USB4 将打破 USB2.0/3.0 从未达到过的地方！

自 90 年代的 12Mbps 时代以来，USB 已经走过了漫长的道路。它已经向 USB-B 挥手告别，并逐渐远离 USB-A，转而采用纤薄、可逆的 USB-C 连接器。数据传输速率已显着提高，我们可以使用高分辨率显示器、高速外部存储和 USB 实施者论坛最新开放标准 USB4 的众多其他设备运行强大的设置。

USB4 首次统一了 USB 和 Intel Thunderbolt 协议，扩展了 USB 的功能，同时进一步将技术划分为不同的性能等级。添加动态带宽分配等功能可确保 USB4 是迄今为止最先进的 USB 一代。虽然有支持 USB4 的 PC、扩展坞和电缆，但我们还没有看到该协议可以做的所有事情，比如为没有英特尔品牌的 eGPU 供电。

随着这一切的发生，我们认为现在是关注最新一代、最伟大的 USB 的好时机。我们对 USB4 的所有内容进行了方便的复习，分解了规范的各个关键方面，从它与其他规范的区别到协议隧道、Alt 模式和供电。

USB4 与 USB 3 与 Thunderbolt 一目了然

我们将很快深入研究 USB4 和相关标准。但是，如果您想快速了解当前可用的 USB 代之间的比较以及英特尔最近的 Thunderbolt 迭代，请参阅下表（请注意，速度是最大理论传输速率）：

*不包括即将推出的 USB4 版本 2.0（请参阅下一节）。 

USB4 版本 2.0

上表不包括即将推出的“ USB4 版本 2.0 ”，因为该规范尚未发布。9 月 1 日宣布，它应该通过使用“新定义”的新物理层架构通过 USB-C 实现高达 80Gbps 的传输，正如 USB Promoter Group 所说，80Gbps USB-C 有源电缆和 40Gbps USB-C 无源今天已经存在的电缆。

USB4 2.0 版还将通过利用更大的带宽来提高协议隧道性能，预期的改进包括超过 20Gbps 的 USB 3.2 隧道。

USB-IF 预计将在 2022 年 11 月之前发布规范以及 USB-Type-C 和 USB 供电 (USB PD) 标准的相关更新。

USB4 与 USB-C

现在，一些基础知识。USB4 与 USB-C 有何不同？

您可以将 USB Type-C（或 USB Type-A 等）视为端口和插头的物理形状，将 USB4（或 USB 3.2、Thunderbolt 4 等）视为底层技术。所有 USB4 产品都使用 USB-C 连接器，但并非所有 USB-C 电缆和端口都使用 USB4 协议。

USB4 是最新一代的 USB，由 USB 实施者论坛 ( USB-IF ) 维护。USB4 架构和前几代 USB（如 USB 3.2 和 2.0）是指支持主机或设备与外围设备之间数据交换的电缆总线，正如 USB-IF 将其置于 USB4 规范中一样。

USB-C 电缆或端口可以使用 USB4 技术或更老一代的 USB 架构，如 USB 3.2。

USB-IF对 USB4 和USB-C 电缆和连接器有详细的规范。

什么是 USB4？

USB-IF 于 2019 年发布了基于 USB 2.0 和 3.2 的 USB4 规范，以及英特尔免版税的 Thunderbolt 3 规范。

USB4 与 USB 2.0 和 3.2 兼容，并且可以支持 Thunderbolt 3 和 4。请记住，您将获得可用的最低数据传输速率。例如，如果您将 USB4 40Gbps 电缆插入笔记本电脑上的 USB 3.2 Gen 1 端口，则预计电缆以 5Gbps 的速度工作。

USB4 与 USB 3.2 的不同之处在于它可以以 40Gbps 的速度运行；但是，最大理论传输速率是可选的。与 USB 3.2 Gen 2×2 一样，USB4 至少需要 20Gbps。

