USB4作為一個“新物種”有何特殊之處？

衡量一個技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的生命力，一個很重要的指標(biāo)就是其迭代升級的進(jìn)程，如果一個標(biāo)準(zhǔn)“停更”了，那也就意味著其離終點也不遠(yuǎn)了。USB在去年9月又迎來了一次大版本更新——USB-IF正式發(fā)布了USB4規(guī)格，這意味著這個誕生于1996年的標(biāo)準(zhǔn)走入了“4”時代。 速度快、外形小、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、支持熱插拔、可傳輸電力這些優(yōu)勢讓USB成為目前應(yīng)用最為廣泛的高速串行接口標(biāo)準(zhǔn)，甚至在有些產(chǎn)品中（如蘋果的MacBook Pro）成為了唯一的外接擴(kuò)展接口。那么USB4作為一個“新物種”有何特殊之處，會給市場和產(chǎn)品開發(fā)帶來哪些變化？我們今天就一起來看看。

從USB 1.0到USB4

USB傳輸協(xié)議是1994年由Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft、NEC和Nortel等公司聯(lián)合研發(fā)的串行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，并由USB-IF完成標(biāo)準(zhǔn)化和市場推廣的工作。二十多年中，歷經(jīng)了幾次重要的版本更新。 USB1.0規(guī)格是USB-IF在1996年發(fā)布的，其傳輸速率僅為1.5Mbps，只能算是初期的試水之作。USB的規(guī)模商用之旅實際上是從1998年9月發(fā)布的USB 1.1規(guī)范開始的，該版本將傳輸速率提高到了12Mbps，并且對USB 1.0中的一些技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行了修正，達(dá)到了市場的廣泛認(rèn)同，逐漸成為當(dāng)時如日中天的電腦上的標(biāo)配。

表1：USB標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展一覽

隨著用戶胃口越來越高，提速成了USB標(biāo)準(zhǔn)的必由之路， 2000年4月出臺的USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)沒有讓人失望，其傳輸速率達(dá)到了480Mbps，是USB 1.1的40倍，該傳輸標(biāo)準(zhǔn)一直沿用至今，成為最“長壽”的USB標(biāo)準(zhǔn)。 8年之后（2008年11月），USB迎來了3.0時代，USB3.0最大傳輸速率一躍達(dá)到5.0Gbps，同時支持全雙工數(shù)據(jù)傳輸，且將電力傳輸能力從USB 2.0之前的5V/500mA提升到5V/900mA，算是一次全面的升級。緊接著2013年7月發(fā)布的USB 3.1，進(jìn)一步將傳輸速度提升到了10Gbps，同時最高供電功率提升到100W（20V/5A）。值得一提的是，隨著USB 3.0/3.1一同升級的，還有全新的USB Type-C接口規(guī)范以及升級后的USB-PD電力傳輸規(guī)范，幾方合力作用，促成了當(dāng)前USB接口“一統(tǒng)天下”的大勢。 2017年9月USB 3.2發(fā)布，雖不是一個大版本更新，但是其充分利用了（且只支持）USB Type-C的特性，支持雙10Gbps通道（x2）總計20Gbps傳輸數(shù)據(jù)。這樣的設(shè)計思路，實際上也成為后續(xù)USB4的前奏。

圖：USB 3.2中引入的雙通道（x2）數(shù)據(jù)傳輸方法為USB4奠定了基礎(chǔ)（圖源：安森美半導(dǎo)體） USB4的新變化

“提速”仍然是USB4的主旋律。在設(shè)計思路上，USB4在繼續(xù)沿用USB 3.2驗證過的基于USB Type-C雙通道（x2）數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)的基礎(chǔ)上，在基礎(chǔ)協(xié)議上放棄了USB規(guī)范而采用了由Intel免費提供給USB-IF的、更高速的Thunderbolt 3（雷電3）規(guī)范，此舉使得USB4的傳輸性能翻番，達(dá)到了和雷電3比肩的40Gbps！ 不過在速度提升的背后，另一層深意就是：從此USB規(guī)范和“雷電”標(biāo)準(zhǔn)合體了?！袄纂姟北臼荌ntel和蘋果共同研發(fā)的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，由于高額的專利費用，阻礙了其大規(guī)模的應(yīng)用。而Intel免費向USB4開放雷電3，直接的影響是USB4增加了兼容雷電3設(shè)備的新特性，而實際上這也是雙方生態(tài)系統(tǒng)的一次融合，長期看會形成一個雙贏的局面。

除了“快”，USB4還有一個很有新意的設(shè)計，就是真正實現(xiàn)了“一口多用”。通過隧道（tunneling）協(xié)議，USB4可以同時支持?jǐn)?shù)據(jù)、視頻等多種信息的傳輸，且可以動態(tài)地分配帶寬資源，比如40Gbps的總帶寬中如果傳輸1080p的視頻需要占用20%的帶寬，那么其余的80%的帶寬同時可以用來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。類似的帶寬資源分配，雖然通過USB Type-C中的DisplayPort Alt模式也可以實現(xiàn)，但帶寬分割的比例是50:50固定的，無法動態(tài)地充分利用帶寬資源。這個特性無疑會令USB4的應(yīng)用更趨多元化，加速USB一統(tǒng)接口江湖的進(jìn)程。 在其他方面，由于USB4僅支持USB Type-C這一種物理接口規(guī)格，這對于USB Type-C的市場滲透和應(yīng)用升級會起到一個推動作用。此外，兼容性方面USB4宣布向后兼容USB 3和USB 2規(guī)格，所以可以支持目前市場上絕大多數(shù)USB設(shè)備。可見，USB4整體的構(gòu)架還是很縝密的。

趨勢與影響

當(dāng)然，隨著USB4的發(fā)布，相關(guān)的玩家也要開始未雨綢繆，著手做準(zhǔn)備了。從中短期看，大家的著力點和關(guān)注點會聚焦在以下幾個方面：

如此高的傳輸速率，會給相應(yīng)的電路設(shè)計帶來挑戰(zhàn)，很多在中低頻下無需操心的設(shè)計要素（如信號完整性）都可能成為新問題。這需要開發(fā)者修煉一些新的技能。

更高的傳輸速率，也會對連接器和線纜提出更高的要求，相應(yīng)的產(chǎn)品選型需提早準(zhǔn)備。

USB4的出現(xiàn)，也會對USB Type-C和USB-PD等相關(guān)規(guī)范產(chǎn)生影響，需要相應(yīng)地升級?？紤]到標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)中的變化，選擇一些固件可升級的可編程控制器，應(yīng)該是一個必要的考量。

從經(jīng)驗上看，從一個新的USB傳輸標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，到商用產(chǎn)品的誕生，中間大概有18個月左右的時間，預(yù)計采用USB4的設(shè)備最早也要在2021年初才會面市。鑒于做新技術(shù)的“先驅(qū)”是有風(fēng)險的，所以想必大多數(shù)玩家都會選擇密切關(guān)注、伺機(jī)而動的策略。不過升級換代的模式畢竟已經(jīng)開啟，不緊跟節(jié)奏，恐怕是危險的。