USB 3.2 Gen 2 і проблеми стандартизації

Між виходом технологій USB 2.0 і USB 3.0 пройшло багато років і перевага новинки була очевидною — десятикратний приріст швидкості. Але потім оновлення найпоширенішого дротового інтерфейсу почали з'являтися, немов гриби після дощу. У період з 2013-го по 2019 рік був представлений цілий розсип нових стандартів, яким по кілька разів змінювали назви.

Спочатку маркетологи прийшли до назв на кшталт Superspeed USB і SuperSpeed+ USB dual line. Однак з-за того, що стандарт буквально кожен день обростав новими функціями, досить швидко все скотилося у виробничий хаос ― USB 3.0 (він же USB 3.1 Gen 1) перейменували в USB 3.2 Gen 1×1, USB 3.1 (він же USB 3.2 Gen 2) перейменували в USB 3.2 Gen 2×1, а USB 3.2, існувала у двох варіантах, стала позначатися як USB 3.2 Gen 1×2 і USB 3.2 Gen 2×2.

Якщо на цьому місці у вас в голові виник безмовний крик «що це нафіг таке?", то ви не самотні, адже в цих назви плутаються і техно-блогери, і консультанти в магазинах, і навіть поважні мужі з USB-IF.


Як бачимо, основна відмінність між усіма форматами полягає в швидкості. А в назві протоколу важливіше не його порядковий номер, А покоління. Друге завжди швидше першого. Якщо зараз вам здалося, що це не так вже й складно, то ось вам ще один збиває з пантелику факт ― різні девайси з підтримкою одного і той же USB протоколу можуть бути оснащені різними фізичними коннекторами ― найчастіше це класичний USB A і популярний нині USB-C.

Розуміючи, що стандартів стало занадто і ніхто не хоче запам'ятовувати цю нісенітницю, вибираючи ноутбук, в USB-IF вирішили зіграти на випередження і об'єднали всі напрацювання останніх років під прапорами USB4. Фактично новий стандарт є еволюцією USB 3.2 Gen 2x2, якому вдвічі збільшили пропускну здатність (було 20 Гбіт/с, стало 40), додали зворотну сумісність зі старими версіями і чітко прописали, що стандарт зобов'язаний підтримувати сучасні технологій на кшталт Power Delivery і Alt Mode.

USB4 це конструктор, який багато вміє

На відміну від будь-якої іншої версії USB, Нова специфікація офіційно пишеться без пробілу перед номером версії-USB4. Генеральний директор USB Promoter Group Бред Сондерс (Brad Saunders) пояснив, що відсутність пробілу має відвернути увагу від номерів версій і сфокусувати людей на назві бренду. Мовляв, назви на зразок USB 3.1 Gen 2 носили чисто функціональний характер і були призначені для інженерів, а покупцям зрозуміліше назви на кшталт SuperSpeed USB.

Правда хлопці з USB-IF не змогли втриматися і все зайвий раз не ускладнювати. Щоб покупцеві було зручніше, вони розділили USB4 на 2 типи ― «USB4: 20» і «USB4: 40». Цифри 20 і 40 позначають пропускну здатність порту, яка вимірюється в Гігабітах в секунду.

Стандарт USB4 буде використовувати виключно порт USB-C. чому так? Все через його універсальності. Порт USB-C-це ніби як конструктор з 24 парними контактами, які забезпечують широку пропускну здатність і можуть бути використані в альтернативних режимах. Наприклад, для того щоб передавати зображення або енергію. Або і те, і те одночасно.

Нижче ми вибрали найцікавіші можливості UBS4, які відрізняють його від застарілих версій USB 3.

Паралельна робота і розумний розподіл ресурсів

.

USB4 крутий тим, що може виконувати кілька завдань паралельно. Наприклад, виводити картинку з монітора і в той же час заряджати монітор. А це мінус один кабель на столі, що вже досить круто. Але далі більше. На відміну від старих версій, контролер USB4 навчився динамічно розподіляти навантаження між каналами.

