Εισαγωγή στο USB 4

Εισαγωγή στο USB 4

Το USB4 είναι το σύστημα USB που καθορίζεται στην προδιαγραφή USB4. Το USB Developers Forum κυκλοφόρησε την έκδοση 1.0 στις 29 Αυγούστου 2019. Το πλήρες όνομα του USB4 είναι Universal Serial Bus Generation 4. Βασίζεται στην τεχνολογία μετάδοσης δεδομένων "Thunderbolt 3" που αναπτύχθηκε από κοινού από την Intel και την Apple. Η ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων του USB4 μπορεί να φτάσει έως και 40 Gbps, η οποία είναι διπλάσια από την ταχύτητα του τελευταίου USB 3.2 (Gen2×2).

Σε αντίθεση με τα προηγούμενα πρότυπα πρωτοκόλλου USB, το USB4 απαιτεί μια υποδοχή USB-C και χρειάζεται την υποστήριξη του USB PD για τροφοδοσία. Σε σύγκριση με το USB 3.2, επιτρέπει τη δημιουργία σηράγγων DisplayPort και PCI Express. Αυτή η αρχιτεκτονική ορίζει μια μέθοδο για τη δυναμική κοινή χρήση μιας ενιαίας σύνδεσης υψηλής ταχύτητας με πολλαπλούς τύπους τερματικών συσκευών, η οποία μπορεί να χειριστεί καλύτερα τη μετάδοση δεδομένων ανά τύπο και εφαρμογή. Τα προϊόντα USB4 πρέπει να υποστηρίζουν απόδοση 20 Gbit/s και μπορούν να υποστηρίξουν απόδοση 40 Gbit/s. Ωστόσο, λόγω της μετάδοσης σηράγγων, κατά τη μετάδοση μικτών δεδομένων, ακόμη και αν τα δεδομένα μεταδίδονται με ρυθμό 20 Gbit/s, ο πραγματικός ρυθμός μετάδοσης δεδομένων μπορεί να είναι υψηλότερος από αυτόν του USB 3.2 (USB 3.1 Gen 2).

Το USB4 χωρίζεται σε δύο εκδόσεις: 20Gbps και 40Gbps. Οι συσκευές με διεπαφή USB4 που διατίθενται στην αγορά μπορεί να προσφέρουν είτε την ταχύτητα 40Gbps του Thunderbolt 3 είτε μια μειωμένη έκδοση των 20Gbps. Εάν θέλετε να αγοράσετε μια συσκευή με την υψηλότερη ταχύτητα μετάδοσης, δηλαδή 40Gbps, είναι καλύτερο να ελέγξετε τις προδιαγραφές πριν κάνετε την αγορά. Για σενάρια που απαιτούν μετάδοση υψηλής ταχύτητας, η επιλογή του κατάλληλου USB 3.1 C TO C είναι κρίσιμη, καθώς αποτελεί τον βασικό φορέα για την επίτευξη ταχύτητας 40Gbps.

Πολλοί άνθρωποι μπερδεύονται σχετικά με τη σχέση μεταξύ USB4 και Thunderbolt 4. Στην πραγματικότητα, τόσο το Thunderbolt 4 όσο και το USB4 είναι κατασκευασμένα με βάση το υποκείμενο πρωτόκολλο του Thunderbolt 3. Συμπληρώνονται μεταξύ τους και είναι συμβατά. Οι διεπαφές είναι όλες Type-C και η μέγιστη ταχύτητα είναι 40 Gbps και για τις δύο.

Καταρχάς, το καλώδιο USB4 στο οποίο αναφερόμαστε είναι το πρότυπο μετάδοσης USB, το οποίο είναι μια προδιαγραφή πρωτοκόλλου που σχετίζεται με την απόδοση και την αποτελεσματικότητα της μετάδοσης USB. Το USB4 μπορεί να θεωρηθεί ως η «τέταρτη γενιά» αυτής της προδιαγραφής.