USB4 还引入了同时使用多种数据和显示协议并根据当前需求分配总可用带宽的能力。

每秒 40 吉比特

USB4 必须以 20Gbps 的速度运行，但它也可以使用一对双向电缆通道支持 40Gbps 的速度。

USB-IF 的总裁兼首席运营官 Jeff Ravencraft 告诉 Ars，USB4 的多显示器支持取决于计算机“并且是主机可以支持多少流的问题，但是”从带宽的角度来看，最大是四个 1K 显示器[刷新率] 120 Hz，两台 120 Hz 的 4K 显示器和一台 30 Hz 的 8K 显示器。”

但是如果 USB4 可以是 20Gbps 或 40Gbps，你怎么知道你得到了什么？

最好的办法是仔细检查规格表。但为了简化事情，USB-IF 在 2021 年推出了一个包含 USB4 传输速率的徽标计划。徽章如下所示：

速度也受到距离的限制。Ravencraft 表示，无源电缆的最大长度为 3.3 英尺（1 米），而有源铜缆可以达到 13.1 英尺（4 米）并以 40Gbps 的速度运行，“有源光缆可以更长”。

USB-IF 正在远离 USB 3.2 等 USB 子代名称，而 USB4 2.0 版将是下一个重大更新。与此同时，USB-IF 正在推广“USB 40Gbps”、“USB 20Gbps”和“SuperSpeed USB 20Gbps”等品牌，即 USB 3.2 Gen 2×2。但是，随附的徽标是可选的，需要 USB-IF 认证。你仍然会看到很多产品只是简单地标记为 USB4，它并没有告诉你数据传输速率。

动态带宽分配

USB4 的另一个重要特性是它的协议隧道，包括 USB 3.x、DisplayPort 和可选的 PCIe。简而言之，此功能允许 USB4 根据当前需求分配带宽。例如，想象一下使用 USB4 坞站连接您的 PC、显示器和外部 SSD。USB4 将为显示器分配必要的带宽——比如 10Gbps——并将剩余的 30Gbps 分配给外部驱动器。

这与之前的 USB 版本不同，后者可以通过 Alt 模式支持 DisplayPort 和 HDMI，但根据Tom’s Hardware只能在 DisplayPort 和 USB 之间平均分配带宽，而不是在 USB 和 HDMI 之间分配带宽。

协议隧道：USB 3.x、DisplayPort 和 PCIe

根据 USB4 规范，“协议隧道通过特定于每个协议的协议适配器进行接口。对于 USB 和 PCIe 协议，需要本地 USB 集线器和 PCIe 交换机来处理与协议相关的数据包路由和缓冲。”

“对于显示隧道，不需要中间的 DisplayPort 特定逻辑，显示隧道被建立为端到端链接，”规范说。“跨 USB4 Fabric [数据传输协议] 的时间同步使用与每个路由器关联的分布式时间管理单元 (TMU)”或管理 USB Fabric 流量和时间同步的组件。

USB4 是第一代 USB4，它通过 DisplayPort 协议而不是依赖于 Alt Mode 上的 DisplayPort。USB4 的 DisplayPort 隧道基于 DisplayPort 1.4a 规范（我们将很快了解 USB4 通过 Alt 模式支持 DisplayPort 2.0）。

与此同时，PCIe 隧道是我们在 USB4 中很少听到的东西。这部分是因为该功能是可选的，但在 USB4 坞站中除外。PCIe 隧道使 USB4 成为外部存储驱动器和 eGPU 之类的候选者。

但是，我们还没有看到任何专门使用 USB4 的 eGPU（这将绕过英特尔的 Thunderbolt 费用）。诚然，eGPU 是一种更小众的产品。“USB4 支持 PCIe 隧道，因此可以/将支持 eGPU。我们相信我们将看到该产品类别的市场采用率开始起飞，”Ravencraft 告诉 Ars。

根据 USB4 规范，具有支持 PCIe 隧道的 USB4 端口的设备要么具有内部 PCIe 开关，要么通过根端口或PCIe 规范支持的其他方式连接到 PCIe 根复合体。

