Спецификация USB 4 является серьезным обновлением для архитектуры USB следующего поколения она удваивает пропускную способность USB и позволяет использовать несколько протоколов передачи видео и данных одновременно. USB 4 будет поддерживать совместимость с существующими устройствами USB 3.2, USB 2.0 и Thunderbolt 3. Разъемы при этом останутся такими же, как у USB-C, а это означает, что все существующие кабели Thunderbolt 3 также должны работать.
Некоммерческая организация USB Implementers Forum в конце 2019 года объявила о запуске USB 4 — новой версии популярного разъема. Были опубликованы полные спецификации USB 4. Максимальная пропускная скорость обновленного разъема составит до 40 Гбит/c. Это вдвое больше, чем у USB 3.2 Gen 2×2 и столько же, сколько у Thunderbolt 3 (Type-C), который вышел в 2015 году.
Пропускная мощность USB 4 составляет 100 Вт, как и у Thunderbolt 3. Этой мощности и скорости 40 Гбит/c хватит для подключения двух мониторов с разрешением 4К или одного 5К-дисплея. Во многом USB 4 повторяет характеристики трехлетнего Thunderbolt 3, но он обойдётся дешевле для производителей железа. А значит, его потенциально задействуют в гораздо большем количестве девайсов. Как и Thunderbolt 3, он будет использоваться не только в компьютерах, но и в мониторах и внешних видеокартах (eGPU). Первые гаджеты с поддержкой USB 4 уже появились в начале 2020 года.
В четвертом поколении интерфейса USB добавлена поддержка новых функций, в частности, новый открытый стандарт позволит заменить Thunderbolt 3, за который производителям приходилось отчислять лицензионные платежи. При этом компания Intel, владеющая Thunderbolt, не планирует от него отказываться — вместо этого она добивается сосуществования интерфейсов со схожими функциями. Взамен Intel предложит производителям уровень поддержки, недоступный для открытых решений. USB 4 стал приемлимой альтернативой для бюджетных ноутбуков и компьютеров, с которой производители сэкономят на отчислениях.
USB Implementers Forum планирует стандартизировать все перечисленные возможности, однако производитель сам будет решать, какие из них реализовать в своем устройстве. Несмотря на открытость USB 4, он будет совместим только со стандартом USB Type-C. Тем самым USB Implementers Forum хочет поставить точку в многолетней истории USB-A. Полные спецификации USB 4 и устройства с его поддержкой появились в конце 2021 года. На рынке первые устройства, поддерживающие USB 4 появились через полтора года после окончательного анонса спецификации.
Интерфейс Thunderbolt был разработан компанией Intel в сотрудничестве с Apple. Торговая марка Thunderbolt была зарегистрирована Apple, но позже была передана компании Intel. Полные права принадлежат Intel. Первым устройством, где был применён данный интерфейс, стал ноутбук MacBook Pro компании Apple, который был анонсирован еще в феврале 2011 года. Thunderbolt изначально разрабатывался для объединения мобильных устройств, ноутбука и настольного компьютера с использованием меньшего числа кабелей. В стандарте был предложен универсальный разъём для дисплеев и внешних устройств хранения. Передаваемая по Thunderbolt 1 и 2 мощность электропитания составляет 10 Ватт — больше, чем 4,5—5 Ватт в стандартном USB 3.0.
Появление контроллера Intel Thunderbolt 3 (кодовое имя Alpine Ridge) увеличивало максимальную пропускную способность в 2 раза, до 40 Гбит/с (5 ГБ/с), он имел меньшее энергопотребление и позволял подключать до двух мониторов с разрешением 4K, либо один с разрешением 5K (вместо одного 4K для более ранних версий стандарта). Контроллер поддерживает PCIe 3.0 и протоколы HDMI 2.0, DisplayPort 1.2 (до 30 Гц 4K). Thunderbolt 3 представляет собой порт, совместимый с USB 3.1, выполнен с разъёмом USB Type-C. Совместимость с более ранними вариантами интерфейса обеспечивается с помощью переходников. Intel было предложено два варианта контроллера Thunderbolt 3 — один использует PCI Express x4 и предоставит два порта Thunderbolt 3, второй использует PCI Express x2 и имеет лишь один порт Thunderbolt 3. Первый используется в Mac Pro (2-го поколения) и Retina MacBook Pro, а второй — в более дешёвых Mac Mini и MacBook Air. Поддержка Thunderbolt 3 есть и в чипсетах для платформы Skylake.