Το πρωτόκολλο μετάδοσης USB προτάθηκε και αναπτύχθηκε από κοινού από πολλές εταιρείες, όπως οι Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC και Nortel το 1994. Κυκλοφόρησε ως έκδοση USB V0.7 στις 11 Νοεμβρίου 1994. Αργότερα, αυτές οι εταιρείες ίδρυσαν έναν μη κερδοσκοπικό οργανισμό για την προώθηση και την υποστήριξη του USB το 1995, με το όνομα USB Implementers Forum, το οποίο είναι το γνωστό USB-IF, και το USB-IF είναι πλέον ο οργανισμός τυποποίησης USB.

Το 1996, η USB-IF πρότεινε επίσημα την προδιαγραφή USB1.0. Ωστόσο, ο ρυθμός μετάδοσης της USB1.0 ήταν μόνο 1,5 Mbps, το μέγιστο ρεύμα εξόδου ήταν 5V/500mA και εκείνη την εποχή υπήρχαν πολύ λίγες περιφερειακές συσκευές που υποστήριζαν USB, επομένως οι κατασκευαστές μητρικών πλακετών σπάνια σχεδίαζαν απευθείας διεπαφές USB στη μητρική πλακέτα.

▲USB 1.0

Τον Σεπτέμβριο του 1998, η USB-IF κυκλοφόρησε την προδιαγραφή USB 1.1. Ο ρυθμός μετάδοσης αυξήθηκε στα 12 Mbps αυτή τη φορά και ορισμένες τεχνικές λεπτομέρειες στο USB 1.0 διορθώθηκαν. Το μέγιστο ρεύμα εξόδου παρέμεινε 5V/500mA.

Τον Απρίλιο του 2000, εισήχθη το πρότυπο USB 2.0, με ρυθμό μετάδοσης 480 Mbps, δηλαδή 60MB/s. Είναι 40 φορές μεγαλύτερο από το USB 1.1. Το μέγιστο ρεύμα εξόδου είναι 5V/500mA και υιοθετεί σχεδιασμό 4 ακίδων. Το USB 2.0 εξακολουθεί να χρησιμοποιείται μέχρι σήμερα και μπορεί να θεωρηθεί το πρότυπο USB με τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.

Ξεκινώντας από το USB 2.0, η USB-IF επέδειξε το «μοναδικό της ταλέντο» στην μετονομασία.

Τον Ιούνιο του 2003, η USB-IF μετονόμασε τις προδιαγραφές και τα πρότυπα του USB, αλλάζοντας το USB 1.0 σε έκδοση USB 2.0 Low-Speed, το USB 1.1 σε έκδοση USB 2.0 Full-Speed και το USB 2.0 σε έκδοση USB 2.0 High-Speed.

Ωστόσο, αυτή η αλλαγή είχε μικρό αντίκτυπο στην τρέχουσα κατάσταση εκείνη την εποχή, επειδή τα USB 1.0 και 1.1 έχουν ουσιαστικά εγκαταλείψει το ιστορικό στάδιο.

Τον Νοέμβριο του 2008, η Ομάδα Προώθησης USB 3.0, η οποία αποτελείται από κολοσσούς του κλάδου όπως η Intel, η Microsoft, η HP, η Texas Instruments, η NEC και η ST-NXP, ολοκλήρωσε το πρότυπο USB 3.0 και το κυκλοφόρησε δημόσια. Η επίσημη ονομασία που δόθηκε ήταν «SuperSpeed». Η Ομάδα Προώθησης USB είναι κυρίως υπεύθυνη για την ανάπτυξη και τη διαμόρφωση των προτύπων της σειράς USB και τα πρότυπα τελικά θα παραδοθούν στην USB-IF για διαχείριση.

Ο μέγιστος ρυθμός μετάδοσης του USB 3.0 φτάνει τα 5,0 Gbps, δηλαδή 640MB/s. Το μέγιστο ρεύμα εξόδου είναι 5V/900mA. Είναι πλήρως συμβατό με το 2.0 και υποστηρίζει μετάδοση δεδομένων full-duplex (δηλαδή, μπορεί να λαμβάνει και να στέλνει δεδομένα ταυτόχρονα, ενώ το USB 2.0 είναι half-duplex), ενώ διαθέτει και καλύτερες δυνατότητες διαχείρισης ενέργειας και άλλα χαρακτηριστικά.

