Czym jest USB4 i dlaczego jest ważne?

Złącza USB są niemal wszędzie w świecie technologii. Wszystkie nowoczesne urządzenia mają port jakiś albo jakieś porty USB. Wykorzystujemy je oczywiście do komunikacji pomiędzy naszymi komputerami, laptopami, drukarkami, skanerami, smartfonami itp. Jakie są wersje interfejsów USB, jaki mają złącza oraz co przyniesienie nam złącze USB 4.0 z oficjalnym nazewnictwem USB4?

USB to skrót od Universal Serial Bus. Jest to standardowy typ połączenia dla wielu rodzajów urządzeń. Ogólnie rzecz biorąc, USB odnosi się do typów kabli i złączy używanych do łączenia wielu typów urządzeń zewnętrznych z komputerami. W rzeczywistości USB stało się tak powszechne, że można je połączyć z prawie każdym urządzeniem podobnym do komputera, takim jak konsole do gier wideo, domowy sprzęt audio/wideo, a nawet znajdziemy te złącza w wielu samochodach.

Standardy USB

Jeżeli ktoś z Was śledził historię złącz USB, to dobrze wie, że doszło tam do niemałego zamieszania w nazewnictwie, w którym naprawdę można się pogubić. Mała ściąga na początek:

• USB 1.1 - urządzenia USB 1.1 mogą osiągnąć maksymalną szybkość transmisji 12 Mb/s, zwaną Full Speed USB
• USB 2.0 - urządzenia zgodne ze standardem USB 2.0 mogą osiągnąć maksymalną szybkość transmisji 480 Mb/s, zwaną High-Speed USB
• USB 3.2 Gen 1 - wcześniej nazywany USB 3.0 , zgodny sprzęt może osiągnąć maksymalną szybkość transmisji 5 Gb/s, zwaną SuperSpeed USB
• USB 3.2 Gen 2 - urządzenia zgodne ze standardem USB 3.1, które wcześniej nazywały się USB 3.1, mogą przesyłać dane z szybkością 10 Gb/s, zwaną Superspeed
• USB 3.2 Gen 2x2 - urządzenia zgodne z USB 3.2, znane również jako USB 3.2, mogą przesyłać dane z prędkością 20 Gb/s, co nazywa się Superspeed USB dual-lane
• USB4 - w oparciu o specyfikację Thunderbolt 3, USB4 oferuje prędkość 40 Gb/s

Rodzaje złącz USB

• USB typu A - pierwsze złącze USB, które jest nadal używane w komputerach, ładowarkach mobilnych, laptopach, telewizorach i wszędzie tam, gdzie jest to możliwe
• USB typu B - aby zmniejszyć rozmiar interfejsu na urządzeniach peryferyjnych, wynaleziono właśnie USB typu B, który swoje zastosowanie ma głównie w drukarkach i skanerach
• Mini-USB lub Mini-B - zostało wynalezione, ponieważ pierwsza specyfikacja USB typu A była zbyt duża i nie można jej było dostosować na urządzeniach przenośnych. Złącze głównie używane w aparatach cyfrowych i innych mobilnych urządzeniach peryferyjnych
• Micro USB - głównie używane do komunikacji oraz ładowania smartfonów, a także używane w kontrolerach gier wideo i innych urządzeniach
• USB typu C - mały interfejs USB do ładowania i komunikacji, zastępuje on Micro USB w prawie wszystkich nowych urządzeniach

Co to jest USB4?

USB4 to najnowsza innowacja w dziedzinie specyfikacji USB. W roku 2017 Intel ogłosił, że będzie udostępniał swoją technologię Thunderbolt innym producentom chipów i to bez opłat licencyjnych. USB4 wykorzystuje interfejs Typu C i oferuje maksymalną prędkość 40 Gb/s, co wystarcza do podłączenia dwóch wyświetlaczy 4K z jednego portu. Prędkość taka sama, jaka oferuje Thunderbolt 3. Urządzenia USB4 mogą korzystać z procesu zwanego "tunelowaniem protokołu", który wysyła pakiety DisplayPort, PCIe i USB w tym samym czasie, odpowiednio przydzielając im przepustowość.

Jeśli używasz więcej niż jednego urządzenia naraz, USB4 może zrozumieć, jakiej przepustowości potrzebują poszczególne urządzenia i dostarczyć każdemu z nich odpowiednią przepustowość - nie więcej, nie mniej. Dzięki obsłudze DisplayPort 2.0, USB4 ma zdolność do przełączania się w tryb jednokierunkowy. Połączenie czterech pasów kabla jednocześnie za pomocą trybu DisplayPort Alt Mode pozwala wykorzystać pełne 80 Gb/s do naprawdę imponujących osiągnięć w zakresie przepustowości, takich jak płynne wyświetlanie na monitorze 8K. USB4 będzie działać tylko przez złącze typu C, tak więc żegnamy się powoli ze złączem typu A. Wpływ na to ma chociażby USB Power Delivery, który działa tylko na USB typu C i w przypadku USB4 będzie ładować z mocą aż do 100W.

Specyfikacja USB4 uzupełnia i rozwija istniejące architektury USB 3.2 i 2.0. W oparciu o specyfikację protokołu Thunderbolt dostarczoną przez firmę Intel Corporation, USB4 podwaja maksymalną łączną przepustowość USB i umożliwia wiele jednoczesnych protokołów danych i wyświetlania. Architektura USB4 definiuje metodę dynamicznego współdzielenia pojedynczego szybkiego łącza z wieloma typami urządzeń końcowych, aby jak najlepiej obsługiwać transfer danych według typu i aplikacji.

