Вот и пришло время для очередного усовершенствования – USB4, также называемый USB 4.0, представляет собой техническую спецификацию, что основана на спецификации протокола Thunderbolt 3, которую Intel передала USB-IF. Архитектура USB4 может динамически совместно использовать единый высокоскоростной канал связи с несколькими аппаратными конечными точками.

Главное достоинство нового стандарта заключается в повышении лимита скорости передачи данных до 80 Гбит/с, которое стало возможным благодаря новой аппаратной архитектуре с PAM3. Также новый стандарт совместим с USB 1.0, USB 3.2, USB 2.0. Разработчики USB 4.0, кроме добавления поддержки Thunderbolt 3, поставили цели увеличить пропускную способность нового стандарта и унифицировать разъёмы для самых разных устройств, введя USB Type-C в качестве основного базового разъёма.

Было решено добиться возможности одновременного подключения таких устройств, как монитор, накопитель, зарядное устройство и другие. То есть реализовали селективные настройки параметров хоста в зависимости от характеристик и требований подключаемых устройств. В результате удалось добиться поддержки нескольких протоколов (USB3, DisplayPort (DP), PCI Express (PCIe)) в одном интерфейсе. Каждым подключённым устройством управляет контроллер порта, он же занимается распределением полосы пропускания при подключении нескольких девайсов. Благодаря этому USB4 поддерживает работу одновременно с несколькими мониторами.

Технические особенности USB 4.0

Согласно спецификации USB 4.0 все устройства, которые с ним совместимы, разделяются на 4 типа: периферийные; хаб; док-станция; хост.

• Что касается периферийных устройств, то это самые разные аксессуары, включая внешний накопитель. У периферийного девайса будет один входящий порт (UFP).
• Хаб и док-станция ― сильно похожие по реализации подключения устройства, которые отличаются тем, что док-станция позволяет подключать девайсы и другие интерфейсы, не только USB.
• Хост ― это ноутбук или десктопный ПК.

USB-4 учитывает какую скорость требуют девайсы, которые подключены одновременно. Например, внешний накопитель и монитор. Стандарт спокойно справляется с грамотным распределением ресурсов.

Основные характеристики USB 4

• 20 и 40 Гбит/с в зависимости от версии;
• туннелирование внешних протоколов DP и PCIe;
• поддержка DP Alt Mode на всех нисходящих портах;
• обратная совместимость вплоть до USB 2.0;
• совместимость с TBT3 и скорость 40 Гбит/с, опциональна.

Новая версия стандарта совместима с DisplayPort 2.1, с его помощью можно выводить изображение на 4К монитор с частотой обновления 240 Гц или монитор 10K с частотой обновления 60 Гц без сжатия видео. При этом по кабелю будет подаваться ещё и питание для монитора.

Ещё достоинства USB4 2.0:

1. повышенная скорость передачи данных. Так, при помощи пассивных USB-C-кабелей можно передавать информацию со скоростью 40 Гбит/c, а активных USB Type-C-кабелей ― до 80 Гбит/с;
2. возможность изменения скоростей передачи данных таким образом, чтобы в одном направлении скорость составляла 120 Гбит/с, а во втором ― 40 Гбит/с;
3. обновление протоколов передачи данных для увеличения полосы пропускания;
4. сохранение обратной совместимости с предыдущими версиями стандарта USB4 1.0, USB 3.2, USB 2.0 и так далее.

Кстати, USB-C становится самым распространённым типом коннектора для USB 4. К осени 2024 года Евросоюз требует от всех производителей электроники, включая ПК, ноутбуки, смартфоны, наушники, добавления порта USB-C вместо любого другого.

Но проблема будет в том, какие режимы смогут поддерживать хост устройства. Если ранее было понятно, что сколько HDMI выходов – столько и приемников сигнала можно родключить, то теперь, учитывая нелюбовь производителей маркировать корпуса, будет местами путаница.

Распиновка USB 4 и описание

Распиновка USB4 подобна цоколевке розетки и штекера Type-C. USB4 имеет 24 контакта в симметричном корпусе USB type C: 12 контактов A сверху и 12 контактов B снизу.

USB4 имеет две полосы дифференциальных пар сверхскоростей. Первая полоса использует TX1 +, TX1-, RX1 +, RX1-, а вторая использует TX2 +, TX2-, RX2 +, RX2-. USB4 передает данные со скоростью 20 Гбит / с на полосу. USB4 также сохраняет разницу D + и D- для передачи по USB 2.0.

Каналы конфигурации CC выполняют функции создания взаимосвязи между подключенными портами, определения ориентации штекера благодаря реверсивному корпусу USB type C, обнаружения контактов источника питания VBUS, определения порядка следования полос сверхскоростного движения, и, наконец, протокол USB делает канал конфигурации CC ответственным за ввод в эксплуатацию USB4.

Список устройств Apple с USB4

• MacBook Air (M2, 2022)
• MacBook Pro (13-дюймовый, M2, 2022)
• iMac (24-дюймовый, M1, 2021)
• MacBook Pro (13-дюймовый, M1, 2020)
• MacBook Air (M1, 2020)
• Mac mini (M1, 2020)

Вообще проблема скорости решается либо ретрансляторами прямо внутри кабеля, питающимися от него же, либо оптикой. Но всем понятно, как такие вещи скажутся на стоимости и надёжности, поэтому, такие вещи появятся в продаже не скоро.

Если делать оптические передатчики/приёмники в устройствах, а кабели будут лишь оптоволокном с медью только для питания, то придётся создать ещё один новый разъем, а USB-C станет устаревшим. Хотя вполне можно сделать обратную совместимость с USB-C.

Также непонятно, почему нельзя сделать просто USB с несколькими скоростями, а все эти режимы DisplayPort/HDMI/Thunderbolt реализовать на программном уровне. Чтобы был просто стандарт передачи данных, а что именно это за данные – дисплей, флешка или что-либо ещё, должно быть другим уровнем абстракции.

Ещё не так давно всё внешние разъёмы были разные по форме, если кабель подходит механически — всё будет работать, даже простой пользователь был способен справится. Теперь же на всё один Type C, а вот гарантий, что всё заработает, никаких. Разъёмы с поддержкой или без tb3/dp alt mode/hdmi alt mode выглядят совершенно одинаково…