Úvod k USB 4

Úvod k USB 4

USB4 je systém USB špecifikovaný v špecifikácii USB4. Fórum vývojárov USB vydalo jeho verziu 1.0 29. augusta 2019. Celý názov USB4 je Universal Serial Bus Generation 4. Je založený na technológii prenosu dát „Thunderbolt 3“, ktorú spoločne vyvinuli spoločnosti Intel a Apple. Rýchlosť prenosu dát USB4 môže dosiahnuť až 40 Gb/s, čo je dvojnásobok rýchlosti najnovšieho vydaného rozhrania USB 3.2 (Gen2×2).

Na rozdiel od predchádzajúcich štandardov protokolu USB vyžaduje rozhranie USB-C konektor a na napájanie potrebuje podporu USB PD. V porovnaní s USB 3.2 umožňuje vytváranie tunelov DisplayPort a PCI Express. Táto architektúra definuje metódu dynamického zdieľania jedného vysokorýchlostného pripojenia s viacerými typmi koncových zariadení, ktoré najlepšie zvládajú prenos dát podľa typu a aplikácie. Produkty USB4 musia podporovať priepustnosť 20 Gbit/s a môžu podporovať priepustnosť 40 Gbit/s. Avšak kvôli tunelovému prenosu môže byť pri prenose zmiešaných dát, aj keď sa dáta prenášajú rýchlosťou 20 Gbit/s, skutočná rýchlosť prenosu dát vyššia ako pri rozhranie USB 3.2 (USB 3.1 Gen 2).

USB4 sa delí na dve verzie: 20 Gb/s a 40 Gb/s. Zariadenia s rozhraním USB4 dostupné na trhu môžu ponúkať buď rýchlosť 40 Gb/s Thunderbolt 3, alebo zníženú verziu 20 Gb/s. Ak si chcete kúpiť zariadenie s najvyššou prenosovou rýchlosťou, teda 40 Gb/s, je najlepšie si pred kúpou skontrolovať špecifikácie. Pre scenáre vyžadujúce vysokorýchlostný prenos je výber vhodného USB 3.1 C na C kľúčový, pretože je kľúčovým nosičom pre dosiahnutie rýchlosti 40 Gb/s.

Mnoho ľudí si nie je istý vzťahom medzi USB4 a Thunderbolt 4. V skutočnosti sú Thunderbolt 4 aj USB4 postavené na základnom protokole Thunderbolt 3. Vzájomne sa dopĺňajú a sú kompatibilné. Všetky rozhrania sú typu C a maximálna rýchlosť pre obe je 40 Gb/s.

V prvom rade, kábel USB4, o ktorom hovoríme, je prenosový štandard USB, čo je protokolová špecifikácia súvisiaca s výkonom a efektivitou prenosu cez USB. USB4 možno chápať ako „štvrtú generáciu“ tejto špecifikácie.

Prenosový protokol USB bol spoločne navrhnutý a vyvinutý viacerými spoločnosťami vrátane Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC a Nortel v roku 1994. Bol vydaný ako verzia USB V0.7 11. novembra 1994. Neskôr, v roku 1995, tieto spoločnosti založili neziskovú organizáciu na propagáciu a podporu USB s názvom USB Implementers Forum, čo je známy názov USB-IF, a USB-IF je teraz organizácia pre štandardizáciu USB.

V roku 1996 spoločnosť USB-IF oficiálne navrhla špecifikáciu USB 1.0. Prenosová rýchlosť USB 1.0 však bola iba 1,5 Mbps, maximálny výstupný prúd bol 5V/500mA a v tom čase existovalo len veľmi málo periférnych zariadení, ktoré podporovali USB, takže výrobcovia základných dosiek zriedka navrhovali rozhrania USB priamo na základnej doske.

▲USB 1.0

V septembri 1998 vydala spoločnosť USB-IF špecifikáciu USB 1.1. Prenosová rýchlosť sa tentoraz zvýšila na 12 Mbps a niektoré technické detaily v USB 1.0 boli opravené. Maximálny výstupný prúd zostal 5V/500mA.

