённой мощностью, имели логотипы, чтобы было ясно, что они могут обеспечить.
Возможность USB4 для потоковой передачи контента с высокой пропускной способностью, например видео, делает его особенно полезным для таких задач, как мультимедийные презентации и редактирование видео.
При реализации хостом USB4 также может использовать интеллектуальную подачу питания. Это позволяет кабелю USB4 подавать столько питания, сколько запрашивает подключённое устройство, до 240 Вт.
Ещё лучше то, что подача питания через USB4 является двунаправленной, что позволяет передавать питание на подключённое устройство и от него. Это может быть особенно полезно при подключении к внешним дисплеям, поскольку они затем могут использовать свой основной источник питания для зарядки подключённого ноутбука.
USB4 использует режим DisplayPort Alt для передачи видео на внешний дисплей и может даже использоваться для последовательного соединения нескольких внешних дисплеев. Представленный с разъёмом USB-C в более ранних поколениях технологии USB, USB4 использует режим DisplayPort Alt во многом таким же образом, хотя и в более продвинутом стандарте.
Первоначальная спецификация USB4 поддерживала DisplayPort 1.4, но более новый стандарт USB4 80Gbps открывает возможность поддержки DisplayPort 2.1, что даёт ему возможность передавать видео 4K с частотой до 240 Гц или даже обрабатывать один дисплей 10K с частотой до 60 Гц.
USB4 версии 2: новый стандарт USB4
Форум разработчиков USB представил новую версию технологии универсальной последовательной шины USB4. Это значительное усовершенствование обещает произвести революцию в возможностях передачи данных и питания.
С новой итерацией USB4 v2 обеспечивает беспрецедентную скорость до 80 Гбит/с, удваивая максимальную пропускную способность своего предшественника. Это усовершенствование обеспечивает более быструю передачу данных, улучшенные возможности вывода видео и надёжную подачу питания для высокопроизводительных устройств.
USB4 v2 сохраняет обратную совместимость с предыдущими стандартами USB, что делает его универсальным выбором для пользователей, ищущих наивысшую производительность от своих подключенных устройств.
Версия 2 стандарта USB4 также предлагает улучшенную поддержку современных протоколов отображения, включая DisplayPort 2.1, который позволяет передавать видеосигналы с потрясающим качеством изображения. Это делает его оптимальным выбором для пользователей, которым требуется высококачественный видеовыход для таких задач, как редактирование видео, игры и мультимедийные презентации.
Кроме того, способность USB4 v2 динамически распределять пропускную способность между протоколами данных и отображения обеспечивает оптимальную производительность для подключенных устройств даже при работе с ресурсоёмкими приложениями.
Ещё одной важной особенностью USB4 v2 являются улучшенные возможности питания. Благодаря поддержке мощности до 240 Вт, USB4 v2 может эффективно заряжать ноутбуки и другие энергоёмкие устройства, одновременно передавая данные и видео по одному кабелю. Это делает его отличным выбором для пользователей, которым нужна оптимизированная и эффективная настройка без ущерба для производительности.
