USB4与Thunderbolt 4同步推进，谁将占山为王？

电子发烧友网报道（文/周凯扬）

USB历经了24年的发展，USB-IF也在去年3月公布了新一代的规范更新，USB4。这一规范的正式版本也于今年公布，参与初版规范制定的公司仅有苹果、惠普、英特尔、微软、瑞萨、意法半导体和德州仪器，如今已有50家以上公司参与该规范的制定。
 
USB-IF预计第一批USB4设备与线缆将于2020年年末出货，但这一预期很可能会延后至2021年，且不说USB4的制造成本高于前几代USB，全球制造业也暂时处于停工和迟缓的泥潭，对USB4的加速推行毫无帮助。
 
大部分人可能会存在困惑，为何新规范命名中的USB与4之间没有空格？USB行业技术联盟CEO Brad Saunders解释道，这是为了消除规范迭代对消费者造成的困惑，不再用版本名来作为产品的区分要素。
 
将于今年下半年推出的英特尔Tiger Lake系列芯片和AMD Zen3系列芯片都会提供USB4的支持。USB作为全球普及率最高的接口之一，这下一代的接口标准究竟有哪些独到之处，与Thunderbolt 4相比又有何异同呢？
 
USB4
 
USB 3.1和USB 3.2都是为了提升带宽而推出的，USB4的设计目标仍然保持不变。不过这一规范的发布同样是为了整合USB Type-C生态以及减少终端用户的困惑。
 
新的USB4标准虽然推出了新的底层协议，但仍可以与现有的USB3.2、USB2.0以及Thunderbolt 3兼容。USB4将采用双路双单工的架构，加倍了Type-C的传输带宽，传输速率至少要达到20Gbps，可选40Gbps，最大传输速率是上一代USB 3.2的两倍，对认证的接口和线缆也将提供两种不同的Logo。对于40Gbps的USB4，其编码方式依然是USB 3.2所用的128b/132b，而20Gbps将采用64b/66b。一个USB4源每个端口至少提供7.5W的功率（5V，1.5A）。

USB4标志 / USB-IF

 
除此之外，USB4为支持PCie和DisplayPort1.4a加入了隧道支持，从而在单一物理接口上实现多协议兼容。Brad Saunders指出，绝大多数配有USB4的电脑都将兼容Thunderbolt 3，但对于手机厂商来说，应该不会加入这一支持。至于软件支持，目前已知Linux 5.6系统已经支持USB4，微软Windows的USB4驱动据称仍在开发当中。
 

USB4设备对不同数据传输模式的支持 / 电子发烧友网收集整理

 
赛普拉斯于今年三月公布了用于下一代桌面与移动电脑的Type-C控制器，EZ-PD CCG6DF和EZ-PD CCG6SF。这两款控制器都是单芯片的解决方案，且兼容USB 3.2/4。

CCG6DF/CCG6SF逻辑框图 / Infineon-Cypress

 
CCG6DF/ CCG6SF支持双角色端口（DRP），并将完全支持PD3.0规范。该方案包含64KB的flash存储和96KB的ROM储存，同时支持故障防护的启动和固件升级。
 
Thunderbolt 4

Thunderbolt 3/4与USB 3/4对比 / Intel

 
Thunderbolt接口自2011年正式公布以来，其传输速率已经从初代的10Gb/s提升至3代/4代的40Gb/s，Thunderbolt 3协议规范也成了USB4规范的基础。Thunderbolt 4于今年CES上公布，并在本月发布了最终版本的规范。Thunderbolt 4完全符合USB4规范，虽然数据传输速率与上一代相同，但对PCIe链路的最小带宽要求从16Gb/s提升至32Gb/s，同时支持双路4K显示或单路8K显示，并加以英特尔VT-d的DMA保护，避免物理DMA攻击。
 
英特尔还对具备Thunderbolt 4技术的PC做出了一些硬性要求，比如至少具备一个Thunderbolt 4接口，以及可以用该接口为计算机充电等。与计算机的鼠标或键盘存在交互时，Thunderbolt 4扩展坞也要支持设备的睡眠唤醒。据英特尔给出的数据，目前支持Thunderbolt 4的线缆最长可至2m，未来将会推出5到50m的主动式线缆。相关配件所需的接口功率依然维持在15W。作为Thunderbolt的设计者之一，英特尔全新的移动处理器系列Tiger Lake也将率先支持Thunderbolt 4。

英特尔8000系列控制器 / Intel

 
英特尔于本月公布了支持Thunderbolt 4的8000系列控制器，包括为电脑制造商准备的JHL8540 和JHL8340 主机控制器，以及为配件制造商准备的JHL8440设备控制器。Thunderbolt的另一设计者苹果已经在准备在Mac上弃用Intel的芯片，转向ARM平台，但苹果声称出于该接口的速度与灵活性，未来Mac电脑将继续支持Thunderbolt接口。英特尔为了提高Thunderbolt的市占率，也在2018年免除了OEM和芯片厂商在这一标准上的专利费，今年推出的华擎X570也成了首款通过Thunderbolt 3认证的AMD主板。
 
DisplayPort Alt Mode 2.0
 
对于许多追求轻薄的笔记本来说，HDMI和DisplayPort接口往往是限制厚度的因素，也因此衍生了Type-C、Thunderbolt、Mini DP等一系列接口。2014年，首款针对USB-C的DisplayPort Alt Mode推出，通过USB-C的高速引脚将USB数据重新映射至DisplayPort数据，因而将USB-C作为DisplayPort的视频输出接口。

DisplayPort Alt Mode / VESA

随着USB4的临近，VESA也推出了DisplayPort Alt Mode 2.0，该模式不仅支持与USB的无缝互用，同时支持DisplayPort 2.0标准中的所有功能特性。在DisplayPort Alt Mode 2.0的帮助下，USB-C接口可以提供80Gbps的DisplayPort视频传输速率。

Alt Mode标准对比 / 数据来源：VESA

 
该模式不仅支持8K以上的分辨率，还支持更高的刷新率及HDR显示，可极大增加AR/VR产品的显示体验。VESA预计首批采用DisplayPort Alt Mode 2.0的产品将于2021年进入市场。
 
USB4与Thunderbolt 4两大接口技术的推出为终端数据传输开辟了一片新天地，但高传输性能也为设备成本、线材制造、认证带来了新的挑战。相较之下，USB4的认证与制造成本依然低于Thunderbolt 4，Thunderbolt 4接口与线缆在英特尔芯片的笔记本电脑以及NUC迷你机中会更为常见。USB-C自2014年面世以来，在六年时间里就经历了多次USB规范的更新，虽然普及率已经大幅提升，但市场内仍存在着比较大的版本差异。USB4此次也有20Gbps和40Gbps的版本，如果没有Thunderbolt般的强制认证和Logo规范，也许会再现同样混乱的版本分布。

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