USB4

USB4 — это спецификация интерфейса для передачи данных и питания, разработанная консорциумом USB Implementers Forum (USB-IF). Она представляет собой четвёртое поколение стандарта Universal Serial Bus (USB), пришедшее на смену USB 3.2. Ключевой особенностью USB4 является интеграция протокола Thunderbolt 4, что обеспечивает высокую скорость передачи данных (до 40 Гбит/с), поддержку дисплеев с высоким разрешением и возможность одновременной передачи нескольких потоков данных и видео.

История

Разработка USB4 началась в 2019 году как ответ на растущие потребности рынка в универсальном и высокоскоростном интерфейсе. Основной целью было объединение возможностей USB 3.2 и Thunderbolt 3 (разработанного компанией Intel) в едином стандарте. В августе 2019 года USB-IF опубликовал первую версию спецификации USB4. В 2020 году была выпущена версия 2.0, которая увеличила максимальную пропускную способность до 80 Гбит/с в асимметричном режиме (при использовании специальных кабелей). В 2021 году стандарт был дополнен поддержкой DisplayPort 2.0 и USB Power Delivery 3.1.

Классификация и версии

USB4 делится на несколько версий, отличающихся максимальной скоростью передачи данных:

• USB4 20 Гбит/с — базовая версия, обеспечивающая скорость до 20 Гбит/с. Часто реализуется на контроллерах, не поддерживающих полную пропускную способность.
• USB4 40 Гбит/с — стандартная версия, соответствующая спецификациям Thunderbolt 4. Используется в большинстве современных устройств.
• USB4 2.0 (80 Гбит/с) — новейшая версия, представленная в 2022 году. Поддерживает асимметричный режим, при котором скорость в одном направлении может достигать 120 Гбит/с, а в другом — 40 Гбит/с. Для её работы требуются специальные сертифицированные кабели.

Устройство и характеристики

Физический разъём

USB4 использует исключительно разъём USB Type-C. Это симметричный 24-контактный разъём, который поддерживает обратную вставку. Все кабели USB4 должны быть сертифицированы USB-IF и иметь маркировку с указанием скорости (например, «40 Гбит/с»).

Протокол передачи данных

В основе USB4 лежит протокол туннелирования, который позволяет одновременно передавать несколько типов данных по одному кабелю:

• Данные USB — совместимость с USB 3.2 и более ранними версиями.
• Видеоданные — поддержка DisplayPort 1.4 и 2.0, а также HDMI через адаптеры.
• Питание — поддержка USB Power Delivery до 240 Вт (48 В, 5 А) в версии 3.1.

Скорость и пропускная способность

Максимальная скорость USB4 2.0 достигает 80 Гбит/с в симметричном режиме (одновременная передача в обоих направлениях). В асимметричном режиме скорость может быть увеличена до 120 Гбит/с в одном направлении и 40 Гбит/с в другом. Это позволяет подключать дисплеи с разрешением до 8K при 60 Гц или несколько мониторов 4K.

Совместимость

USB4 обратно совместим с USB 3.2, USB 2.0 и Thunderbolt 3 (при условии использования совместимых контроллеров). Однако для полной реализации возможностей Thunderbolt 4 требуется сертификация устройства. USB4 2.0 несовместим с кабелями USB4 40 Гбит/с — для него нужны специальные кабели с маркировкой «80 Гбит/с».

Применение

Персональные компьютеры и ноутбуки

USB4 широко используется в современных ноутбуках, ультрабуках и настольных ПК. Он позволяет подключать внешние видеокарты, док-станции, мониторы и накопители через один порт. Например, в 2023 году многие модели ноутбуков на базе процессоров Intel 13-го поколения и AMD Ryzen 7000 оснащались портами USB4.

Периферийные устройства

• Внешние накопители — SSD с интерфейсом USB4 обеспечивают скорость чтения/записи до 3000 МБ/с, что сравнимо с внутренними NVMe-накопителями.
• Док-станции — позволяют подключать к одному порту несколько мониторов, клавиатуру, мышь, Ethernet и питание.
• Мониторы — поддержка DisplayPort через USB4 даёт возможность подключать дисплеи с разрешением 5K и выше.

Мобильные устройства

Некоторые флагманские смартфоны (например, Samsung Galaxy S23 Ultra) и планшеты (iPad Pro) поддерживают USB4 для быстрой зарядки и передачи данных.

Интересные факты

• USB4 не является обязательным стандартом для всех устройств с разъёмом USB-C. Производители могут реализовывать только USB 3.2 или USB 2.0 через тот же разъём.
• Название «USB4» не содержит пробела между «USB» и «4», в отличие от «USB 3.2». Это сделано для маркетинговой унификации.
• Первые устройства с USB4 появились в 2020 году, но массовое распространение началось только в 2022–2023 годах.
• Для работы USB4 2.0 на полной скорости требуется кабель длиной не более 0,8 метра из-за ограничений по затуханию сигнала.

Критика

Основные претензии к USB4 связаны с путаницей в маркировке и неполной реализацией возможностей. Многие производители указывают «USB4» на устройствах, которые поддерживают только скорость 20 Гбит/с, что вводит потребителей в заблуждение. Кроме того, для использования всех функций (например, 40 Гбит/с или 80 Гбит/с) требуются дорогие сертифицированные кабели, что увеличивает стоимость экосистемы. Некоторые эксперты отмечают, что USB4 не принёс революционных изменений по сравнению с Thunderbolt 4, который уже был доступен на рынке.

Источники

• Спецификация USB4 версии 2.0, USB Implementers Forum, 2022.
• «USB4: The Next Generation of USB», AnandTech, 2019.
• «Understanding USB4 and Thunderbolt 4», Tom's Hardware, 2021.
• «USB4 2.0: Everything You Need to Know», PCWorld, 2022.
• «USB Type-C and USB4: A Comprehensive Guide», USB-IF, 2023.