Наприклад, ви використовуєте цей порт, щоб підключити робочий ноутбук до 4k монітору. У якийсь момент вам знадобилося скинути на ноутбук пачку відеовихідників з зовнішнього SSD. Дивлячись на це, порт логічно вирішує, що монітор все-таки в пріоритеті і підрізана швидкість напевно позначиться на якості зображень. А ось файли можна копіювати трохи повільніше. Тому контролер USB зарезервує пропускну смугу в умовні 15 Гбіт/с для монітора, а решта 25 Гбіт/с залишить для копіювання. Раніше USB контролер ділив канал надвоє-половина під відео, половина під дані, і плювати, що каналу не вистачає для виведення картинки в 4K.

Power Delivery і швидка зарядка по USB

Не всі сучасні пристрої USB-C підтримують стандарт USB Power Delivery (USB PD) для передачі електроенергії. Кожен пристрій USB4 і хост повинні відповідати USB PD, що забезпечить більш високу потужність і краще управління живленням. Дивлячись на темпи зростання ринку акумуляторів і швидких зарядок, хлопці з USB-IF підстрахувалися і задрали планку енергоспоживання вище, щоб був запас на майбутнє.

Тому теоретично порт USB4 може забезпечити до 100 Вт. І це круто. Але є проблема. Навіть якщо ноутбук оснащений відповідним портом це не означає, що його зарядний пристрій буде володіти такою ж потужністю. Тобто специфікації як би є, але гарантії ніхто не дає.

Alternate Mode і зовнішні монітори

Коли Apple презентувала перші Макбуки з портом USB-C у багатьох фанатів і хейтерів тут же пригоріло-мовляв, Apple знову позбавляє нас входів і виходів, змушуючи купувати дорогі USB-концентратори у Belkin та інших офіційних партнерів. Згодом виявилося, що порт USB-C з "альтернативним режимом" - це дійсно зручно, адже в нього можна увіткнути хоч мишку, хоч флешку, хоч зовнішній 4K монітор.

USB4 офіційно узаконив зовнішні монітори. Завдяки обов'язковій підтримці Power Delivery і Alternate Mode ноутбуки з цим портом зможуть одночасно передавати на монітор і картинку, і живлення. Використовуваний сьогодні стандарт дозволяє через один порт виводити зображення на один монітор з роздільною здатністю до 4K. Новий USB4 зможе передавати по одному порту картинку відразу на кілька 4K дисплеїв з HDR і високою частотою оновлення. Або використовувати один 8k-монітор з частотою оновлення 60 Гц і активованим HDR. У специфікаціях стандарту заявлена можливість зарядки потужністю до 100 Вт.

Зворотна сумісність USB4 зі старими версіями USB

Основним пріоритетом стандарту USB завжди була зворотна сумісність. Офіційно USB4 буде сумісний з усіма попередниками аж до USB 2.0. При такому підключенні буде потрібно перехідник для з'єднання портів USB A і USB-C, а передача даних буде здійснюватися на максимально доступній швидкості, яка доступна молодшій версії USB. Простіше кажучи Старий порт USB 2 не стане швидше, якщо ви підключите його до накопичувача з USB4.

Пристрої з портами USB-C і стандартами USB 3.1/3.2 працюватимуть без перехідників, а максимальна швидкість передачі даних може досягати 40 Гбіт / с, відповідно. Гаджети з підтримкою USB4 вимагатимуть відповідні кабелі для досягнення максимально можливої швидкості передачі даних. Один з перших сертифікованих кабелів USB4 в кінці 2020 року представила компанія Club 3D.


Щодо сумісності з Thunderbolt 3 не все так гладко. USB4 може мати зворотну сумісність з Thunderbolt 3, але це не є обов'язковою вимогою. Компанія Intel з березня минулого року надала можливість безкоштовно використовувати специфікації Thunderbolt 3, але за використання назви стандарту доведеться платити відрахування. Про це ми поговоримо нижче.