V apríli 2000 bol predstavený štandard USB 2.0 s prenosovou rýchlosťou 480 Mbps, čo je 60 MB/s. Je to 40-krát viac ako u USB 1.1. Maximálny výstupný prúd je 5 V/500 mA a používa 4-pinový dizajn. USB 2.0 sa používa dodnes a možno ho považovať za najdlhšie fungujúci štandard USB.

Počnúc USB 2.0, USB-IF preukázali svoj „jedinečný talent“ v premenovávaní.

V júni 2003 organizácia USB-IF premenovala špecifikácie a štandardy USB, pričom zmenila USB 1.0 na USB 2.0 Low-Speed verziu, USB 1.1 na USB 2.0 Full-Speed verziu a USB 2.0 na USB 2.0 High-Speed verziu.

Táto zmena však mala v tom čase malý vplyv na súčasnú situáciu, pretože USB 1.0 a 1.1 v podstate opustili historickú scénu.

V novembri 2008 skupina USB 3.0 Promoter Group, ktorá pozostáva z priemyselných gigantov ako Intel, Microsoft, HP, Texas Instruments, NEC a ST-NXP, dokončila štandard USB 3.0 a verejne ho vydala. Oficiálny názov bol „SuperSpeed“. Skupina USB Promoter Group je zodpovedná najmä za vývoj a formuláciu štandardov série USB a tieto štandardy budú nakoniec odovzdané na správu organizácii USB-IF.

Maximálna prenosová rýchlosť rozhrania USB 3.0 dosahuje 5,0 Gbps, čo je 640 MB/s. Maximálny výstupný prúd je 5 V/900 mA. Je plne kompatibilný s rozhraniom USB 2.0 a podporuje plne duplexný prenos dát (t. j. dokáže prijímať a odosielať dáta súčasne, zatiaľ čo USB 2.0 je polovičný duplex), ako aj lepšie možnosti správy napájania a ďalšie funkcie.

USB 3.0 má 9-pinový dizajn. Prvé 4 piny sú rovnaké ako pri USB 2.0, zatiaľ čo zvyšných 5 pinov je špeciálne navrhnutých pre USB 3.0. Preto môžete podľa pinov určiť, či ide o USB 2.0 alebo USB 3.0.

V júli 2013 bolo uvedené na trh rozhranie USB 3.1 s prenosovou rýchlosťou 10 Gbps (1280 MB/s), ktoré sa označuje ako SuperSpeed+ a maximálne povolené napájacie napätie bolo zvýšené na 20V/5A, čo je 100W.

Vylepšenie USB 3.1 v porovnaní s USB 3.0 bolo tiež veľmi zrejmé. Krátko nato však USB-IF premenoval USB 3.0 na USB 3.1 Gen1 a USB 3.1 na USB 3.1 Gen2.

Táto zmena názvu spôsobila spotrebiteľom problémy, pretože mnohí bezohľadní obchodníci označovali produkty na obale iba ako podporujúce USB 3.1 bez toho, aby uviedli, či ide o Gen1 alebo Gen2. V skutočnosti je prenosový výkon týchto dvoch zariadení dosť odlišný a spotrebitelia by sa mohli nechtiac dostať do pasce. Preto bola táto zmena názvu pre väčšinu spotrebiteľov zlým krokom.

V septembri 2017 bolo vydané rozhranie USB 3.2. V rámci rozhrania USB Type-C podporuje dva kanály s rýchlosťou 10 Gb/s pre prenos dát s rýchlosťou až 20 Gb/s (2500 MB/s) a maximálny výstupný prúd je stále 20 V/5 A. Ostatné aspekty prešli menšími vylepšeniami.

▲Proces zmeny názvu USB

V roku 2019 však spoločnosť USB-IF prišla s ďalšou zmenou názvu. Premenovali USB 3.1 Gen1 (čo bolo pôvodné USB 3.0) na USB 3.2 Gen1, USB 3.1 Gen2 (čo bolo pôvodné USB 3.1) na USB 3.2 Gen2 a USB 3.2 na USB 3.2 Gen 2×2.

