USB 3.2和USB 4來襲!USB新標準一覽

李實

USB接口是大家最常見、最熟悉的傳輸接口了，無論是充電還是傳遞數(shù)據(jù)，USB接口在目前的PC和移動設備中都占據(jù)了極為重要的地位。在長期的發(fā)展中，USB通過不斷地提高速度和充電能力，帶來了一代又_代標準的更新?，F(xiàn)在，USB接口的速度標準已經(jīng)發(fā)展到USB 3.2和USB 4，那么，這兩代新的標準又帶來了哪些更新呢？今天本文就和大家一起梳理一下這些內(nèi)容。

USB堪稱全球發(fā)展最成功的數(shù)據(jù)接口。從早期的USB 1.0時代、數(shù)據(jù)傳輸1.5Mbps的接口開始，USB經(jīng)歷了多個世代。出現(xiàn)了USB 1.O、USB 2.0、USB 3.0等多個規(guī)格，接口外形和設計方案也出現(xiàn)了USB Type-A、USB Type-B以及現(xiàn)在比較最常見的uSB Type-C等?，F(xiàn)在，USB-IF組織又公布了全新的USB 3.2標準和未來的USB 4，在速度和規(guī)格上又發(fā)生了一些變化。下面我們一起來看看吧。

USB3.2，讓人迷惑還是更為清晰？

USB 3.2是USB-IF組織新發(fā)布的標準，其正式推出的時間是2017年的9月份。從技術角度來看，USB 3.2是對USB 3.1的改進和補充，核心變化就是數(shù)據(jù)傳輸速度提升到20Gbps，接口則沿用了USB 3.1時代起就確定的Type-C方案，不再支持Type-A和Type-B兩種接口。

之所以USB 3.2R留下了Type-C接口，而放棄了另外兩種接口，究其原因還是隨著技術和產(chǎn)品的不斷發(fā)展，使得Type-A和Type-B這兩種接口已經(jīng)無法取得市場的青睞。具體來說，這兩種接口由于設計時間較早，即使后期進行改進也無法在尺寸和根本的物理特性上進一步提升，其不足包括相對較大的體積、存在插拔方向、可靠性不足、兼容性不強、供電能力較差等。

相應的，Type-C接口在物理結構上做出了改善，大幅度改變了這樣的情況。Type-C接口采用了可靠、無方向性的插拔，所有的信號引腳都設計在了接口中央的“舌頭”上，正反各12個，絕大部分對稱排布。在每組各12個信號接口中，包含了接地、USB 2.0數(shù)據(jù)信號、USB高速信號、供電信號、邊帶（非USB傳統(tǒng)信號）信號等多個數(shù)據(jù)接口。在耐用度方面，Type-C接口的受力部件主要是外部金屬殼，強度更高且更不容易損壞，中央的數(shù)據(jù)通道被弧形外殼保護，很難受到破壞。設計要求顯示，USB Type-C能夠維持10000次以上的插拔不會損壞，按照一天插拔3次來計算的話，USB Type-C插接口至少能使用10年時間。此外，在供電能力方面，由于專用的供電線路的設計，Type-C能夠?qū)崿F(xiàn)五種不同的供電配置，包括最傳統(tǒng)的5V@2A（10W）方案以及新加入的12V@1.5A（18W）、12V@3A（36W）、20V@3A（60W）以及最大的20V@5A（100W），這是在之前的老接口上難以實現(xiàn)的。

在經(jīng)過USB 3.O和USB 3.1時代的過渡之后，USB Type-C逐漸出現(xiàn)在市場中并獲得了用戶的青睞，因此在USB 3.2上，USB-IF決定徹底放棄設計老舊且功能較差的USB Type-A和USB Type-B接口，全力主推全新的USB Type-C，更充分地利用USB Type-C的各個特性，實現(xiàn)傳輸速度的進一步提升。

在USB 3.2規(guī)范中，USB Type-C的高速特性被充分利用。USB Type-C擁有2個高速數(shù)據(jù)傳輸通道，分別被命名為（TX1+/TX1-，RX1+/RX1-）和（TX2+/TX2-，RX2+/RX2-），之前USB 3.1只利用了其中一個通道傳輸數(shù)據(jù)，另一個通道以備用的方式存在。在usB 3.2中，兩個通道可以在合適的情況下都被啟用，并實現(xiàn)每個通道10Gbps的最高傳輸速度，這樣總和就是206bps，采用128b/132b編碼，實際數(shù)據(jù)速度可以達到約2500MB/s，相比現(xiàn)在的USB 3.1直接翻倍。值得一提的是，USB 3.2的通道切換是完全無縫的，無需用戶進行特殊操作。

不過，206bps只是usB 3.2傳輸中的一個規(guī)格而已，這一次USB 3.2發(fā)布后被眾人詬病的原因就是uSB IF希望通過USB 3.2標準，將之前USB 3.O和USB3.1全部納入，只是以不同的版本區(qū)分。根據(jù)USB IF的信息，USB 3.2標準包括如下的內(nèi)容：

從USB IF給出的USB 3.2標準情況來看，其中usB 3.2 Gen 1x1實際上是之前的USB 3.0，USB 3.2 Gen 2則是USB3.1改頭換面而來，只有最后的USB 3.2Gen 2x2才是全新的高速規(guī)格，命名也充分突出了雙高速通道的優(yōu)勢。因此在選購相關產(chǎn)品時，如果用戶對速度有要求，一定要注意USB 3.2的模式名稱，畢竟最高速度和最低速度相差約4倍。