Интерфейс Thunderbolt объединяет протоколы PCI Express (PCIe) и DisplayPort (DP) в один последовательный сигнал и предоставляет постоянное напряжение по тому же кабелю. Контроллеры Thunderbolt мультиплексируют один или более каналов данных от подключённых к ним устройств PCIe или DisplayPort для передачи через один дуплексный канал Thunderbolt, затем демультиплексируют их для использования устройствами PCIe или DP на другом конце. Один порт Thunderbolt поддерживает до шести устройств Thunderbolt, подключаемых через концентраторы (хабы) или цепочкой (daisy chain). Несколько устройств могут использоваться в качестве мониторов, но их количество не может превышать количества источников сигнала DP.
Монитор, использующий настоящий разъём MDP, может быть подключён к концу Thunderbolt-цепочки, так как Thunderbolt совместим с устройствами, поддерживающими DP 1.1a. При подключении DP-совместимого устройства к порту Thunderbolt предоставляется сигнал DP c 4 линиями (lane) и скоростью не более 5,4 Гбит/с на линию Thunderbolt. При соединении с устройством Thunderbolt скорость передачи данных по каждой линии составляет 10 Гбит/с, 4 линии Thunderbolt сконфигурированы как 2 полнодуплексных 10 Гбит/с канала, каждый состоит из линии на приём и линии на передачу.
Интерфейс Thunderbolt может быть реализован на PCIe-видеокартах, у которых есть доступ к разъёму DP и подключению по шине PCIe, или на материнской плате новых компьютеров со встроенным видео, таких, как MacBook Air.
Интерфейс изначально разрабатывался для работы с оптическими кабелями, разработанными партнёрами Intel и в лаборатории Intel’s Silicon Photonics. В это время технология была известна под названием Light Peak. Но в 2011 технология была переименована в Silicon Photonics Link. Однако было обнаружено, что обычное медное проводное соединение могло предоставить требуемую пропускную способность в 10 Гбит/с на каждую линию по более низкой цене (оптические кабели Thunderbolt были заявлены еще в середине апреля 2012 года компанией Sumitomo Electric Industries).
Конструктивно в интерфейсе Thunderbolt версий 1 и 2 используется тот же разъём, что и Mini DisplayPort (MDP). MDP электрически совместим с полноразмерным DisplayPort, но использует меньший по размеру разъём, на котором отсутствует защёлка.
Активные кабели Thunderbolt содержат специальные интегральные микросхемы внутри корпуса разъёма. У кабеля есть пять проводов: один для управления и две однонаправленных пары, одна для входящего и вторая для исходящего трафика. В интерфейсе Thunderbolt 3-й версии используется разъём USB Type-C.
Благодаря технологии Thunderbolt 3 можно передавать электроэнергию в двух направлениях через порт USB-C. То есть можно заряжать и само устройство, и подключать другое на подзарядку. Порт поддерживает мощность до 100 Вт, поэтому через один кабель можно подключить док-станцию или монитор и одновременно заряжать ваш MacBook Pro или MacBook Air.
Среди ключевых характеристик USB 4 выделяют следующее:
- двухполосная работа с использованием существующих кабелей USB-C и передача данных на скоростях до 40 Гбит/с по сертифицированным кабелям;
- несколько протоколов данных и протоколов отображения изображения для эффективного разделения общей пропускной способности;
- обратная совместимость с USB 3.2, USB 2.0 и Thunderbolt 3.
Как уже говорилось выше, USB 4 — это фактически Thunderbolt 3, так что спецификации подразумевают в том числе поддержку подключения двух дисплеев 4K либо одного дисплея 5K по одному кабелю. При этом, в отличие от того же Thunderbolt 3, новый стандарт является бесплатным для производителей, а в качестве эталонного разъёма будет использован USB-C (извечная проблема устройств с USB-коннекторами любого формата была решена с помощью USB Type-C, для решения этой задачи используется определенная логика автоматического согласования и коммутации). USB Type-C не является интерфейсом передачи данных - это тип разъема, позволяющий связать воедино различные сигнальные и силовые линии. Поддержку той или иной спецификации определяет интегрированный контроллер.
Итак, разъём USB Type-C может работать в одном из альтернативных режимов (англ. alternate mode), в котором его контакты используются для передачи данных при помощи других физических протоколов. Определены следующие альтернативные режимы для коннекторов Type-C:
1. Альтернативный режим DisplayPort (опубликован VESA в сентябре 2014 года), поддерживает стандарт DisplayPort 1.3.
2. Альтернативный режим MHL - Mobile High-Definition Link (анонсирован в ноябре 2014 года), поддерживает стандарт MHL 1.0-3.0 и super MHL.
3. Альтернативный режим Thunderbolt — поддержка стандарта Thunderbolt 3.
4. Альтернативный режим HDMI (объявлен в сентябре 2016 года), поддерживает HDMI 1.4b.
Изучаются возможности по реализации других последовательных высокоскоростных протоколов, например, PCI Express и Base -T Ethernet.
Версия сайта для слабовидящих