Teraz a budúcnosť: Skok vpred USB4

Keďže sme sa dostali k USB4, pozrime sa na vylepšenia a aktualizácie tohto nového protokolového štandardu. V prvom rade, keďže ide o medzigeneračný upgrade z „3“ na „4“, zlepšenie musí byť značné.

Na základe všetkých zhromaždených informácií sú nové funkcie USB4 zhrnuté takto:

1. Maximálna prenosová rýchlosť 40 Gb/s:

Vďaka dvojkanálovému prenosu by teoretická maximálna prenosová rýchlosť rozhrania USB4 mala dosiahnuť 40 Gb/s, čo je rovnaké ako u rozhrania Thunderbolt 3 (ďalej označovaného ako „Thunderbolt 3“).

V skutočnosti bude mať USB4 tri prenosové rýchlosti: 10 Gbps, 20 Gbps a 40 Gbps. Ak si teda chcete kúpiť zariadenie s najvyššou prenosovou rýchlosťou, teda 40 Gbps, mali by ste si pred kúpou skontrolovať špecifikácie.

2. Kompatibilné s rozhraniami Thunderbolt 3:

Niektoré (nie všetky) zariadenia USB4 môžu byť kompatibilné aj s rozhraniami Thunderbolt 3. To znamená, že ak má vaše zariadenie rozhranie USB4, je možné pripojiť zariadenie Thunderbolt 3 aj externe. Nie je to však povinné. Kompatibilita závisí od postoja výrobcu zariadenia.

3. Schopnosť dynamického prideľovania zdrojov šírky pásma:

Ak používate port USB4 a zároveň ho používate na pripojenie displeja a prenos dát, port priradí zodpovedajúcu šírku pásma podľa situácie. Napríklad, ak video vyžaduje iba 20 % šírky pásma na napájanie displeja s rozlíšením 1080p, zvyšných 80 % šírky pásma je možné použiť na iné úlohy. Toto nebolo možné v rozhranie USB 3.2 a predchádzajúcich érach. Predtým fungovalo rozhranie USB striedavo.

4. Všetky zariadenia USB4 budú podporovať USB PD

USB PD je USB Power Delivery (prenos energie cez USB), čo je jeden z aktuálnych protokolov rýchleho nabíjania, ktorý je bežným prúdovým protokolom. Bol tiež formulovaný organizáciou USB-IF. Táto špecifikácia umožňuje dosiahnuť vyššie napätia a prúdy s maximálnym prenosom výkonu až 100 W a smer prenosu energie je možné voľne meniť.

Podľa predpisov USB-IF by štandardnou formou súčasného nabíjacieho rozhrania USB PD mal byť USB Type-C. V rozhraní USB Type-C sú dva piny, CC1 a CC2, ktoré sa používajú na konfiguračné kanály komunikácie PD.

5. Je možné použiť iba rozhranie USB typu C

S vyššie uvedenou funkciou je prirodzené, že vieme aj to, že USB4 môže fungovať iba cez konektory USB typu C. V skutočnosti nielen USB PD, ale aj iné najnovšie štandardy USB-IF platia iba pre Type-C.

6. Môže byť spätne kompatibilný s predchádzajúcimi protokolmi

USB4 je možné používať spolu so zariadeniami a portami USB 3 a USB 2. To znamená, že môže byť spätne kompatibilný s predchádzajúcimi protokolovými štandardmi. USB 1.0 a 1.1 však nie sú podporované. V súčasnosti rozhrania používajúce tento protokol takmer zmizli z trhu.

Samozrejme, pri pripojení zariadenia USB4 k portu USB 3.2 nemôže prenášať dáta rýchlosťou 40 Gb/s. A staromódne rozhranie USB 2 sa nezrýchli len preto, že je pripojené k rozhraniu USB4.