Το USB 3.0 υιοθετεί σχεδιασμό 9 ακίδων. Οι πρώτες 4 ακίδες είναι ίδιες με αυτές του USB 2.0, ενώ οι υπόλοιπες 5 ακίδες είναι ειδικά σχεδιασμένες για USB 3.0. Επομένως, μπορείτε να προσδιορίσετε εάν είναι USB 2.0 ή USB 3.0 από τις ακίδες.

Τον Ιούλιο του 2013, κυκλοφόρησε το USB 3.1, με ταχύτητα μετάδοσης 10 Gbps (1280 MB/s), με την ονομασία SuperSpeed+, και η μέγιστη επιτρεπόμενη τάση τροφοδοσίας αυξήθηκε στα 20V/5A, δηλαδή στα 100W.

Η αναβάθμιση του USB 3.1 σε σύγκριση με το USB 3.0 ήταν επίσης πολύ προφανής. Ωστόσο, λίγο αργότερα, η USB-IF μετονόμασε το USB 3.0 σε USB 3.1 Gen1 και το USB 3.1 σε USB 3.1 Gen2.

Αυτή η αλλαγή ονόματος προκάλεσε προβλήματα στους καταναλωτές, επειδή πολλοί αδίστακτοι έμποροι επισήμαναν τα προϊόντα μόνο ως υποστηριζόμενα από USB 3.1 στη συσκευασία, χωρίς να αναφέρουν αν ήταν Gen1 ή Gen2. Στην πραγματικότητα, η απόδοση μετάδοσης των δύο είναι αρκετά διαφορετική και οι καταναλωτές ενδέχεται να πέσουν κατά λάθος σε παγίδα. Επομένως, αυτή η αλλαγή ονόματος ήταν μια κακή κίνηση για την πλειοψηφία των καταναλωτών.

Τον Σεπτέμβριο του 2017, κυκλοφόρησε το USB 3.2. Με το USB Type-C, υποστηρίζει δύο κανάλια 10 Gbps για μετάδοση δεδομένων, με ταχύτητα έως και 20 Gb/s (2500 MB/s), και το μέγιστο ρεύμα εξόδου εξακολουθεί να είναι 20V/5A. Άλλες πτυχές έχουν μικρές βελτιώσεις.

▲Η διαδικασία αλλαγής ονόματος USB

Ωστόσο, το 2019, η USB-IF πρότεινε μια άλλη αλλαγή ονόματος. Μετονόμασαν το USB 3.1 Gen1 (το οποίο ήταν το αρχικό USB 3.0) σε USB 3.2 Gen1, το USB 3.1 Gen2 (το οποίο ήταν το αρχικό USB 3.1) σε USB 3.2 Gen2 και το USB 3.2 σε USB 3.2 Gen 2×2.

Τώρα και Μέλλον: Το Άλμα Προς τα Εμπρός του USB4

Τώρα που φτάσαμε στο USB4, ας ρίξουμε μια ματιά στις αναβαθμίσεις και βελτιώσεις αυτού του νέου προτύπου πρωτοκόλλου. Πρώτα και κύρια, δεδομένου ότι πρόκειται για αναβάθμιση σε διάφορες γενιές από "3" σε "4", η βελτίωση πρέπει να είναι σημαντική.

Με βάση όλες τις πληροφορίες που έχουμε συγκεντρώσει, τα νέα χαρακτηριστικά του USB4 συνοψίζονται ως εξής:

1. Μέγιστη ταχύτητα μετάδοσης 40 Gbps:

Μέσω μετάδοσης διπλού καναλιού, η θεωρητική μέγιστη ταχύτητα μετάδοσης του USB4 θα πρέπει να μπορεί να φτάσει τα 40 Gbps, η οποία είναι η ίδια με αυτή του Thunderbolt 3 (αναφέρεται ως "Thunderbolt 3" παρακάτω).

Στην πραγματικότητα, το USB4 θα έχει τρεις ταχύτητες μετάδοσης: 10 Gbps, 20 Gbps και 40 Gbps. Επομένως, αν θέλετε να αγοράσετε μια συσκευή με την υψηλότερη ταχύτητα μετάδοσης, δηλαδή 40 Gbps, καλό είναι να ελέγξετε τις προδιαγραφές πριν από την αγορά.