Ponieważ złącze USB Type-C ewoluowało do roli zewnętrznego portu wyświetlania wielu produktów hosta, specyfikacja USB4 zapewnia hostowi możliwość optymalnego skalowania alokacji dla przepływu danych wyświetlania. Obsługiwana jest zgodność z istniejącymi hostami i urządzeniami USB 3.2, USB 2.0 i Thunderbolt 3, a wynikowe połączenie skaluje się do najlepszej wzajemnej zdolności podłączanych urządzeń.

Kluczowe cechy USB4 to:

• Praca dwupasmowa przy użyciu istniejących kabli USB typu C i działanie do 40 Gb/s przez certyfikowane kable 40 Gb/s
• Wiele protokołów danych i wyświetlania w celu efektywnego współdzielenia maksymalnej łącznej przepustowości przez magistralę
• Kompatybilność wsteczna z USB 3.2, USB 2.0 i Thunderbolt 3

Czy USB4 i Thunderbolt są takie same?

Gdy USB 3.2 Gen 2 nie przesyłało strumieniowo filmów 4K i nie zapewniało obsługi zewnętrznej grafiki. Aby zaspokoić tę potrzebę, jeden z gigantów sprzętowych w branży komputerowej, Intel, postanowił wynaleźć nową technologię, łączącą najnowszy interfejs USB typu C i nowy standard, który pozwala na transfer danych z prędkością 40Gbps, czyli czterokrotnie szybciej niż USB 3.2 Gen 2. Thunderbolt może również zapewnić moc 100 W do ładowania urządzeń. Chociaż niektóre współczesne urządzenia USB typu C obsługują standard USB Power Delivery do dostarczania energii elektrycznej do urządzeń o dużej mocy, nie wszystkie z nich to robią.

Każde urządzenie USB4 będzie musiało być zgodne z USB PD, co pozwoli na ładowanie wyższą mocą i lepsze zarządzanie energią. Lata temu Thunderbolt korzystał z połączenia Mini DisplayPort, ale kiedy wyszedł Thunderbolt 3, Intel przerzucił się na USB-C. Również w tym wydaniu Intel zezwolił na korzystanie z Thunderbolt za darmo bez płacenia tantiem, więc producenci sprzętu nie mają się czym martwić. Po Thunderbolt 3, USB-IF ogłosił USB4 i powiedział, że będzie oparty on na specyfikacji Thunderbolt 3, co oznacza, że przyjmie jego funkcje. Thunderbolt 4, który jest najnowszą wersją, jest jednak nieco inny. Możesz zobaczyć różnice między wersjami 3 i 4 oraz USB4 na grafice Intela.

Kompatybilność złącza USB4

USB 4 będzie działać z starszymi urządzeniami i portami Typu A - USB 3 oraz USB 2. Powinno być jednak oczywiste, że będzie tutaj występować wąskie gardło, i maksymalne od osiągnięcia przepustowości będą obniżone do najsłabszego elementu w całej układance. Urządzenia wyposażone w USB 3.2 Gen 2x2, Thunderbolt 3 posiadają złącza USB typu C. USB-C opisuje tylko fizyczne połączenie, więc nie wszystkie kable i porty USB-C obsługują prędkości 40 Gb/s. Będziesz potrzebować odpowiedniego kabla i musisz uważnie przyjrzeć się zakupionym urządzeniom, aby upewnić się, że obsługuję one taką wysoką przepustowość.

W celu osiągnięcia maksymalne prędkości, niezbędny będzie kabel z certyfikatem 40Gb/s, podczas gdy standardowy kabel USB-C jest odpowiedni jedynie do osiągniecia prędkości w okolicy 20Gb/s. Ponieważ porty USB-C i Thunderbolt 3 wyglądają identycznie, nie będzie można wzrokowo stwierdzić, czy używany port będzie działał z urządzeniem Thunderbolt, ponieważ w rzeczywistości może to być port USB 3.2 Gen2. USB-IF zaleca (ale nie wymaga), aby produkty były oznaczone wyraźną informacją o obsługiwanych szybkościach transmisji danych, takich jak USB4 20 Gb/s lub USB4 40 Gb/s.

Kiedy będzie USB4?

Całkowite zaadoptowanie wszystkich innowacji technologicznych do naszego życia wymaga czasu, podobnie będzie w przypadku USB4. Chociaż jest lepszy od wszystkich swoich poprzedników i konkurentów, nie będzie w stanie zastąpić on milionów urządzeń działających na innych typach USB. Wszyscy producenci urządzeń będą musieli zacząć wprowadzać USB4 do swoich urządzeń, a to wymaga inwestycji, ponieważ trzeba zmienić swoje istniejące modele produkcyjne.

Wynalezienie adapterów i złączy, które umożliwią nam podłączenie urządzeń o różnych specyfikacjach USB, przyspieszy ten proces. USB4 pojawia się w niektórych komputerach, w tym w nowych iMacach Apple z M1, Macbookach i Mac Mini oraz laptopy z laptopami Intel 11 generacji Tiger Lake . W tej chwili nie znajdziesz całej masy urządzeń sprzedawanych z USB4, ale na wszystko przyjdzie czas.