USB 4 版本 2.0 发布后，应“启用更高性能的 USB 3.2、DisplayPort 和 PCIe 数据隧道，以最好地利用更高的可用 [80Gbps] 带宽，”USB 推广组在宣布该规范时表示。由于 USB 数据架构更新，USB4 版本 2.0 预计将支持 USB 3.2 数据隧道，超过规范的最大数据传输速率 20Gbps。2.0 版也应该与当前的 DisplayPort 和 PCIe 规范保持同步。

USB4 替代模式

USB4 端口仍然可以通过 Alt 模式支持 Thunderbolt 和 DisplayPort。Ravencraft 向 Ars 确认 USB4 不支持 HDMI over Alt 模式。

根据 USB-IF 的 USB Type-C ( 2.1 ) 规范，计算机的所有向下 USB-C 端口都必须支持 DisplayPort Alt 模式才能通过 USB4 认证。“USB4 主机应在其任何 USB Type-C 端口上支持第一个连接的 DisplayPort 显示器，”规范说。“支持随后连接的 DisplayPort 显示器是可选的。”

要成为真正的 USB4 扩展坞，该规范还要求所有向下的 USB-C 端口支持 DisplayPort Alt 模式。这不是前几代 USB 的要求。更具体地说，USB4 可以支持DisplayPort 2.0 Alt Mode。VESA 于 2020 年发布了 USB-IF 规范，但 DisplayPort 2.0 产品今年 才开始缓慢推出。

正如 Ravencraft 所解释的，DisplayPort 2.0 Alt 模式“定义了 USB Type-C 连接器上高速接口信号的使用，与 USB4 不同，并且在某些配置中，DisplayPort Alt 模式可以支持高于 40Gbps，具体取决于模式它正在其中运行。”

通过接管两对双向通道（总共四个通道），VESA 表示 DisplayPort 2.0 Alt Mode 可以以 高达 80Gbps的速度运行。

USB4 240W 供电

根据USB PD 修订版 3.1 规范，USB4 电缆可提供高达 240 W 的功率。USB-IF 宣布在 2021 年末（将最大支持从 100 W 提高），因此 240 W USB-C 功率输出是有限的。但是，有一些240 W USB-C功率计可用，以及来自 Club 3D 的电缆。请注意，USB-C 电缆不必是 USB4 即可支持 240 W 供电；它可以改用老一代的 USB。

240 W 供电也是 USB-C 电缆的一个可选功能，因此为确保您知道自己得到了什么，您可以寻找 USB-IF 的可选徽标，该徽标具有 240 W 和 60 W USB PD 品牌。

当我们讨论功率时，任何 USB4 端口都可以输出至少 7.5 W，高于 USB 3.x 的 4.5 W。

USB4 与雷电 4

当英特尔最终在 2019 年使其免版税时，USB4 是基于 Thunderbolt 协议构建的。因此，USB4 与当前一代的 Thunderbolt 4 之间存在许多相似之处。但也存在关键差异——它们超越了 Thunderbolt 的闪电螺栓标志。

用最简单的话来说，同样需要 USB-C 的 Thunderbolt 4 可以做 USB4 能做的所有事情，并且与 USB4 完全兼容。但是有些东西 Thunderbolt 4 需要 USB4 不需要。Thunderbolt 4 针对高性能计算机，而 USB4 可能会在其他小工具中找到，例如智能手机和平板电脑，因此英特尔的一些更严格的要求是不必要的。

一个很大的不同是，Thunderbolt 4 也可以跨数据和视频使用动态带宽分配，并于 2021 年开始与产品一起推出，始终以 40Gbps 的速度运行。USB4可选40Gbps；一根电缆可以以 20Gbps 的速度运行，仍然被认为是 USB4。不过，当 USB4 2.0 版问世时，它应该能够超过 Thunderbolt 4，达到 80Gbps（尽管届时可能会有更快的 Thunderbolt 版本）。

USB-IF 告诉我们，USB4 可以支持多个显示器，具体取决于计算机。相比之下，Thunderbolt 4 承诺支持多达两个 4K DisplayPort 或 HDMI 显示器，每个显示器以 60Hz 运行，并“通过兼容的坞站或适配器”。