2. Συμβατό με διεπαφές Thunderbolt 3:

Ορισμένες (όχι όλες) οι συσκευές USB4 μπορούν επίσης να είναι συμβατές με διεπαφές Thunderbolt 3. Δηλαδή, εάν η συσκευή σας διαθέτει διεπαφή USB4, ενδέχεται να είναι δυνατή και η εξωτερική σύνδεση μιας συσκευής Thunderbolt 3. Ωστόσο, αυτό δεν είναι υποχρεωτικό. Η συμβατότητα ή όχι εξαρτάται από την άποψη του κατασκευαστή της συσκευής.

3. Δυνατότητα δυναμικής κατανομής πόρων εύρους ζώνης:

Εάν χρησιμοποιείτε τη θύρα USB4 ενώ παράλληλα τη χρησιμοποιείτε για να συνδέσετε μια οθόνη και να μεταφέρετε δεδομένα, η θύρα θα εκχωρήσει το αντίστοιχο εύρος ζώνης ανάλογα με την περίπτωση. Για παράδειγμα, εάν το βίντεο απαιτεί μόνο το 20% του εύρους ζώνης για να οδηγήσει μια οθόνη 1080p, τότε το υπόλοιπο 80% του εύρους ζώνης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για άλλες εργασίες. Αυτό δεν ήταν δυνατό στο USB 3.2 και σε προηγούμενες εποχές. Πριν από αυτό, η λειτουργία του USB ήταν να εναλλάσσεται.

4. Όλες οι συσκευές USB4 θα υποστηρίζουν USB PD

Το USB PD είναι η Παράδοση Ισχύος USB (μετάδοση ισχύος USB), η οποία είναι ένα από τα τρέχοντα κύρια πρωτόκολλα γρήγορης φόρτισης. Διαμορφώθηκε επίσης από τον οργανισμό USB-IF. Αυτή η προδιαγραφή μπορεί να επιτύχει υψηλότερες τάσεις και ρεύματα, με τη μέγιστη μετάδοση ισχύος να φτάνει έως και 100W, και η κατεύθυνση μετάδοσης ισχύος μπορεί να αλλάξει ελεύθερα.

Σύμφωνα με τους κανονισμούς του USB-IF, η τυπική μορφή της τρέχουσας διεπαφής φόρτισης USB PD θα πρέπει να είναι USB Type-C. Στη διεπαφή USB Type-C, υπάρχουν δύο ακίδες, CC1 και CC2, οι οποίες χρησιμοποιούνται για τη διαμόρφωση καναλιών επικοινωνίας PD.

5. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο η διεπαφή USB Type-C

Με την παραπάνω δυνατότητα, είναι φυσικό να γνωρίζουμε επίσης ότι το USB4 μπορεί να λειτουργήσει μόνο μέσω υποδοχών USB Type-C. Στην πραγματικότητα, όχι μόνο το USB PD, αλλά και σε άλλα νεότερα πρότυπα USB-IF, ισχύει μόνο για Type-C.

6. Μπορεί να είναι συμβατό με παλαιότερα πρωτόκολλα

Το USB4 μπορεί να χρησιμοποιηθεί μαζί με συσκευές και θύρες USB 3 και USB 2. Δηλαδή, μπορεί να είναι συμβατό με προηγούμενα πρότυπα πρωτοκόλλου. Ωστόσο, τα USB 1.0 και 1.1 δεν υποστηρίζονται. Προς το παρόν, οι διεπαφές που χρησιμοποιούν αυτό το πρωτόκολλο έχουν σχεδόν εξαφανιστεί από την αγορά.

Φυσικά, όταν συνδέετε μια συσκευή USB4 σε μια θύρα USB 3.2, δεν μπορεί να μεταδώσει με ταχύτητα 40 Gbps. Και η παραδοσιακή διεπαφή USB 2 δεν θα γίνει ταχύτερη μόνο και μόνο επειδή είναι συνδεδεμένη σε μια διεπαφή USB4.