USB 4: что это такое и почему «четвёрка» лучше всех предыдущих стандартов
Недавно на Хабре публиковалась новость о том, что USB-IF объявила о спецификации USB4 2.0. Основное достоинство нового стандарта заключается в повышении лимита скорости передачи данных до 80 Гбит/с. Повышение стало возможным благодаря новой аппаратной архитектуре с PAM3 в качестве основы. Ну и ещё один плюс в том, что новый стандарт совместим с USB4 1.0, USB 3.2, USB 2.0.
Есть ли и другие плюсы у USB 4? Почему его появление считается событием в мире IT и как разобраться во всём этом многообразии стандартов? Давайте разбираться.
Как появилась «четвёрка»
Всё началось в 2019 году, когда корпорация Intel решила передать свою спецификацию протокола Thunderbolt 3 разработчикам стандарта USB, организации, которая называется USB-IF. Одно из основных достижений этой спецификации ― как раз поддержка Thunderbolt 3. Правда, она не является обязательной, что может вызывать сложности у пользователя, которому нужен USB-кабель определённого типа. Обычный человек слабо разбирается во всех этих стандартах и совместимостях, а перепутать и взять не тот кабель ― проще простого. Но пока оставим эти сложности, обсудим чуть ниже.
Разработчики USB 4.0, кроме добавления поддержки Thunderbolt 3, поставили перед собой ещё две цели:
увеличить пропускную способность нового стандарта;
унифицировать разъёмы для самых разных устройств и ввести USB Type-C в качестве основного базового разъёма.
В качестве прикладных задач, связанных с этими направлениями работы, было решено добиться возможности одновременного подключения таких устройств, как монитор, накопитель, зарядное устройство и т. п. Соответственно, разработчики решили реализовать селективные настройки параметров хоста в зависимости от характеристик и требований подключаемых устройств.
В результате удалось добиться поддержки нескольких протоколов (USB3, DisplayPort (DP), PCI Express (PCIe)) в рамках одного интерфейса. Каждым подключённым устройством управляет контроллер порта, он же занимается распределением полосы пропускания при подключении нескольких девайсов. Благодаря этому USB4 поддерживает работу одновременно с несколькими мониторами ―, но тут многое зависит, конечно, и от характеристик ПК.
Технические особенности стандарта
Согласно спецификации USB 4.0 все устройства, которые с ним совместимы, разделяются на 4 типа:
Что касается периферийных устройств, то это самые разные аксессуары, включая внешний накопитель. У периферийного девайса будет один входящий порт (UFP). Хаб и док-станция ― сильно похожие по реализации подключения устройства, которые отличаются тем, что док-станция позволяет подключать девайсы и других интерфейсов, не только USB. Ну, а хост ― это ноутбук или десктопный ПК.
USB 4 ― достаточно «умный» стандарт, чтобы учитывать, какую скорость требуют девайсы, которые подключены одновременно. Например, внешний накопитель и монитор. Стандарт спокойно справляется с грамотным распределением ресурсов.
Конечно, добиться появления единого стандарта, который заменит все остальные, не получится, но можно ожидать снижения уровня хаоса в мире USB-кабелей и спецификаций.
Основные характеристики USB 4:
20 и 40 Гбит/с в зависимости от версии;
туннелирование внешних протоколов DP и PCIe;
поддержка DP Alt Mode на всех нисходящих портах;
обратная совместимость вплоть до USB 2.0;
совместимость с TBT3 и скорость 40 Гбит/с, к сожалению, опциональна.
Если обобщить, то таким быстрым, «умным» и универсальным не был до USB 4 ни один другой USB-стандарт. И в этом его основное достоинство.
USB4 2.0 ― пока что лучше всех
Новая версия стандарта, о которой мы начали говорить в самом начале, совместима с DisplayPort 2.1, с его помощью можно выводить изображение на 4К-монитор с частотой обновления 240 Гц или монитор 10K с частотой обновления 60 Гц без сжатия видео. При этом по кабелю будет подаваться питание для монитора. Возможен ещё один вариант ― передача питания по кабелю через монитор к подключённому к нему ноутбуку для зарядки последнего. Правда, вся эта фантастика станет реальностью не ранее 2023 года.
Ещё достоинства USB4 2.0:
повышенная скорость передачи данных. Так, при помощи пассивных USB-C-кабелей можно передавать информацию со скоростью 40 Гбит/c, а активных USB Type-C-кабелей ― до 80 Гбит/с;
возможность изменения скоростей передачи данных таким образом, чтобы в одном направлении скорость составляла 120 Гбит/с, а во втором ― 40 Гбит/с;
обновление протоколов передачи данных для увеличения полосы пропускания;
сохранение обратной совместимости с предыдущими версиями стандарта USB4 1.0, USB 3.2, USB 2.0 и так далее.
Как разобраться в многообразии USB-стандартов?
Ранее нейминг протоколов USB был несколько странным. Так, разработчики из USB-IF в 2021 году решили переименовать USB 3.1 Gen 1 в USB 3.2 Gen 1. А вот USB 3.1 Gen 2 теперь стал USB 3.2 Gen 2. Сложно и не очень понятно. Но год спустя представители USB-IF, видимо, решили всё изменить и рационализировать. Названия поколений стандарта теперь будут снабжать скоростными характеристиками. Как это выглядит, можно посмотреть ниже:
Кроме того, чтобы не запутаться в многообразии USB-кабелей, эти же разработчики приняли решение обозначать разные USB-4 кабели по-разному. Ниже ― пример:
К сожалению, для того чтобы утрясти все юридические нормы решения форума USB-IF, связаться с вендорами электронных устройств и т. п., понадобится время. Так что ранее 2023 года ждать появления этих изменений не стоит.
Что в ближайшем будущем?
Сейчас технология USB очень активно развивается. USB-IF имеет все необходимые ресурсы для её продвижения и популяризации. Кроме того, сам стандарт USB 4 действительно хорош и способен на многое.
Ещё один положительный момент в том, что USB-C становится самым распространённым типом коннектора для USB 4. Так, к осени 2024 года Евросоюз требует от всех производителей электроники, включая ПК, ноутбуки, смартфоны, наушники, добавления порта USB-C вместо любого другого (как, к примеру, Lightning).
Так что мир электронных устройств постепенно приближается к унификации стандартов как передачи данных, так и зарядных устройств, чего многие из нас ждут довольно давно.