如前所述，PCIe 支持对于 USB4 是可选的，但对于 Thunderbolt 4 必须以 32Gbps 运行（Thunderbolt 3 需要 16Gbps）。这就是为什么你会发现像eGPU和视频采集卡这样的产品依赖于 Thunderbolt 协议的一个重要原因。

在电源方面，USB4 端口必须能够输出至少 7.5 W，但 Thunderbolt 4（或 Thunderbolt 3）端口必须至少提供 15 W。因此，如果您想通过笔记本电脑尽快为设备充电可能，请使用 Thunderbolt 端口。

此外，如果超轻笔记本电脑能够以低于 100 W 的功率充电并且想要包含 Thunderbolt 4 端口，则它必须能够通过 USB 充电。USB4 笔记本电脑没有这样的要求，USB4 设备也不需要能够在设备通过扩展坞连接时唤醒。

据 Ravencraft 称，英特尔提升了 Thunderbolt 4 通过 Thunderbolt 4 电缆在对等网络中连接两台计算机的能力，而 USB4 可以相同地执行相同的功能。如果您需要将大量数据从一个系统移动到另一个系统，这将很有帮助。两种协议还通过适配器支持 10 Gigabit 以太网连接。

此外，Thunderbolt 4 需要使用 Intel 的 VT-d 功能，该功能旨在防止虚拟访问主机系统的物理内存。这迫使合作伙伴使用更多英特尔技术，但同时也是运行虚拟机的人员的安全层。

在电缆长度方面，英特尔表示无源电缆在以 40Gbps 运行时最长可达 6.6 英尺（2 米）。但是，我们已经看到有源 Thunderbolt 4 电缆，即Apple 的 Thunderbolt 4 Pro 电缆，最长可达 9.8 英尺（目前还没有光学选项，尽管已经有Thunderbolt 3 产品达到 32.8 英尺/10 米）。

最后，公司必须向英特尔支付费用才能使用 Thunderbolt 品牌。对于像 USB4 这样的开放标准，情况并非如此。

“通过 USB4，消费者可以获得开放标准为市场带来的所有好处，即多个供应商相互竞争以保持价格竞争力[和] 较低的价格推动销量，从而降低成本/价格，”Ravencraft 说。

这也是为什么您看不到英特尔竞争对手 AMD 的电脑配备 Thunderbolt 端口的原因。但由于 Thunderbolt 是 USB4 协议的一部分，您现在可以通过 USB4 端口从 AMD 笔记本电脑获得 Thunderbolt 功能。

USB的未来

USB-IF 正在积极开发 USB 技术。当被问及 USB 标准的下一步是什么时，USB-IF 的 Ravencraft 预计将努力满足市场对性能和支持的应用程序的需求。

“虽然数据性能和功率显然是 USB 更易于用户关注的领域，但我们也在其他领域开展工作，例如支持新应用和/或改进 USB 在产品中的使用方式，”他说。

我们无法告诉您下一个出色的 USB 功能将是什么，因为 USB-IF 在向开发人员社区发布之前不会提供规格更新。即便如此，通常需要 12 到 18 个月才能开始看到相关产品。不过，我们期待的一件事是 USB-C 将继续成为首选连接器。该技术已在广泛的消费产品中无处不在，以至于到 2024 年秋季，欧盟将要求智能手机、平板电脑、数码相机、手持游戏机、电子阅读器、耳塞、耳机和头戴式耳机使用USB-C， 40 个月后适用于笔记本电脑的任务。

巴西也在考虑对智能手机强制使用USB-C，一些政客已经（以最小的动作）推动了一项战略，要求在美国为消费技术制定通用充电器标准。美国政界人士没有具体点名 USB-C，但很明显，全球都在关注欧盟推出 USB-C 指令，以及它对电子垃圾和客户简化的意义。甚至有传言称，Apple 正在iPhone 上测试 USB-C，这是 USB-C 的长期保留。