USB4完全指南：新一代USB标准的技术解析
USB4完全指南：新一代USB标准的技术解析
USB4是新一代的USB标准，它不仅在速度上与Thunderbolt 3和Thunderbolt 4相媲美，还统一了混乱的命名规则，并保留了USB-C连接器。未来几年，USB4很可能成为用于数据传输、显示输出、设备连接和充电的通用连接器。
什么是USB4？
USB4是由USB实施者论坛开发和发布的USB规范，以USB 3.2 2x2的优势为基础，保留了USB-C连接，但要求最低吞吐量为20 Gbps，并有望将其翻倍。它还提高了与Thunderbolt标准的兼容性，允许DisplayPort和PCIExpress隧道传输，以便通过USB更好地支持更高分辨率的显示器，并要求使用USB电源传输。
USB4的优势
USB4具有前几代USB端口的所有优点，并添加了许多令人兴奋的功能，使其成为Thunderbolt 3和Thunderbolt 4等的绝佳替代品。对于原始带宽，USB4要求最低速度为20 Gbps吞吐量。从技术上讲，这仅与最好的USB 3.2 Gen 2x2端口一样快，但这是USB4的底线，而不是上限。采用USB4制造的设备可以支持高达40 Gbps的速度。
40 Gbps的速度可能无法保证，但在支持它的设备中，USB4的速度与Thunderbolt 3和Thunderbolt 4一样快，并且是传输数据的最高带宽解决方案之一。如此大的带宽还支持使用DisplayPort Alt Mode 2.0协议的更高分辨率。这使得它能够以高达60Hz的频率输出和显示高达8K的分辨率，并支持HDR10色彩。
USB4还支持DisplayPort 1.4和PCI-Express隧道，这使其能够使用智能带宽管理来充分利用多用途连接。例如，如果您使用USB4连接输出到4K显示器，但同时又想使用同一连接进行数据传输，则主机系统可以为数据传输分配最大可用带宽，而不会妨碍4K视频流。这比更传统的DisplayPort Alt Mode允许的50/50分割更细致入微，应该比前几代USB更高效、更通用。
所有USB4主机和设备也必须支持USB供电，这样就可以通过USB4连接为笔记本电脑和平板电脑等功能更强大的设备充电。设备或主机提供的电量无法保证，但从技术上讲，USB4供电最高可达100W，因此某些设备将能够极快地充电。
USB4的设计从一开始就考虑到了向后兼容前几代USB。这意味着它可以与传统的USB 1和USB 2代设备兼容，利用USB-C连接器内的专用线来实现这一点。但是，由于USB-C连接器仅在较新的USB 3.1设备上实现，因此需要使用USB-A到USB-C转换器通过USB4连接较旧的USB 1和USB 2设备。任何USB-A 3.0或3.1设备也是如此，USB-C 3.1和3.2设备在所有情况下都直接兼容USB4。
所有USB4集线器都必须兼容Thunderbolt 3，但并非所有USB4设备都支持。相反，Thunderbolt 4设备必须支持USB4。
USB4端口和USB4规格
所有USB4端口和电缆都将使用USB-C连接器。不过，较旧的USB-A设备将通过适配器和转换线兼容。USB4将解决命名约定方面的混乱问题，因为将不会有名称不同的设备。不幸的是，USB4设备将具有不同的数据传输速度。对于尚未经过USB-IF验证的设备尤其如此，而这类设备将占很多。
也就是说，支持USB4的笔记本电脑、平板电脑和智能手机等主要设备可能会遵循更典型的规格，其中最高端的设备最有可能为数据传输提供最大的带宽。最基本的USB4外围设备将提供10 Gbps的数据传输速度，官方模式名称为USB4 Gen 2x1。最低规格的USB-IF批准设备将具有USB4 20 Gbps名称，并将带有适当的标签，标签上印有USB徽标，旁边有一个清晰的20。它将正式使用USB4 Gen 2x2模式来实现该速度。
一小部分设备可能会在单通道上使用USB 4 Gen 3x1模式，从而提供20 Gbps的带宽，但没有USB-IF的USB4 20Gbps标签。功能最强大的设备将配备USB4 40Gbps标签（USB标志旁边带有数字40），并将使用USB4 Gen 3 x 2提供高达40Gbps的带宽。所有主机和集线器都必须提供DisplayPort隧道和20Gbps数据传输速度，但对于外围设备来说，它们完全是可选的。
USB4与USB 3
USB4比USB 3有了重大飞跃，与旧连接器标准相比，其下限和上限潜力均有所提升。在使用USB 3.0、3.1甚至3.2连接的较便宜设备上，5Gbps的传输速度很常见，而USB4将要求最低10Gbps，并且大多数设备将支持USB-IF认可的USB4 20Gbps数据速率。
USB4还将专门使用USB-C电缆，而USB 3可以同时与USB-A和USB-C端口一起使用。这将使未来的兼容性变得更加容易，并继续鼓励设备制造商使用可逆的USB-C标准，该标准更易于使用，而且体积更小、重量更轻，从而更容易构建支持USB4的更紧凑的设备。
USB4为外接显示器提供了更高的分辨率支持——在最高端的设备上，最高可达8K 60Hz。USB 3最多只能提供4K支持。更常见的是，USB4可能提供4K和5K显示器支持，但在某些设备上肯定可以提供更高的分辨率。
USB4还将配件的最小端口功率从USB 3上的4.5W提高到7.5W。这意味着兼容USB4设备的充电速度通常会更快，尽管与USB 3.2一样，也可以选择通过USB Power Delivery进行高达100W的充电，因此某些设备的充电速度将比其他设备快得多。
USB4值得吗？
USB4几乎总是比任何USB 3主机和设备提供更高的性能和功能。与Thunderbolt 4一样，它的设计旨在提高USB的最低限度，并提供一些巧妙的新功能来提高与现代设备一起使用的标准。归根结底，USB4旨在围绕新的性能和功能基本规范统一USB标准。虽然价格更实惠的USB4设备和高端USB4设备之间会存在一些差异，但它将是一个比USB 3及其各代产品更容易理解的标准，并为使用它的人提供更高的性能和功能。
USB-C中的单一连接器将使其在各种设备上的使用变得更加简单，即使它们可能不支持完全相同的速度，并且增加的电力传输范围将减少用户家中的电缆和充电器。USB4是人们期待已久的USB 3升级版，尽管Thunderbolt 4可能仍然是更高的标准，因为它的门槛更高，但缺乏对USB4的专有控制，应该会使其在更广泛的设备上得到更广泛的采用。