在相關產(chǎn)品研發(fā)方面，目前AMD和英特爾都沒有在主板芯片組上提供原生支持，并且近期內(nèi)也不太可能有原生支持USB 3.2尤其是USB3.2 Gen 2x2的芯片組出現(xiàn)，因此要完成USB 3.2的高速傳輸規(guī)格，還需要第三方主控芯片或者PCIe擴展卡上市。在主控芯片方面，祥碩已經(jīng)展示了相關的芯片產(chǎn)品，傳輸速率已經(jīng)能夠達到20G bps的高度，不過祥碩也表示相關產(chǎn)品將在2019年才能推出，實際登上主板應該在2020年左右了。

USB 4——全面兼容雷電3

在USB 3.2正式協(xié)議公布之后，USB組織又在很短的時間內(nèi)預告了有關USB 4規(guī)格的內(nèi)容。和之前USB 3.2等標準基于USB自家協(xié)議不同的是，USB 4在基礎協(xié)議上不再采用uSB規(guī)范，轉而采用英特爾徹底公開的雷電3規(guī)范，這也是USB數(shù)十年發(fā)展中最大的一次改變。

英特爾的雷電3規(guī)范發(fā)布于2015年。以當時的技術水平來看，雷電3相當先進甚至激進，其支持最高40Gbps的速度以及100W的供電能力，還支持HMDI 2.0（4K@60Hz）或者DisplayPort 1.2（5K@60Hz）的視頻輸出，這樣一來顯示器也可以使用雷電3接口規(guī)格。在外觀接口上面，雷電3和USB Type-C采用完全兼容的物理設計，可以互相插拔，但是雷電3的接口上會帶一個雷電的小Logo，借此以顯示和實際支持USB 3.1規(guī)范、數(shù)據(jù)傳輸速度較低的USB Type-C接口的區(qū)別。

毫不夸張地說，雷電3的傳輸帶寬和相關規(guī)格是非常強大的，甚至遠勝于同期的USB規(guī)范，即使是目前所公布的最新USB 3.2規(guī)范也無法達到雷電3接口的標準。那么，這是不是意味著雷電3接口就天下無敵了呢？事實并不是這樣的。從2015年公布規(guī)范開始，雷電3和相關接口的推廣就不是很順利，主要原因就一個字——貴。

由于雷電3和相關傳輸技術屬于英特爾的專利，因此廠商使用這個接口必須向英特爾繳納相應的專利使用費。另一點非常重要的內(nèi)容是，雷電3為了達到如此高的速度必須使用專用的芯片，英特爾為此也推出了數(shù)款芯片對外銷售，因此價格自然不會便宜。另外，使用雷電3接口的設備還需要經(jīng)過英特爾的認證，自然又需要一定的時間成本和一筆額外的費用支出。這樣一來，雷電3接口的使用門檻就無形之中被抬高了很多，相比幾乎免費開放的USB標準來說，雷電3接口就有點曲高和寡丁。一個典型例證就是，從2015年到現(xiàn)在，也只有463款設備獲得了英特爾的認證，可見其發(fā)展速度并不令人滿意。甚至有部分廠商在第一代產(chǎn)品中支持了雷電3接口，反而又在第二代產(chǎn)品中以普及率、授權費用等問題“倒退”回USB標準，令人唏噓。

為了進一步加速雷電3接口的普及，特別是在如今流行的大量移動設備中提供對雷電3接口的支持，英特爾在2017年5月作出決定，從2018年起免除雷電3接口的授權費用，但是規(guī)范協(xié)議在當時并未徹底開放，還是在一定程度上需要受到英特爾的約束。直到2019年3月，“想通了”的英特爾又才更進一步，向USB推廣組織開放了雷電3接口的所有規(guī)范，今后各大廠商就可以基于該規(guī)范，免費設計和生產(chǎn)支持雷電3的相關設備。接下來USBIF又宣布將雷電3的相關標準納入即將發(fā)布的USB 4規(guī)范中，雷電3和USB繼接口一統(tǒng)后，終于又要在規(guī)范上完成統(tǒng)一了。

根據(jù)目前的消息，新的USB 4接口將納入雷電3的標準，其傳輸速度將提升至最高40Gbps，相比剛發(fā)布的uSB 3.2 Gen 2x2翻了一番，其余雷電3接口的相關特性全部繼承，比如供電能力最高100W、支持視頻傳輸?shù)?。更重要的是，USB 4的整個專利和授權和目前的USB設備方式相同，廠商可以自行研發(fā)相關匹配的設備，包括傳輸芯片等，也不需要經(jīng)過額外的認證，這大大方便了USB 4的拓展和普及。接口規(guī)格方面，uSB 4目前只有Type-C一種，不再支持任何其他的接口方案，諸如Type-A和Type-B都已經(jīng)徹底退出歷史舞臺。

最后再來看看相關標準的發(fā)布時間。usB 4標準目前正在制定中，據(jù)估計可能會在2020年左右正式對外發(fā)布。具體到相關的產(chǎn)品方面，英特爾的10nm處理器已經(jīng)開始考慮納入雷電3的原生支持了，因此對USB 4原生支持也應該不存在技術上的問題，這依舊需要等到2019年底或者2020年初。

總的來看，uSB 3.2的正式發(fā)布和uSB 4相關消息的披露，大大推進了這一在我們生活中應用廣泛的高速接口的發(fā)展，使得數(shù)據(jù)的轉移和復制更為方便?？梢灶A見的是，在USB3.2乃至uSB 4成為主流接口的時候，“一接口走天下”的時代很可能到來，顯示器也只需要一根線就能完成電能和信號傳輸，這將大大方便人們的生活。