淺析USB4.0的前世今生

2020-12-22 電子發燒友

淺析USB4.0的前世今生

程序小崔 發表於 2020-04-13 08:47:11

最新消息稱微軟正開始在Win10上開發基於USB4.0的驅動程序，大量廠商已經開發基於USB4.0的設備，或許不用多久，我們就可以使用上基於USB4.0接口的設備，從而大大的提高傳輸速度。那麼USB4.0是什麼？USB4.0的前世今生到底是怎麼回事，他和USB3.0、2.0都是什麼關係？且聽我慢慢道來。

USB4.0統一接口

目前市場是我們能聽到的或者見到的USB接口有多少種呢？USB2.0、USB3.0、USB3.1、USB3.1 Gen1、USB3.2 Gen2，包括即將發布的USB4.0，除了這些協議規範之外，還有Type-A、Type-C、USB公頭母頭等等各種不同的概念，但是也許以後這樣的日子會一去不復返因為在USB 4.0以後也許就只有一種接口了。

USB歷史回顧

回望USB從二十年前的1.0起，截至今天廣泛為人所接受的3.0，USB標準總共經歷了四個版本的迭代：

1995年，第一代USB接口USB1.0發布，最大特點是支持熱插拔（帶電插拔）和即插即用（Plug and Play）。USB1.0 低速（Low Speed） 傳輸速率為 1.5Mbps。

2000年，USB2.0在1.0基礎上，速度升級到480mbps，速度是USB1.0的40倍，被稱為USB 2.0的高速（High-speed）版本。

2014年，USB3.0面世，速度5.0Gbps（500MB/s),這個速度將較之現在的5Gbps快一倍之多。

由於USB 3.0增加了更多並行模式的物理總線，並利用了雙向數據傳輸模式，而USB 2.0時代是半雙工模式。簡單來說，數據只需要朝一個方向流動就可以了，簡化了等待引起的時間消耗。

隨著要傳輸的數據越來越大，USB規格仍在進化。在更新一代的電腦裡，USB3.1的速度被提升到了10Gbps，而達到這種傳輸速度的USB接口，被稱之為USB3.1 Gen2。

USB4.0以USB3.2/2.0架構為基礎打造，重新定義多終端設備共享和單路高速鏈路連接方案，具備自動擴展數據分配能力，多種數據傳輸時互不影響，並可最大限度高效利用帶寬，雙通道環境下最高可達40Gbps。USB 4.0速度是USB 3.0的8倍。

光從字來理解也不夠生動，那我們來看圖說話標識一下。

前面說的那些都是USB的協議版本，它代表的是版本的迭代，新的協議版本越高代表著傳輸速度會越快，至於上圖中的接口外觀出現了兩種的類型一個Type-A、B和C三種類型。在AB兩個版本裡面各有三個級別一個標準版本，一個是mini版本和微接口版本。這就是為什麼我們見到的USB接口為啥這麼多的原因，協議不同接口不同就會多生出一個接口類型，但其實這都是屬於USB接口範疇。

USB 3.0和USB 3.1 Gen1

其實上面的USB接口命名已經很多了，但是這個時候一個大佬可能是覺得這種命名不符合它的身份，為了彰顯其魅力，並且為了體現它的先進性他把接口名稱描述為USB3.1 Gen1，這個公司就是蘋果，其在Macbook Pro電腦上使用了全新的USB Type-C接口，然後描述的是新一代的 USB 3.1 Gen1，大家都知道蘋果公司的號召力的確不一般，因為它的這個改名舉動，大量的廠商也開始玩起來這種換湯不換藥的文字遊戲，也紛紛改名。這迫使USB協會最終把USB3.0規範改名為USB3.1 Gen1，也就是說你用的USB3.0和USB 3.1 Gen1其實從傳輸速度和使用的協議來說是一模一樣的東西。

總結：

1.USB 3.0接口通常為藍色，一定會有5個以上的觸點，而USB 2.0接口的觸點不會超過5個；

2.USB 3.1 Gen1就是USB 3.0換了個馬甲；

3.不要見到USB Type-C就以為它會更快，速度請認準USB 3.1 Gen2.

各個接口的實際傳輸速率

更高的傳輸標準

隨著USB的傳輸數據的要求越來越高，比如外接顯卡或者是通過USB接口外接高清顯示器，這些要求對於USB傳輸的速率要求更高，即使是USB3.1都被提升到了10Gbps/秒也不能擋住對高速率和高功率版本輸出的要求，這個時候又推出了USB3.1 Gen2，也有稱為SuperSpeed+ USB，在USB3.1 Gen1的速度上翻了一倍，達到20Gbps/秒。

但是對於科技進步的探索，人類是永無止盡的，由於intel大力的推廣雷電3接口技術，該技術該技術允許串接多臺設備，並最終達到總40Gbps/秒的帶寬，同時這一接口還能同時傳輸顯示信號，並且能傳送不超過100w的電力。也就是說雷電3接口可以保證在同一根線下面能夠實現傳輸視頻數據和電力輸送功能，那麼USB4.0直接也照辦了這個協議，也就是說USB4.0不僅實現了速率的提升，還實現了雷電3協議所能提供的能力，真是集強大能力為一身啊。並且接口同一採用Type-C接口來實現接口的外觀統一。

當然以上技術的實現，主要還是得感謝intel將私有化的Thunderbolt協議公開給大家來使用，才真正的促使了USB4.0的誕生。

因為USB4.0直連CPU的PCIE總線，最高傳輸速率能達到40Gbps，同時還能傳輸Displayport視頻信號和USB PD快充電流的新一代USB外設傳輸協議，它本質上是Intel的Thunderbolt3技術，但同時也支持USB協議，因此它能完美向下兼容Thunderbolt3、USB3.2、USB3.1及USB2.0協議，這也就是為USB4.0即將開始大規模普及奠定了普及推廣的基石。可以預見的是在未來我們所有的使用設備外接接口將會被USB 4.0所統一。

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