Причому тут Thunderbolt?


Уважні читачі і власники макбуків напевно помітили, що всі ці специфікації дуже нагадують один гучний протокол під назвою Thunderbolt. Він теж дозволяє підключатися до монітора, передавати енергію або обмінюватися даними на надзвуковий швидкості. Тоді в чому різниця?

Тут все заплутано. Справа в тому, що поштовхом для створення протоколу USB4 став добрий жест корпорації Intel. Тієї самої, яка і придумала з нуля всі чарівні можливості протоколу Thunderbolt. Напередодні презентації протоколу Thunderbolt 4 в 2019 році представники Intel зробили жест доброї волі і оприлюднили всі специфікації Thunderbolt 3. Раніше щоб прикрутити підтримку Thunderbolt виробнику умовного ноутбука потрібно було заплатити за ліцензію Intel, тепер всі ці принади можна безоплатно прикрутити до USB4.

З ідеологічних причин у Всесвіті USB Підтримка Thunderbolt завжди була лише додатковою опцією. Як-не-як, звичайний USB створювався з прицілом на універсальність, щоб користувач міг використовувати плюс-мінус одні і ті ж кабелі для зарядки всіх своїх гаджетів, будуть то старенький MP3 плеєр, дзеркальна камера або звичайнісінька флешка. Тому в пріоритеті у інженерів була дешевизна і доступність, а все що заважало або збільшувало швидкість розробки ― відправлялося під ніж.

До пори до часу цей підхід працював. Проте в минулому десятилітті виросла абсолютно нова креативна галузь, яку представляють численні художники, дизайнери, аніматори та фахівці з візуальних ефектів, яким були потрібні свої умови взаємодії з комп'ютером. Наприклад, мати можливість підключити до ПК кілька моніторів з високою роздільною здатністю або подружити робочий ноутбук із зовнішньою відеокартою. Фактично ці вимоги йшли врозріз з принципами протоколу USB, тому Intel і Apple об'єднали свої зусилля щоб створити абсолютно новий стандарт передачі даних, який обійде всі старі обмеження.

Thunderbolt 4 пропонує ті ж 40 Гбіт/с, що і Thunderbolt 3. Як і у випадку поточної версії інтерфейсу, Thunderbolt 4 буде використовувати порт USB-C, тільки цього разу USB4. Тобто будь-який порт Thunderbolt 4-це і порт USB4, але не навпаки. Фактично різниця між полягає в підтримці PCI-e контролерів і мінімальної швидкості передачі даних-у Thunderbolt 4 мінімум становить 40 Гбіт/с, а у USB4 швидкість обміну даних знаходиться в діапазоні від 20 до 40 Гбіт/с.При цьому збережена і зворотна сумісність. Крім того, Thunderbolt 4 підтримує два дисплеї 4K або один 8k, а також має на увазі захист від атак DMA за рахунок технології Intel VT-D.

Однак є заковика: сумісність з Thunderbolt не є частиною специфікації USB4, тому виробники не повинні обов'язково її реалізовувати. У підсумку ви можете купити ноутбук з USB4 і виявити, що він не працює, наприклад, з вашої графічної док-станцією Razer Core X через відсутність протоколу Thunderbolt. Однак генеральний директор USB Promoter Group Бред Сондерс очікує, що більшість комп'ютерів з USB4 будуть працювати з Thunderbolt 3.

Висновок

Якщо ви трохи заплуталися, то це нормально, адже суперництво між USB і Thunderbolt триває силами Intel, хоча ці стандарти давно слід було об'єднати. Тому ще раз: USB4-це інтерфейс, USB-C-це фізичний коннектор, який підключається до відповідного порту, а Thunderbolt ― це, якщо спростити, надбудова інтерфейсу USB, яка розширює його можливості і не може існувати у вакуумі. Всі можливості Thunderbolt 3 будуть доступні в техніці з портами USB4, а ось підтримка Thunderbolt 4 буде опціональною.